郭家寶-儲能在智能電網(wǎng)中的應用及發(fā)展趨勢

儲能在智能電網(wǎng)中的應用及發(fā)展趨勢二〇一六年五月上海電力設計院有限公司二、儲能系統(tǒng)應用前景和研究熱點三、儲能技術在電網(wǎng)中應用的典型案例一、發(fā)展儲能的意義和作用——構建堅強的智能電網(wǎng)是我國未來電網(wǎng)的發(fā)展方向規(guī)劃試點階段：2009—2010全面建設階段：2011—2015引領提升階段：2016—2020“十二·五”規(guī)劃中明確指出

適應大規(guī)模跨區(qū)輸電和新能源發(fā)電并網(wǎng)的要求，加快現(xiàn)代電網(wǎng)體系建設，進一步擴大西電東送規(guī)模，完善區(qū)域主干電網(wǎng)，發(fā)展特高壓等大容量、高效率、遠距離先進輸電技術，依托信息、控制和儲能等先進技術，推進智能電網(wǎng)建設，切實加強城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設與改造，增強電網(wǎng)優(yōu)化配置電力能力和供電可靠性。中國國家電網(wǎng)公司2009年5月21日首次公布智能電網(wǎng)計劃（Smartgridplan；Intelligentelectricalnetworkplan）1.1儲能的重要意義“十三·五”規(guī)劃中明確指出

提出要重點推進包括高效智能電力系統(tǒng)、煤炭清潔高效利用、可再生能源、核電、非常規(guī)油氣、能源輸送通道、能源儲備設施、能源關鍵技術裝備等能源行業(yè)八大重點工程，其中重點提出要實施光熱發(fā)電示范工程，加快推進光熱發(fā)電、大規(guī)模儲能等技術研發(fā)應用。1.1儲能的重要意義

儲能技術廣泛應用于未來智能電網(wǎng)建設的發(fā)電、輸電、配電、用電4大環(huán)節(jié)，儲能技術是實現(xiàn)構建堅強智能電網(wǎng)的關鍵之一1.2儲能的重要作用

截止到2013年底，我國風電裝機容量為91.4GW，平均棄風率為11.7%，局部地區(qū)最高達到35.2%。截止到2013年底，我國光伏發(fā)電裝機容量達21GW，日棄光30%。

“平抑”可再生能源發(fā)電的隨機波動性，提高電網(wǎng)消納能力。提高可再生能源消納能力（平抑）1.2儲能的重要作用電力負荷在白天高峰和夜間低谷周期性地變化，負荷峰谷差有時高達發(fā)電量的30%-40%。削峰填谷

在負荷低谷時吸納電網(wǎng)多余發(fā)電能力，在負荷高峰時向電網(wǎng)饋電。

提高電力系統(tǒng)運行經(jīng)濟性（調峰、調頻）1.2儲能的重要作用提高電力系統(tǒng)運行安全性（可靠性）隨著未來電網(wǎng)的不斷建設，電力系統(tǒng)的運行環(huán)境更加復雜,對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行要求也越來越高，這直接關系到國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民群眾的生活。備用電源儲能系統(tǒng)可以當作備用容量，當常規(guī)電源發(fā)生無法預期的事故時，快速提供電能供應。二、儲能系統(tǒng)應用前景和研究熱點三、儲能技術在電網(wǎng)中應用的典型案例一、發(fā)展儲能的意義和作用儲能市場近期發(fā)展趨勢政府對儲能技術及應用的關注度提高電力系統(tǒng)加緊對儲能系統(tǒng)及其在智能電網(wǎng)應用研究（技術、應用、標準等）金融市場逐步參與到儲能的應用中儲能在電力系統(tǒng)的應用項目仍以示范為主，但數(shù)量、容量有所提高儲能技術在電動汽車、能量回收領域、電信基站、數(shù)據(jù)中心等市場的應用為其規(guī)?；M入電力市場奠定基礎多能互補、多類儲能技術結合應用是近期技術選型的亮點關鍵技術指標、關鍵材料仍有待改進主流技術成本近幾年不斷下降，在未來五年，下降空間很大新興技術研發(fā)活躍市場應用技術儲能市場發(fā)展規(guī)模儲能市場容量及技術1、在可再生能源中的應用研究大規(guī)?？稍偕娫唇尤牒?，其波動性、間歇性和隨機性不僅增加電力系統(tǒng)調峰壓力，而且影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。引入儲能技術可以有效平抑新能源功率波動，增強新能源發(fā)電可控性，提高新能源的并網(wǎng)接入能力。中國項目名稱項目時間項目地點儲能系統(tǒng)詳細信息系統(tǒng)應用國家風光儲輸示范工程2011張北縣20MW100MW風電和40MW光伏配置20MW的多種類型儲能可實現(xiàn)風光平滑輸出，跟蹤計劃出力，參與系統(tǒng)調頻等多種功能上海崇明風儲項目2015崇明島2MW結合崇明東灘風電場建設一定容量的儲能系統(tǒng)改善風力供電不穩(wěn)定，實現(xiàn)東灘風電平滑輸出和友好接入光儲一體化電站2015青海/采用鋰電池儲能系統(tǒng)解決棄光限電問題2、在微網(wǎng)中的應用研究1、有效穩(wěn)定系統(tǒng)輸出，解決微網(wǎng)中動態(tài)電能質量問題；2、提高現(xiàn)有配用電設備的利用率、降低運行成本等；3、實現(xiàn)與大電網(wǎng)的并網(wǎng)運行，必要時向大電網(wǎng)提供一定的支援服務。

210KW風力發(fā)電機組100KW光伏組件2000Ah儲能蓄電池組

東福山島風光柴儲能電站是國內第一個規(guī)模化投入實際應用的新能源儲能電站，集風、光、儲一體并升壓運行孤島微網(wǎng)系統(tǒng)。中國項目名稱系統(tǒng)規(guī)模儲能作用新疆喀拉昆侖山脈微網(wǎng)項目光伏1MW、柴油機、儲能節(jié)能減排、滿足用電需求、提高系統(tǒng)安全可靠性、提高微網(wǎng)經(jīng)濟性、減輕供電壓力和環(huán)保壓力國電光柴儲互補離網(wǎng)電站光伏、柴油機、儲能新疆吐魯番新能源城市微網(wǎng)工程項目屋頂光伏13.4MW山東長島可再生能源海島示范項目—南麂微網(wǎng)示范工程風電1MW、光伏545kW、海洋能30kW、柴油機1.6MW、儲能3、在電網(wǎng)調頻中的研究由于儲能調節(jié)速度快，未來在電網(wǎng)調頻中將起到積極的作用，目前美國、智利等國均已開展調頻儲能項目及研究工作，北京的石景山熱電廠儲能項目也為華北電網(wǎng)提供一定的調頻輔助服務。比亞迪在美國實施的4MW/2MWh儲能調頻項目，該項目能有效緩解電網(wǎng)負載壓力和增強電網(wǎng)運行穩(wěn)定。4、在需求側響應中的研究為特定電力用戶提供服務，例如可為用戶提供消減需求開支并提供后備電源服務，也可在電網(wǎng)故障時，保障對用戶的高可靠性供電。5、在智能建筑領域的應用研究圍繞智能電網(wǎng)和智能城市的發(fā)展，結合儲能系統(tǒng)探索智能電網(wǎng)及智能城市未來的發(fā)展形態(tài)，實現(xiàn)對區(qū)域內電力供需進行有效調控。6、在智能交通中的應用研究儲能應用與智能交通領域，主要是通過電動汽車來實現(xiàn)，采用V2G技術實現(xiàn)與電網(wǎng)的互動。二、儲能系統(tǒng)應用前景和研究熱點三、儲能技術在電網(wǎng)中應用的典型案例一、發(fā)展儲能的意義和作用國家風光儲輸示范工程是推進我國可再生能源大規(guī)模開發(fā)利用的一項重大示范工程。風能，太陽能都是清潔可再生能源，有著廣泛的應用前景。但是由于風能和光能的間歇性和隨機性，風、光獨立運行供電系統(tǒng)很難提供連續(xù)穩(wěn)定的能量輸出。這已經(jīng)成為全球范圍內制約可再生能源大規(guī)模發(fā)展的關鍵技術瓶頸。為研究、解決我國風力發(fā)電、光伏發(fā)電、儲能和智能電網(wǎng)等領域的關鍵技術問題，引領清潔能源產(chǎn)業(yè)的快速健康發(fā)展，國家電網(wǎng)公司在張家口建設本工程。風電一期工程建設小東梁風電場49MW、風電一期工程建設孟家梁風電場49MW，大河光伏儲能電站一期建設光伏發(fā)電40MW、儲能裝置20MW。（1）概述國家風光儲輸示范工程（2）總體構架四、儲能技術在電網(wǎng)中應用的典型案例（3）儲能系統(tǒng)考慮技術風險控制，裝置多樣性，同時，兼顧到本工程的示范意義，本期儲能電站選用鋰電池、鈉硫電池和全釩液流電池的組合。鈉硫電池全釩液硫電池磷酸鐵鋰電池（4）儲能系統(tǒng)輸出功率儲能容量備注磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)（比亞迪）6MW36MWh能量型磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)（ATL）4MW16MWh能量型磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)（中航鋰電）3MW9MWh功率型磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)（萬向）1MW2MWh功率型鈉硫電池儲能系統(tǒng)（NGK）4MW24MWh全釩液流電池儲能系統(tǒng)（普能）2MW8MWh本期規(guī)?？傆?0MW95MWh遠景規(guī)模70～110MW（4）儲能系統(tǒng)已突破的關鍵技術

電池儲能裝置的大規(guī)模電站化集成技術

大規(guī)模多類型電池儲能電站高速實時監(jiān)控技術

大規(guī)模多類型儲能電站協(xié)調控制及能量管理技術

大規(guī)模多類型電池儲能電站的多種應用技術四、儲能技術在電網(wǎng)中應用的典型案例削弱風光出力“毛刺”，實現(xiàn)多時間尺度的出力平滑，保證了電源接近常規(guī)電源的穩(wěn)定輸出實時填補計劃值與實際值的差額，實現(xiàn)風光儲多組態(tài)聯(lián)合出力實時跟蹤計劃值平滑風光出力跟蹤計劃削峰填谷參與調頻利用儲能裝置的充放電功能，動態(tài)調節(jié)電網(wǎng)峰谷，具有傳統(tǒng)調峰電源不具備的秒級快速響應優(yōu)勢儲能瞬時切換輸出/輸入狀態(tài)，響應快速方式靈活已實現(xiàn)網(wǎng)調直控儲能，進行系統(tǒng)調頻（5）系統(tǒng)功能（4）延伸和突破四、儲能技術在電網(wǎng)中應用的典型案例擬在張家口地區(qū)建設風光儲工程，該工程風光互補電站總裝機容量約為200MW，其中風電場99MW（本期建設）、光伏電站100MW（遠期建設），需要配置一定容量的儲能。儲能容量的配置需要根據(jù)風光出力特性、儲能裝置特性和有效較小棄風和棄光達到風光總輸出功率平穩(wěn)的要求，從而有效提高能源利用率的作用。（6）延伸和突破四、儲能技術在電網(wǎng)中應用的典型案例

本項目本期投運99MW風電，以康保地區(qū)風電場一年的預測運行數(shù)據(jù)進行儲能容量配比分析。（6）延伸和突破四、儲能技術在電網(wǎng)中應用的典型案例

總體上來看，由于風電出力的波動性較大，儲能容量的增加對系統(tǒng)棄電率的減少效果有限，儲能電池的容量配置不宜過高。配置儲能設備后，風電場的棄風率低于15%，根據(jù)曲線計算結果，可采用20MWh或者30MWh儲能容量。由儲能容量與棄風率關系曲線對應20MWh、30MWh的曲線可以看出，儲能電池功率在25MW左右出現(xiàn)拐點，棄風率下降趨勢趨于穩(wěn)定，儲能電池功率取25MW可得到較好的技術指標效益，因此本期工程儲能電池的容量取值可為25MW*0.8h（20MWh）或25MW*1.2h（30MWh），考慮充放電次數(shù)以后，最終選定25MW×1.2h（30MWh）。四、儲能技術在電網(wǎng)中應用的典型案例青海光儲項目隨著青海省光伏發(fā)電項目的持續(xù)增加，目前青海光伏電站的發(fā)展速度已經(jīng)遠遠超過了電網(wǎng)的承受能力，使得光伏發(fā)電出現(xiàn)“棄光”現(xiàn)象，且光伏發(fā)電需要通過電網(wǎng)進行遠距離輸送，而輸電線路建設與光伏電站發(fā)展不匹配，導致大量光伏電站建成之后，由于電網(wǎng)基礎設施無法及時滿足新能源的發(fā)展速度、大規(guī)模光伏發(fā)電不能滿足并網(wǎng)要求等原因，出現(xiàn)了發(fā)電不能并網(wǎng)、發(fā)電利用小時數(shù)持續(xù)降低和“棄光”等現(xiàn)象。（1）概述a.創(chuàng)新性的提出光儲發(fā)展模式，從本質上解決“棄光限電”問題我國近幾年，尤其是近5年，新能源電力規(guī)劃和建設出現(xiàn)了井噴式的增長，其中大部分的大規(guī)模光伏電站位于本地電力消納能力不足的地區(qū)。由于西北地區(qū)電網(wǎng)基礎設施薄弱，無法滿足新能源電力輸送要求，同時跨地區(qū)電網(wǎng)還面臨著管理體制的制約，導致棄光成為電力調度機構不得不采取的行為。儲能具有靈活的“調配”作用，光伏和儲能的聯(lián)姻可以很好的解決“棄光限電”這一棘手問題。通過配置一定規(guī)模的儲能系統(tǒng)，可以在電網(wǎng)輸送通道受限以及光伏組件陽關照射充分的情況下，將光伏發(fā)電電力儲存在儲能系統(tǒng)中，在適當?shù)臅r間，再通過儲能反送至電網(wǎng)，光儲聯(lián)合發(fā)電可以實現(xiàn)在滿足電網(wǎng)調度要求的同時，降低光伏電站出力對電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊，從而達到減少棄光的效果。（2）項目建設的意義與重要性（2）項目建設的意義與重要性光伏電站通常受天氣和時間因素的影響，出力大小有時候變化較快，特別是受到云層的影響，光照強度會發(fā)生劇烈變化，進而導致光伏陣列輸出功率的波動，當光伏輸出波動達到一定程度時，電網(wǎng)往往會采取限制、隔離的方式來處理。b.平抑光伏電站出力波動，有效改善光伏發(fā)電供電質量。因此，為充分發(fā)掘光伏發(fā)電的價值，協(xié)調光伏發(fā)電和電網(wǎng)之間的矛盾，可通過為光伏電站配置電池儲能系統(tǒng)的方式予以解決，通過“光伏+儲能”的聯(lián)合運行，不僅可以讓光伏電站在外界環(huán)境變化的情況下，通過儲能裝置平抑光伏電站的出力波動，以減小光伏發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)的沖擊，而且還是解決諸如電壓波動、電壓跌落和瞬時供電中斷等動態(tài)電能質量問題的有效途徑，達到有效改善光伏發(fā)電供電質量的目的。（3）光儲電站配置方案光伏發(fā)電具有午間短時段出力水平高，其他時段出力水平低和晝間有出力、夜間無出力的特點，儲能技術具有能夠實現(xiàn)電能的時空平移特點，為光伏電站配置儲能系統(tǒng)可將光伏電站的午間高出力轉移至其他時段，削減電站出力尖峰，減少棄光，在現(xiàn)有的輸電走廊條件下，提高輸電走廊的利用效率，延緩輸電線路擴容。上海漕河涇松江南部微電網(wǎng)上海漕河涇開發(fā)區(qū)松江南部微電網(wǎng)的定位是：基于多點接入的可再生能源發(fā)電和冷熱電三聯(lián)供，多元儲能技術的局域智能能源互聯(lián)網(wǎng)綜合體。最終發(fā)展目標是使產(chǎn)業(yè)園區(qū)成為上海綠色低碳友好發(fā)展的典范、使能源中心成為可靠高效能源運營者、使園區(qū)客戶獲得綠色清潔能源。（1）概述（2）微網(wǎng)組成結合整個產(chǎn)業(yè)園區(qū)的定位、概念方案設計以及建筑特點，在綠化屋面覆蓋太陽能光伏發(fā)電板，提供日常用電量；冷熱電三聯(lián)供機組納入微網(wǎng)系統(tǒng)，作為光伏電源的補充。同時提供冷、熱水等電能以外的輔助產(chǎn)品。為消減間歇式電源的波動特性，考慮配置一定容量的儲能系統(tǒng)，作為微網(wǎng)的一部分。-37-園區(qū)客戶獲得綠色清潔能源能源中心成為可靠高效能源運營者產(chǎn)業(yè)園成為上海綠色低碳友好發(fā)展的典范能源系統(tǒng)定位

基于多點接入的可再生能源發(fā)電和冷熱電三聯(lián)供，多元儲能技術的局域智能能源互聯(lián)