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中國電科院吳俊玲:儲能在電力系統中的應用場景和技術展望

作者:中國儲能網新聞中心 來源:中國儲能網 發布時間:2020-11-19 瀏覽:
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中國儲能網訊:11月10-11日,由湖南省能源局指導,中國化學與物理電源行業協會儲能應用分會主辦的“第三屆全國電源側儲能技術及應用高層研討會”在長沙華天酒店召開。來自電網公司、設計院、系統集成商等領域的400余人參加了本次研討會。

會議期間,中國電力科學研究院有限公司教授級高工吳俊玲分享了主題報告《儲能在電力系統中的應用場景和技術展望》。中國儲能網對其演講內容進行了梳理,并在此分享給大家,供大家學習、交流。演講內容如下:

吳俊玲:各位來賓大家中午好,我是來自中國電力科學研究院的吳俊玲,今天很榮幸跟大家在這里交流關于儲能在電力系統應用場景的工作和想法。當然這個話題咱們今天的論壇當中很多專家涉及到了,我先說一下我是來自電力系統研究所,所以雖然今天的論壇主題是電網側應用,但是我還是在電源側論壇,站在電網側應用的角度,來看儲能的應用。

因為我們的儲能不管是用在各個環節,對電網產生一定的效果或者是影響。我們把儲能分為兩大類,儲能在穩態功率平衡和儲能在安全穩定控制當中的應用。

電網對于儲能的應用的迫切需求談起。

1、系統調峰缺口大,制約新能源消納,不管是50%能源和消費的戰略目標還是最近習大大提出的碳中和目標都會導致新能源裝機和發電量呈現非常高的占比,這種情況下因為新能源給我們提供電量,但是無法給我們提供具有保障性的電力,所以如果隨著新能源的增加,常規電源的開機減少,最終導致我們的峰荷需求無法滿足,只有讓常規電源處于熱備用的狀態,不僅會導致常規電源的經濟性降低,而且在低谷負荷出力壓不下去的時候只有新能源棄電,這樣的矛盾下,儲能成為電力系統調峰的剛性的需求。

2、從電力系統建設和運營經濟性的角度,未來負荷中心的峰谷差呈現逐漸增大的趨勢,通過下面的柱狀圖看到無論是十三五還是十四五、十五五的預測當中,負荷的增速都是大于用電量的增速,負荷特性尖峰化的特征越來越明顯,尖峰電量占比很少,對于這部分尖峰負荷的供電,僅僅依靠增加電源、電網和供電設施來滿足對電網的建設還是很不經濟的。下面是某負荷中心的年負荷曲線,如果按95%最大負荷劃線的話超過95%的負荷是很少的。

3、電網穩定破壞風險增加,需要更加靈活的調控手段;一方面現在跨區直流的容量越來越大,條數越來越多,故障形式越來越復雜,使電網受到大功率沖擊的風險越來越大。高比率新能源接入受端電網,低慣量、弱支撐的新能源機組在電網中的比例不斷增加,致送、受端電網中傳統的旋轉式同步發動機的裝機比重下降。

二、來看一下儲能在電網當中的應用,首先在穩態功率平衡當中的應用,儲能就像保溫瓶,這樣的東西在電網的哪個環節不需要?所以可以說在發、輸、配、用各個環節都需要的,調峰是剛性需要的。光伏+儲能、風電+儲能、新能源+儲能都是常見的場景。

1、儲能和新能源結合之后,可以平滑波動,跟蹤出力的變化,減少預測功率誤差和降低懲罰成本,削峰填谷,增加調峰容量,降低棄風棄光率。這是風光儲基地里面進行儲能應用平滑功率曲線的例子。

在儲能滿足系統調峰需求方面,要確定儲能的需求容量和布局,在這方面主要是采用時序生產模擬的方法,一是通過確定性的生產模擬,另外是將隨機性引入進來的模擬,要確定電網對于儲能的需求,可以通過區域間的功率交換的特性,負荷特性,新能源出力特性,得到調節能力的需求;通過發電機組開機狀態、常規發電機調節能力、已有抽蓄調節能力得到系統靈活調節能力,最后得到系統調峰容量不足的情況。

我們自己也開發了一體化時序生產模擬的工具,基于這個工具做了很多研究,也支撐了國網公司十四五的規劃,以我們國家某區域電網為例,模擬了2030年可再生能源發電占比達到50%的場景,在這個場景下無儲能的情況,新能源棄電率15.6%,如果加一定的儲能可以把棄電率大幅度的降低,通過模擬可以看到,儲能對于光伏棄電率的降低是比較明顯,而對于風電如果繼續增加儲能的容量效果并不明顯,是因為光伏是日級的波動性,而風電會出現連續超過24小時的棄風的情況,占比已經接近11%,所以繼續再增加儲能效果并不是很明顯。我們可以依賴大容量的儲熱、制氫的能量方式。

剛才這種方法是基于確定性的方法,把一年的風電和光伏的曲線進行持續的模擬,畢竟風電和光伏是隨機性的,所以說可以引入考慮隨機性的模擬方法,對多年的風資源的特性和光資源特性進行模擬,這樣得到儲能的配比更具有可行性。這里也是以西北某省級電網做了一個算例,可以得到一年當中調峰不足的時間,次數,產生的棄風率是多少,電量是多少。

2、儲能保證尖峰負荷供電,降低電力系統投資,隨著電網對效率和效益要求的不斷提高,儲能是應對尖峰負荷供電壓力的有效手段??矗▓D)尖峰負荷在電量占比當中是非常小的,如果我們為了這些尖峰負荷來進行投資代價非常大,如果考慮儲能來解決的話,投資需求是比較小的,即使考慮了電網蛇蛇和儲能壽命之間的差異,折合為年費用的話還是有一定的效益。

三、儲能在安全穩定控制中的應用

儲能的出現其實是豐富了電力系統的有功調控手段,不僅可以解決全局的有功平衡,也可以解決局部的功率平衡和有功調控。我們說儲能具有四象限的靈活調節特性,是在有功和無功的坐標系下,儲能可以在這四個象限運行,可以充可以放,所以說是非常靈活的調節手段,他在電力系統安全穩定中的應用,大概可以分為兩類,一是響應電氣量信號,提高穩定性,進行電壓支撐等;另外就是響應調度指令,應用到電力系統的安控當中。

1、提高暫態穩定性,儲能對于電力系統提升暫態穩定性的機理可以類比于STATCOM和可投切的制動電阻,注入的有功電流相當于制動電阻,可以在故障期間增加電磁功率,減少電磁功率和機械功率之間的不平衡,從而提升系統的暫態穩定性。另外也可以提供無功支撐,都是可以起到增發電磁功率的作用。這是5X600MW的簡單系統,如果說儲能同等容量下儲能的控制策略是100%用來提供有功的支撐或者一半提供有功一半提供無功或者全部提供無功,可以看到全部提供有功的控制效率更好。

2、提高動態穩定性,儲能可以來改善系統的阻尼,抑制系統的振蕩,注入的無功分量主要用于動態調節樞紐的電壓,注入有功分量相當于動態連續可調的電阻。同樣儲能100%提供有功支撐的控制效果是最好的。

3、電壓調控,儲能在電壓調控當中的應用主要是針對在長線路帶重負荷和沖擊性負荷場景下。通常我們認為電壓和無功是強相關的,那么儲能提供的有功是如何支撐電壓的呢,實際上負荷的增加導致線路上的有功增加,而無功的損耗是與有功的平方成正比在增加的,無功損耗的增加,導致負荷的電壓降低,如果這個時候儲能進行有功功率的支撐,可以很有效的調節系統的電壓。另外通過儲能變流器控制來提供無功也能夠起到電壓調控的作用,這種效果是不是會比STATCOM等調節設備起到的作用更好,需要進一步的研究和對比。在這個算例里面可以看到,對于這種長線路重負荷場景下,末端負荷突增的情況下,儲能提供100%的有功支撐效果是最好的。

4、提供慣量支撐和一次調頻,在高比例的新能源和大容量直流擠占了傳統火電機組發展空間的情況下,當發生大功率缺額故障的時候,存在引發系統穩定破壞的風險,如果配置儲能為系統提供一次調頻和慣量支撐可以有效降低這種風險。儲能在提供慣量支撐主要是提供響應于系統頻率變化的短時功率支撐,阻止系統頻率快速下跌,為一次調頻贏得時間,在一次調頻方面是響應系統頻率偏差,阻止系統頻率的持續跌落。以一個大區電網為例,如果特高壓直流、雙級故障損失800萬千瓦,大區電網中新能源出力滲透率增加到28%時,故障后系統頻率將下降到49.2赫茲,容易引發低頻減載的動作,引發電網大面積停電。如果利用儲能提供慣量和一次調頻,能夠相當于把新能源替換成常規同步機的效果,可以減少頻率的跌落。

5、提供緊急功率支援,用到電網安全控制系統當中,響應調度的指令?,F在電網交直流的耦合程度越來越高了,左邊的示意圖給出區域間交直流互聯的典型場景,直流的輸電能力和區域間交流聯絡線的輸電能力有比較強的耦合關系,調度運行上為了保證電網的安全運行,可能會采取預控聯絡線和直流功率的措施。另外隨著生活水平的提高,居民對供電可靠性的要求越來越高,也可以利用儲能提供短時功率支撐,替代切負荷措施。如果B區域電網注入的直流發生雙級閉鎖故障,因為功率的轉移沖擊A、B之間的聯絡線,會導致A、B區域電網有失穩和解列的風險。需要B區域切除一定的負荷,如果利用儲能來替代切負荷的措施,也可以保證大區電網的安全穩定的運行。

今天的分享主要是這些,我們團隊仍然還會在這些方面進一步研究,如基于源網荷儲一體化生產模擬工具的儲能容量和布局規劃,適于大電網安全穩定分析的仿真工具,儲能涉網性能和對電網安全穩定運行的影響,基于規?;瘍δ艿陌踩€定控制架構和控制策略等。也期待業內的同行和我們進行交流和合作。

關鍵字:儲能 電力系統

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