郭家寶-儲(chǔ)能在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

儲(chǔ)能在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)二〇一六年五月上海電力設(shè)計(jì)院有限公司二、儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用前景和研究熱點(diǎn)三、儲(chǔ)能技術(shù)在電網(wǎng)中應(yīng)用的典型案例一、發(fā)展儲(chǔ)能的意義和作用——構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)的智能電網(wǎng)是我國(guó)未來電網(wǎng)的發(fā)展方向規(guī)劃試點(diǎn)階段：2009—2010全面建設(shè)階段：2011—2015引領(lǐng)提升階段：2016—2020“十二·五”規(guī)劃中明確指出

適應(yīng)大規(guī)?？鐓^(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(shè)，進(jìn)一步擴(kuò)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(yuǎn)距離先進(jìn)輸電技術(shù)，依托信息、控制和儲(chǔ)能等先進(jìn)技術(shù)，推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)，切實(shí)加強(qiáng)城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)與改造，增強(qiáng)電網(wǎng)優(yōu)化配置電力能力和供電可靠性。中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司2009年5月21日首次公布智能電網(wǎng)計(jì)劃（Smartgridplan；Intelligentelectricalnetworkplan）1.1儲(chǔ)能的重要意義“十三·五”規(guī)劃中明確指出

提出要重點(diǎn)推進(jìn)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(chǔ)備設(shè)施、能源關(guān)鍵技術(shù)裝備等能源行業(yè)八大重點(diǎn)工程，其中重點(diǎn)提出要實(shí)施光熱發(fā)電示范工程，加快推進(jìn)光熱發(fā)電、大規(guī)模儲(chǔ)能等技術(shù)研發(fā)應(yīng)用。1.1儲(chǔ)能的重要意義

儲(chǔ)能技術(shù)廣泛應(yīng)用于未來智能電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)電、輸電、配電、用電4大環(huán)節(jié)，儲(chǔ)能技術(shù)是實(shí)現(xiàn)構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的關(guān)鍵之一1.2儲(chǔ)能的重要作用

截止到2013年底，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量為91.4GW，平均棄風(fēng)率為11.7%，局部地區(qū)最高達(dá)到35.2%。截止到2013年底，我國(guó)光伏發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)21GW，日棄光30%。

“平抑”可再生能源發(fā)電的隨機(jī)波動(dòng)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(chǔ)能的重要作用電力負(fù)荷在白天高峰和夜間低谷周期性地變化，負(fù)荷峰谷差有時(shí)高達(dá)發(fā)電量的30%-40%。削峰填谷

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

提高電力系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性（調(diào)峰、調(diào)頻）1.2儲(chǔ)能的重要作用提高電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性（可靠性）隨著未來電網(wǎng)的不斷建設(shè)，電力系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境更加復(fù)雜,對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行要求也越來越高，這直接關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民群眾的生活。備用電源儲(chǔ)能系統(tǒng)可以當(dāng)作備用容量，當(dāng)常規(guī)電源發(fā)生無法預(yù)期的事故時(shí)，快速提供電能供應(yīng)。二、儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用前景和研究熱點(diǎn)三、儲(chǔ)能技術(shù)在電網(wǎng)中應(yīng)用的典型案例一、發(fā)展儲(chǔ)能的意義和作用儲(chǔ)能市場(chǎng)近期發(fā)展趨勢(shì)政府對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)及應(yīng)用的關(guān)注度提高電力系統(tǒng)加緊對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)及其在智能電網(wǎng)應(yīng)用研究（技術(shù)、應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)等）金融市場(chǎng)逐步參與到儲(chǔ)能的應(yīng)用中儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)的應(yīng)用項(xiàng)目仍以示范為主，但數(shù)量、容量有所提高儲(chǔ)能技術(shù)在電動(dòng)汽車、能量回收領(lǐng)域、電信基站、數(shù)據(jù)中心等市場(chǎng)的應(yīng)用為其規(guī)?；M(jìn)入電力市場(chǎng)奠定基礎(chǔ)多能互補(bǔ)、多類儲(chǔ)能技術(shù)結(jié)合應(yīng)用是近期技術(shù)選型的亮點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)、關(guān)鍵材料仍有待改進(jìn)主流技術(shù)成本近幾年不斷下降，在未來五年，下降空間很大新興技術(shù)研發(fā)活躍市場(chǎng)應(yīng)用技術(shù)儲(chǔ)能市場(chǎng)發(fā)展規(guī)模儲(chǔ)能市場(chǎng)容量及技術(shù)1、在可再生能源中的應(yīng)用研究大規(guī)?？稍偕娫唇尤牒?，其波動(dòng)性、間歇性和隨機(jī)性不僅增加電力系統(tǒng)調(diào)峰壓力，而且影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。引入儲(chǔ)能技術(shù)可以有效平抑新能源功率波動(dòng)，增強(qiáng)新能源發(fā)電可控性，提高新能源的并網(wǎng)接入能力。中國(guó)項(xiàng)目名稱項(xiàng)目時(shí)間項(xiàng)目地點(diǎn)儲(chǔ)能系統(tǒng)詳細(xì)信息系統(tǒng)應(yīng)用國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程2011張北縣20MW100MW風(fēng)電和40MW光伏配置20MW的多種類型儲(chǔ)能可實(shí)現(xiàn)風(fēng)光平滑輸出，跟蹤計(jì)劃出力，參與系統(tǒng)調(diào)頻等多種功能上海崇明風(fēng)儲(chǔ)項(xiàng)目2015崇明島2MW結(jié)合崇明東灘風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)一定容量的儲(chǔ)能系統(tǒng)改善風(fēng)力供電不穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)東灘風(fēng)電平滑輸出和友好接入光儲(chǔ)一體化電站2015青海/采用鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)解決棄光限電問題2、在微網(wǎng)中的應(yīng)用研究1、有效穩(wěn)定系統(tǒng)輸出，解決微網(wǎng)中動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問題；2、提高現(xiàn)有配用電設(shè)備的利用率、降低運(yùn)行成本等；3、實(shí)現(xiàn)與大電網(wǎng)的并網(wǎng)運(yùn)行，必要時(shí)向大電網(wǎng)提供一定的支援服務(wù)。

210KW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組100KW光伏組件2000Ah儲(chǔ)能蓄電池組

東福山島風(fēng)光柴儲(chǔ)能電站是國(guó)內(nèi)第一個(gè)規(guī)?；度雽?shí)際應(yīng)用的新能源儲(chǔ)能電站，集風(fēng)、光、儲(chǔ)一體并升壓運(yùn)行孤島微網(wǎng)系統(tǒng)。中國(guó)項(xiàng)目名稱系統(tǒng)規(guī)模儲(chǔ)能作用新疆喀拉昆侖山脈微網(wǎng)項(xiàng)目光伏1MW、柴油機(jī)、儲(chǔ)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(jì)性、減輕供電壓力和環(huán)保壓力國(guó)電光柴儲(chǔ)互補(bǔ)離網(wǎng)電站光伏、柴油機(jī)、儲(chǔ)能新疆吐魯番新能源城市微網(wǎng)工程項(xiàng)目屋頂光伏13.4MW山東長(zhǎng)島可再生能源海島示范項(xiàng)目—南麂微網(wǎng)示范工程風(fēng)電1MW、光伏545kW、海洋能30kW、柴油機(jī)1.6MW、儲(chǔ)能3、在電網(wǎng)調(diào)頻中的研究由于儲(chǔ)能調(diào)節(jié)速度快，未來在電網(wǎng)調(diào)頻中將起到積極的作用，目前美國(guó)、智利等國(guó)均已開展調(diào)頻儲(chǔ)能項(xiàng)目及研究工作，北京的石景山熱電廠儲(chǔ)能項(xiàng)目也為華北電網(wǎng)提供一定的調(diào)頻輔助服務(wù)。比亞迪在美國(guó)實(shí)施的4MW/2MWh儲(chǔ)能調(diào)頻項(xiàng)目，該項(xiàng)目能有效緩解電網(wǎng)負(fù)載壓力和增強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定。4、在需求側(cè)響應(yīng)中的研究為特定電力用戶提供服務(wù)，例如可為用戶提供消減需求開支并提供后備電源服務(wù)，也可在電網(wǎng)故障時(shí)，保障對(duì)用戶的高可靠性供電。5、在智能建筑領(lǐng)域的應(yīng)用研究圍繞智能電網(wǎng)和智能城市的發(fā)展，結(jié)合儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域內(nèi)電力供需進(jìn)行有效調(diào)控。6、在智能交通中的應(yīng)用研究?jī)?chǔ)能應(yīng)用與智能交通領(lǐng)域，主要是通過電動(dòng)汽車來實(shí)現(xiàn)，采用V2G技術(shù)實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的互動(dòng)。二、儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用前景和研究熱點(diǎn)三、儲(chǔ)能技術(shù)在電網(wǎng)中應(yīng)用的典型案例一、發(fā)展儲(chǔ)能的意義和作用國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程是推進(jìn)我國(guó)可再生能源大規(guī)模開發(fā)利用的一項(xiàng)重大示范工程。風(fēng)能，太陽能都是清潔可再生能源，有著廣泛的應(yīng)用前景。但是由于風(fēng)能和光能的間歇性和隨機(jī)性，風(fēng)、光獨(dú)立運(yùn)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(nèi)制約可再生能源大規(guī)模發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。為研究、解決我國(guó)風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、儲(chǔ)能和智能電網(wǎng)等領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)問題，引領(lǐng)清潔能源產(chǎn)業(yè)的快速健康發(fā)展，國(guó)家電網(wǎng)公司在張家口建設(shè)本工程。風(fēng)電一期工程建設(shè)小東梁風(fēng)電場(chǎng)49MW、風(fēng)電一期工程建設(shè)孟家梁風(fēng)電場(chǎng)49MW，大河光伏儲(chǔ)能電站一期建設(shè)光伏發(fā)電40MW、儲(chǔ)能裝置20MW。（1）概述國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程（2）總體構(gòu)架四、儲(chǔ)能技術(shù)在電網(wǎng)中應(yīng)用的典型案例（3）儲(chǔ)能系統(tǒng)考慮技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)控制，裝置多樣性，同時(shí)，兼顧到本工程的示范意義，本期儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)輸出功率儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)（NGK）4MW24MWh全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（普能）2MW8MWh本期規(guī)?？傆?jì)20MW95MWh遠(yuǎn)景規(guī)模70～110MW（4）儲(chǔ)能系統(tǒng)已突破的關(guān)鍵技術(shù)

電池儲(chǔ)能裝置的大規(guī)模電站化集成技術(shù)

大規(guī)模多類型電池儲(chǔ)能電站高速實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)

大規(guī)模多類型儲(chǔ)能電站協(xié)調(diào)控制及能量管理技術(shù)

大規(guī)模多類型電池儲(chǔ)能電站的多種應(yīng)用技術(shù)四、儲(chǔ)能技術(shù)在電網(wǎng)中應(yīng)用的典型案例削弱風(fēng)光出力“毛刺”，實(shí)現(xiàn)多時(shí)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(shí)時(shí)填補(bǔ)計(jì)劃值與實(shí)際值的差額，實(shí)現(xiàn)風(fēng)光儲(chǔ)多組態(tài)聯(lián)合出力實(shí)時(shí)跟蹤計(jì)劃值平滑風(fēng)光出力跟蹤計(jì)劃削峰填谷參與調(diào)頻利用儲(chǔ)能裝置的充放電功能，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電網(wǎng)峰谷，具有傳統(tǒng)調(diào)峰電源不具備的秒級(jí)快速響應(yīng)優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)能瞬時(shí)切換輸出/輸入狀態(tài)，響應(yīng)快速方式靈活已實(shí)現(xiàn)網(wǎng)調(diào)直控儲(chǔ)能，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)頻（5）系統(tǒng)功能（4）延伸和突破四、儲(chǔ)能技術(shù)在電網(wǎng)中應(yīng)用的典型案例擬在張家口地區(qū)建設(shè)風(fēng)光儲(chǔ)工程，該工程風(fēng)光互補(bǔ)電站總裝機(jī)容量約為200MW，其中風(fēng)電場(chǎng)99MW（本期建設(shè)）、光伏電站100MW（遠(yuǎn)期建設(shè)），需要配置一定容量的儲(chǔ)能。儲(chǔ)能容量的配置需要根據(jù)風(fēng)光出力特性、儲(chǔ)能裝置特性和有效較小棄風(fēng)和棄光達(dá)到風(fēng)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(chǔ)能技術(shù)在電網(wǎng)中應(yīng)用的典型案例

本項(xiàng)目本期投運(yùn)99MW風(fēng)電，以康保地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)一年的預(yù)測(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)能容量配比分析。（6）延伸和突破四、儲(chǔ)能技術(shù)在電網(wǎng)中應(yīng)用的典型案例

總體上來看，由于風(fēng)電出力的波動(dòng)性較大，儲(chǔ)能容量的增加對(duì)系統(tǒng)棄電率的減少效果有限，儲(chǔ)能電池的容量配置不宜過高。配置儲(chǔ)能設(shè)備后，風(fēng)電場(chǎng)的棄風(fēng)率低于15%，根據(jù)曲線計(jì)算結(jié)果，可采用20MWh或者30MWh儲(chǔ)能容量。由儲(chǔ)能容量與棄風(fēng)率關(guān)系曲線對(duì)應(yīng)20MWh、30MWh的曲線可以看出，儲(chǔ)能電池功率在25MW左右出現(xiàn)拐點(diǎn)，棄風(fēng)率下降趨勢(shì)趨于穩(wěn)定，儲(chǔ)能電池功率取25MW可得到較好的技術(shù)指標(biāo)效益，因此本期工程儲(chǔ)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(chǔ)能技術(shù)在電網(wǎng)中應(yīng)用的典型案例青海光儲(chǔ)項(xiàng)目隨著青海省光伏發(fā)電項(xiàng)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送，而輸電線路建設(shè)與光伏電站發(fā)展不匹配，導(dǎo)致大量光伏電站建成之后，由于電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施無法及時(shí)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(shí)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(chǔ)發(fā)展模式，從本質(zhì)上解決“棄光限電”問題我國(guó)近幾年，尤其是近5年，新能源電力規(guī)劃和建設(shè)出現(xiàn)了井噴式的增長(zhǎng)，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(chǔ)設(shè)施薄弱，無法滿足新能源電力輸送要求，同時(shí)跨地區(qū)電網(wǎng)還面臨著管理體制的制約，導(dǎo)致棄光成為電力調(diào)度機(jī)構(gòu)不得不采取的行為。儲(chǔ)能具有靈活的“調(diào)配”作用，光伏和儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)，可以在電網(wǎng)輸送通道受限以及光伏組件陽關(guān)照射充分的情況下，將光伏發(fā)電電力儲(chǔ)存在儲(chǔ)能系統(tǒng)中，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，再通過儲(chǔ)能反送至電網(wǎng)，光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電可以實(shí)現(xiàn)在滿足電網(wǎng)調(diào)度要求的同時(shí)，降低光伏電站出力對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊，從而達(dá)到減少棄光的效果。（2）項(xiàng)目建設(shè)的意義與重要性（2）項(xiàng)目建設(shè)的意義與重要性光伏電站通常受天氣和時(shí)間因素的影響，出力大小有時(shí)候變化較快，特別是受到云層的影響，光照強(qiáng)度會(huì)發(fā)生劇烈變化，進(jìn)而導(dǎo)致光伏陣列輸出功率的波動(dòng)，當(dāng)光伏輸出波動(dòng)達(dá)到一定程度時(shí)，電網(wǎng)往往會(huì)采取限制、隔離的方式來處理。b.平抑光伏電站出力波動(dòng)，有效改善光伏發(fā)電供電質(zhì)量。因此，為充分發(fā)掘光伏發(fā)電的價(jià)值，協(xié)調(diào)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(chǔ)能系統(tǒng)的方式予以解決，通過“光伏+儲(chǔ)能”的聯(lián)合運(yùn)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(chǔ)能裝置平抑光伏電站的出力波動(dòng)，以減小光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，而且還是解決諸如電壓波動(dòng)、電壓跌落和瞬時(shí)供電中斷等動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問題的有效途徑，達(dá)到有效改善光伏發(fā)電供電質(zhì)量的目的。（3）光儲(chǔ)電站配置方案光伏發(fā)電具有午間短時(shí)段出力水平高，其他時(shí)段出力水平低和晝間有出力、夜間無出力的特點(diǎn)，儲(chǔ)能技術(shù)具有能夠?qū)崿F(xiàn)電能的時(shí)空平移特點(diǎn)，為光伏電站配置儲(chǔ)能系統(tǒng)可將光伏電站的午間高出力轉(zhuǎn)移至其他時(shí)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(kuò)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(diǎn)接入的可再生能源發(fā)電和冷熱電三聯(lián)供，多元儲(chǔ)能技術(shù)的局域智能能源互聯(lián)網(wǎng)綜合體。最終發(fā)展目標(biāo)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(yùn)營(yíng)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(jié)合整個(gè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)的定位、概念方案設(shè)計(jì)以及建筑特點(diǎn)，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(jī)組納入微網(wǎng)系統(tǒng)，作為光伏電源的補(bǔ)充。同時(shí)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(dòng)特性，考慮配置一定容量的儲(chǔ)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(yùn)營(yíng)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(diǎn)接入的可再生能源發(fā)電和冷熱電三聯(lián)供，多元儲(chǔ)能技術(shù)的局域智能能源互聯(lián)