欢迎浏览中国储能网
您的位置: 首页  > 首屏 > 新闻 > 原创报道  返回

中国电科院吴俊玲:储能在电力系统中的应用场景和技术展望

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国储能网 发布时间:2020-11-19 浏览:
分享到:

中国储能网讯:11月10-11日,由湖南省能源局指导,中国化学与物理电源行业协会储能应用分会主办的“第三届全国电源侧储能技术及应用高层研讨会”在长沙华天酒店召开。来自电网公司、设计院、系统集成商等领域的400余人参加了本次研讨会。

会议期间,中国电力科学研究院有限公司教授级高工吴俊玲分享了主题报告《储能在电力系统中的应用场景和技术展望》。中国储能网对其演讲内容进行了梳理,并在此分享给大家,供大家学习、交流。演讲内容如下:

吴俊玲:各位来宾大家中午好,我是来自中国电力科学研究院的吴俊玲,今天很荣幸跟大家在这里交流关于储能在电力系统应用场景的工作和想法。当然这个话题咱们今天的论坛当中很多专家涉及到了,我先说一下我是来自电力系统研究所,所以虽然今天的论坛主题是电网侧应用,但是我还是在电源侧论坛,站在电网侧应用的角度,来看储能的应用。

因为我们的储能不管是用在各个环节,对电网产生一定的效果或者是影响。我们把储能分为两大类,储能在稳态功率平衡和储能在安全稳定控制当中的应用。

电网对于储能的应用的迫切需求谈起。

1、系统调峰缺口大,制约新能源消纳,不管是50%能源和消费的战略目标还是最近习大大提出的碳中和目标都会导致新能源装机和发电量呈现非常高的占比,这种情况下因为新能源给我们提供电量,但是无法给我们提供具有保障性的电力,所以如果随着新能源的增加,常规电源的开机减少,最终导致我们的峰荷需求无法满足,只有让常规电源处于热备用的状态,不仅会导致常规电源的经济性降低,而且在低谷负荷出力压不下去的时候只有新能源弃电,这样的矛盾下,储能成为电力系统调峰的刚性的需求。

2、从电力系统建设和运营经济性的角度未来负荷中心的峰谷差呈现逐渐增大的趋势,通过下面的柱状图看到无论是十三五还是十四五、十五五的预测当中,负荷的增速都是大于用电量的增速,负荷特性尖峰化的特征越来越明显,尖峰电量占比很少,对于这部分尖峰负荷的供电,仅仅依靠增加电源、电网和供电设施来满足对电网的建设还是很不经济的。下面是某负荷中心的年负荷曲线,如果按95%最大负荷划线的话超过95%的负荷是很少的。

3、电网稳定破坏风险增加,需要更加灵活的调控手段;一方面现在跨区直流的容量越来越大,条数越来越多,故障形式越来越复杂,使电网受到大功率冲击的风险越来越大。高比率新能源接入受端电网,低惯量、弱支撑的新能源机组在电网中的比例不断增加,致送、受端电网中传统的旋转式同步发动机的装机比重下降。

二、来看一下储能在电网当中的应用,首先在稳态功率平衡当中的应用,储能就像保温瓶,这样的东西在电网的哪个环节不需要?所以可以说在发、输、配、用各个环节都需要的,调峰是刚性需要的。光伏+储能、风电+储能、新能源+储能都是常见的场景。

1、储能和新能源结合之后,可以平滑波动,跟踪出力的变化,减少预测功率误差和降低惩罚成本,削峰填谷,增加调峰容量,降低弃风弃光率。这是风光储基地里面进行储能应用平滑功率曲线的例子。

在储能满足系统调峰需求方面,要确定储能的需求容量和布局,在这方面主要是采用时序生产模拟的方法,一是通过确定性的生产模拟,另外是将随机性引入进来的模拟,要确定电网对于储能的需求,可以通过区域间的功率交换的特性,负荷特性,新能源出力特性,得到调节能力的需求;通过发电机组开机状态、常规发电机调节能力、已有抽蓄调节能力得到系统灵活调节能力,最后得到系统调峰容量不足的情况。

我们自己也开发了一体化时序生产模拟的工具,基于这个工具做了很多研究,也支撑了国网公司十四五的规划,以我们国家某区域电网为例,模拟了2030年可再生能源发电占比达到50%的场景,在这个场景下无储能的情况,新能源弃电率15.6%,如果加一定的储能可以把弃电率大幅度的降低,通过模拟可以看到,储能对于光伏弃电率的降低是比较明显,而对于风电如果继续增加储能的容量效果并不明显,是因为光伏是日级的波动性,而风电会出现连续超过24小时的弃风的情况,占比已经接近11%,所以继续再增加储能效果并不是很明显。我们可以依赖大容量的储热、制氢的能量方式。

刚才这种方法是基于确定性的方法,把一年的风电和光伏的曲线进行持续的模拟,毕竟风电和光伏是随机性的,所以说可以引入考虑随机性的模拟方法,对多年的风资源的特性和光资源特性进行模拟,这样得到储能的配比更具有可行性。这里也是以西北某省级电网做了一个算例,可以得到一年当中调峰不足的时间,次数,产生的弃风率是多少,电量是多少。

2、储能保证尖峰负荷供电,降低电力系统投资,随着电网对效率和效益要求的不断提高,储能是应对尖峰负荷供电压力的有效手段。看(图)尖峰负荷在电量占比当中是非常小的,如果我们为了这些尖峰负荷来进行投资代价非常大,如果考虑储能来解决的话,投资需求是比较小的,即使考虑了电网蛇蛇和储能寿命之间的差异,折合为年费用的话还是有一定的效益。

三、储能在安全稳定控制中的应用

储能的出现其实是丰富了电力系统的有功调控手段,不仅可以解决全局的有功平衡,也可以解决局部的功率平衡和有功调控。我们说储能具有四象限的灵活调节特性,是在有功和无功的坐标系下,储能可以在这四个象限运行,可以充可以放,所以说是非常灵活的调节手段,他在电力系统安全稳定中的应用,大概可以分为两类,一是响应电气量信号,提高稳定性,进行电压支撑等;另外就是响应调度指令,应用到电力系统的安控当中。

1、提高暂态稳定性,储能对于电力系统提升暂态稳定性的机理可以类比于STATCOM和可投切的制动电阻,注入的有功电流相当于制动电阻,可以在故障期间增加电磁功率,减少电磁功率和机械功率之间的不平衡,从而提升系统的暂态稳定性。另外也可以提供无功支撑,都是可以起到增发电磁功率的作用。这是5X600MW的简单系统,如果说储能同等容量下储能的控制策略是100%用来提供有功的支撑或者一半提供有功一半提供无功或者全部提供无功,可以看到全部提供有功的控制效率更好。

2、提高动态稳定性,储能可以来改善系统的阻尼,抑制系统的振荡,注入的无功分量主要用于动态调节枢纽的电压,注入有功分量相当于动态连续可调的电阻。同样储能100%提供有功支撑的控制效果是最好的。

3、电压调控,储能在电压调控当中的应用主要是针对在长线路带重负荷和冲击性负荷场景下。通常我们认为电压和无功是强相关的,那么储能提供的有功是如何支撑电压的呢,实际上负荷的增加导致线路上的有功增加,而无功的损耗是与有功的平方成正比在增加的,无功损耗的增加,导致负荷的电压降低,如果这个时候储能进行有功功率的支撑,可以很有效的调节系统的电压。另外通过储能变流器控制来提供无功也能够起到电压调控的作用,这种效果是不是会比STATCOM等调节设备起到的作用更好,需要进一步的研究和对比。在这个算例里面可以看到,对于这种长线路重负荷场景下,末端负荷突增的情况下,储能提供100%的有功支撑效果是最好的。

4、提供惯量支撑和一次调频,在高比例的新能源和大容量直流挤占了传统火电机组发展空间的情况下,当发生大功率缺额故障的时候,存在引发系统稳定破坏的风险,如果配置储能为系统提供一次调频和惯量支撑可以有效降低这种风险。储能在提供惯量支撑主要是提供响应于系统频率变化的短时功率支撑,阻止系统频率快速下跌,为一次调频赢得时间,在一次调频方面是响应系统频率偏差,阻止系统频率的持续跌落。以一个大区电网为例,如果特高压直流、双级故障损失800万千瓦,大区电网中新能源出力渗透率增加到28%时,故障后系统频率将下降到49.2赫兹,容易引发低频减载的动作,引发电网大面积停电。如果利用储能提供惯量和一次调频,能够相当于把新能源替换成常规同步机的效果,可以减少频率的跌落。

5、提供紧急功率支援,用到电网安全控制系统当中,响应调度的指令。现在电网交直流的耦合程度越来越高了,左边的示意图给出区域间交直流互联的典型场景,直流的输电能力和区域间交流联络线的输电能力有比较强的耦合关系,调度运行上为了保证电网的安全运行,可能会采取预控联络线和直流功率的措施。另外随着生活水平的提高,居民对供电可靠性的要求越来越高,也可以利用储能提供短时功率支撑,替代切负荷措施。如果B区域电网注入的直流发生双级闭锁故障,因为功率的转移冲击A、B之间的联络线,会导致A、B区域电网有失稳和解列的风险。需要B区域切除一定的负荷,如果利用储能来替代切负荷的措施,也可以保证大区电网的安全稳定的运行。

今天的分享主要是这些,我们团队仍然还会在这些方面进一步研究,如基于源网荷储一体化生产模拟工具的储能容量和布局规划,适于大电网安全稳定分析的仿真工具,储能涉网性能和对电网安全稳定运行的影响,基于规模化储能的安全稳定控制架构和控制策略等。也期待业内的同行和我们进行交流和合作。

关键字:储能 电力系统

中国储能网版权声明:凡注明来源为“中国储能网:xxx(署名)”,除与中国储能网签署内容授权协议的网站外,其他任何网站或者单位如需转载需注明来源(中国储能网)。凡本网注明“来源:xxx(非中国储能网)”的作品,均转载与其他媒体,目的在于传播更多信息,但并不意味着中国储能网赞同其观点或证实其描述,文章以及引用的图片(或配图)内容仅供参考,如有涉及版权问题,可联系我们直接删除处理。其他媒体如需转载,请与稿件来源方联系,如产生任何版权问题与本网无关,想了解更多内容,请登录网站:http://www.escn.com.cn

相关报道