中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：11月10-11日，由湖南省能源局指導(dǎo)，中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)主辦的“第三屆全國(guó)電源側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)及應(yīng)用高層研討會(huì)”在長(zhǎng)沙華天酒店召開(kāi)。來(lái)自電網(wǎng)公司、設(shè)計(jì)院、系統(tǒng)集成商等領(lǐng)域的400余人參加了本次研討會(huì)。
會(huì)議期間，中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司教授級(jí)高工吳俊玲分享了主題報(bào)告《儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用場(chǎng)景和技術(shù)展望》。中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)對(duì)其演講內(nèi)容進(jìn)行了梳理，并在此分享給大家，供大家學(xué)習(xí)、交流。演講內(nèi)容如下：
吳俊玲：各位來(lái)賓大家中午好，我是來(lái)自中國(guó)電力科學(xué)研究院的吳俊玲，今天很榮幸跟大家在這里交流關(guān)于儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景的工作和想法。當(dāng)然這個(gè)話(huà)題咱們今天的論壇當(dāng)中很多專(zhuān)家涉及到了，我先說(shuō)一下我是來(lái)自電力系統(tǒng)研究所，所以雖然今天的論壇主題是電網(wǎng)側(cè)應(yīng)用，但是我還是在電源側(cè)論壇，站在電網(wǎng)側(cè)應(yīng)用的角度，來(lái)看儲(chǔ)能的應(yīng)用。
因?yàn)槲覀兊膬?chǔ)能不管是用在各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生一定的效果或者是影響。我們把儲(chǔ)能分為兩大類(lèi)，儲(chǔ)能在穩(wěn)態(tài)功率平衡和儲(chǔ)能在安全穩(wěn)定控制當(dāng)中的應(yīng)用。
從電網(wǎng)對(duì)于儲(chǔ)能的應(yīng)用的迫切需求談起。
1、系統(tǒng)調(diào)峰缺口大，制約新能源消納，不管是50%能源和消費(fèi)的戰(zhàn)略目標(biāo)還是最近習(xí)大大提出的碳中和目標(biāo)都會(huì)導(dǎo)致新能源裝機(jī)和發(fā)電量呈現(xiàn)非常高的占比，這種情況下因?yàn)樾履茉唇o我們提供電量，但是無(wú)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(guī)電源的開(kāi)機(jī)減少，最終導(dǎo)致我們的峰荷需求無(wú)法滿(mǎn)足，只有讓常規(guī)電源處于熱備用的狀態(tài)，不僅會(huì)導(dǎo)致常規(guī)電源的經(jīng)濟(jì)性降低，而且在低谷負(fù)荷出力壓不下去的時(shí)候只有新能源棄電，這樣的矛盾下，儲(chǔ)能成為電力系統(tǒng)調(diào)峰的剛性的需求。
2、從電力系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性的角度，未來(lái)負(fù)荷中心的峰谷差呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，通過(guò)下面的柱狀圖看到無(wú)論是十三五還是十四五、十五五的預(yù)測(cè)當(dāng)中，負(fù)荷的增速都是大于用電量的增速，負(fù)荷特性尖峰化的特征越來(lái)越明顯，尖峰電量占比很少，對(duì)于這部分尖峰負(fù)荷的供電，僅僅依靠增加電源、電網(wǎng)和供電設(shè)施來(lái)滿(mǎn)足對(duì)電網(wǎng)的建設(shè)還是很不經(jīng)濟(jì)的。下面是某負(fù)荷中心的年負(fù)荷曲線(xiàn)，如果按95%最大負(fù)荷劃線(xiàn)的話(huà)超過(guò)95%的負(fù)荷是很少的。
3、電網(wǎng)穩(wěn)定破壞風(fēng)險(xiǎn)增加，需要更加靈活的調(diào)控手段；一方面現(xiàn)在跨區(qū)直流的容量越來(lái)越大，條數(shù)越來(lái)越多，故障形式越來(lái)越復(fù)雜，使電網(wǎng)受到大功率沖擊的風(fēng)險(xiǎn)越來(lái)越大。高比率新能源接入受端電網(wǎng)，低慣量、弱支撐的新能源機(jī)組在電網(wǎng)中的比例不斷增加，致送、受端電網(wǎng)中傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式同步發(fā)動(dòng)機(jī)的裝機(jī)比重下降。
二、來(lái)看一下儲(chǔ)能在電網(wǎng)當(dāng)中的應(yīng)用，首先在穩(wěn)態(tài)功率平衡當(dāng)中的應(yīng)用，儲(chǔ)能就像保溫瓶，這樣的東西在電網(wǎng)的哪個(gè)環(huán)節(jié)不需要？所以可以說(shuō)在發(fā)、輸、配、用各個(gè)環(huán)節(jié)都需要的，調(diào)峰是剛性需要的。光伏+儲(chǔ)能、風(fēng)電+儲(chǔ)能、新能源+儲(chǔ)能都是常見(jiàn)的場(chǎng)景。
1、儲(chǔ)能和新能源結(jié)合之后，可以平滑波動(dòng)，跟蹤出力的變化，減少預(yù)測(cè)功率誤差和降低懲罰成本，削峰填谷，增加調(diào)峰容量，降低棄風(fēng)棄光率。這是風(fēng)光儲(chǔ)基地里面進(jìn)行儲(chǔ)能應(yīng)用平滑功率曲線(xiàn)的例子。
在儲(chǔ)能滿(mǎn)足系統(tǒng)調(diào)峰需求方面，要確定儲(chǔ)能的需求容量和布局，在這方面主要是采用時(shí)序生產(chǎn)模擬的方法，一是通過(guò)確定性的生產(chǎn)模擬，另外是將隨機(jī)性引入進(jìn)來(lái)的模擬，要確定電網(wǎng)對(duì)于儲(chǔ)能的需求，可以通過(guò)區(qū)域間的功率交換的特性，負(fù)荷特性，新能源出力特性，得到調(diào)節(jié)能力的需求；通過(guò)發(fā)電機(jī)組開(kāi)機(jī)狀態(tài)、常規(guī)發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)能力、已有抽蓄調(diào)節(jié)能力得到系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力，最后得到系統(tǒng)調(diào)峰容量不足的情況。
我們自己也開(kāi)發(fā)了一體化時(shí)序生產(chǎn)模擬的工具，基于這個(gè)工具做了很多研究，也支撐了國(guó)網(wǎng)公司十四五的規(guī)劃，以我們國(guó)家某區(qū)域電網(wǎng)為例，模擬了2030年可再生能源發(fā)電占比達(dá)到50%的場(chǎng)景，在這個(gè)場(chǎng)景下無(wú)儲(chǔ)能的情況，新能源棄電率15.6%，如果加一定的儲(chǔ)能可以把棄電率大幅度的降低，通過(guò)模擬可以看到，儲(chǔ)能對(duì)于光伏棄電率的降低是比較明顯，而對(duì)于風(fēng)電如果繼續(xù)增加儲(chǔ)能的容量效果并不明顯，是因?yàn)楣夥侨占?jí)的波動(dòng)性，而風(fēng)電會(huì)出現(xiàn)連續(xù)超過(guò)24小時(shí)的棄風(fēng)的情況，占比已經(jīng)接近11%，所以繼續(xù)再增加儲(chǔ)能效果并不是很明顯。我們可以依賴(lài)大容量的儲(chǔ)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(fēng)電和光伏的曲線(xiàn)進(jìn)行持續(xù)的模擬，畢竟風(fēng)電和光伏是隨機(jī)性的，所以說(shuō)可以引入考慮隨機(jī)性的模擬方法，對(duì)多年的風(fēng)資源的特性和光資源特性進(jìn)行模擬，這樣得到儲(chǔ)能的配比更具有可行性。這里也是以西北某省級(jí)電網(wǎng)做了一個(gè)算例，可以得到一年當(dāng)中調(diào)峰不足的時(shí)間，次數(shù)，產(chǎn)生的棄風(fēng)率是多少，電量是多少。
2、儲(chǔ)能保證尖峰負(fù)荷供電，降低電力系統(tǒng)投資，隨著電網(wǎng)對(duì)效率和效益要求的不斷提高，儲(chǔ)能是應(yīng)對(duì)尖峰負(fù)荷供電壓力的有效手段?？矗▓D）尖峰負(fù)荷在電量占比當(dāng)中是非常小的，如果我們?yōu)榱诉@些尖峰負(fù)荷來(lái)進(jìn)行投資代價(jià)非常大，如果考慮儲(chǔ)能來(lái)解決的話(huà)，投資需求是比較小的，即使考慮了電網(wǎng)蛇蛇和儲(chǔ)能壽命之間的差異，折合為年費(fèi)用的話(huà)還是有一定的效益。
三、儲(chǔ)能在安全穩(wěn)定控制中的應(yīng)用
儲(chǔ)能的出現(xiàn)其實(shí)是豐富了電力系統(tǒng)的有功調(diào)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(diào)控。我們說(shuō)儲(chǔ)能具有四象限的靈活調(diào)節(jié)特性，是在有功和無(wú)功的坐標(biāo)系下，儲(chǔ)能可以在這四個(gè)象限運(yùn)行，可以充可以放，所以說(shuō)是非常靈活的調(diào)節(jié)手段，他在電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定中的應(yīng)用，大概可以分為兩類(lèi)，一是響應(yīng)電氣量信號(hào)，提高穩(wěn)定性，進(jìn)行電壓支撐等；另外就是響應(yīng)調(diào)度指令，應(yīng)用到電力系統(tǒng)的安控當(dāng)中。
1、提高暫態(tài)穩(wěn)定性，儲(chǔ)能對(duì)于電力系統(tǒng)提升暫態(tài)穩(wěn)定性的機(jī)理可以類(lèi)比于STATCOM和可投切的制動(dòng)電阻，注入的有功電流相當(dāng)于制動(dòng)電阻，可以在故障期間增加電磁功率，減少電磁功率和機(jī)械功率之間的不平衡，從而提升系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。另外也可以提供無(wú)功支撐，都是可以起到增發(fā)電磁功率的作用。這是5X600MW的簡(jiǎn)單系統(tǒng)，如果說(shuō)儲(chǔ)能同等容量下儲(chǔ)能的控制策略是100%用來(lái)提供有功的支撐或者一半提供有功一半提供無(wú)功或者全部提供無(wú)功，可以看到全部提供有功的控制效率更好。
2、提高動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，儲(chǔ)能可以來(lái)改善系統(tǒng)的阻尼，抑制系統(tǒng)的振蕩，注入的無(wú)功分量主要用于動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)樞紐的電壓，注入有功分量相當(dāng)于動(dòng)態(tài)連續(xù)可調(diào)的電阻。同樣儲(chǔ)能100%提供有功支撐的控制效果是最好的。
3、電壓調(diào)控，儲(chǔ)能在電壓調(diào)控當(dāng)中的應(yīng)用主要是針對(duì)在長(zhǎng)線(xiàn)路帶重負(fù)荷和沖擊性負(fù)荷場(chǎng)景下。通常我們認(rèn)為電壓和無(wú)功是強(qiáng)相關(guān)的，那么儲(chǔ)能提供的有功是如何支撐電壓的呢，實(shí)際上負(fù)荷的增加導(dǎo)致線(xiàn)路上的有功增加，而無(wú)功的損耗是與有功的平方成正比在增加的，無(wú)功損耗的增加，導(dǎo)致負(fù)荷的電壓降低，如果這個(gè)時(shí)候儲(chǔ)能進(jìn)行有功功率的支撐，可以很有效的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的電壓。另外通過(guò)儲(chǔ)能變流器控制來(lái)提供無(wú)功也能夠起到電壓調(diào)控的作用，這種效果是不是會(huì)比STATCOM等調(diào)節(jié)設(shè)備起到的作用更好，需要進(jìn)一步的研究和對(duì)比。在這個(gè)算例里面可以看到，對(duì)于這種長(zhǎng)線(xiàn)路重負(fù)荷場(chǎng)景下，末端負(fù)荷突增的情況下，儲(chǔ)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(diào)頻，在高比例的新能源和大容量直流擠占了傳統(tǒng)火電機(jī)組發(fā)展空間的情況下，當(dāng)發(fā)生大功率缺額故障的時(shí)候，存在引發(fā)系統(tǒng)穩(wěn)定破壞的風(fēng)險(xiǎn)，如果配置儲(chǔ)能為系統(tǒng)提供一次調(diào)頻和慣量支撐可以有效降低這種風(fēng)險(xiǎn)。儲(chǔ)能在提供慣量支撐主要是提供響應(yīng)于系統(tǒng)頻率變化的短時(shí)功率支撐，阻止系統(tǒng)頻率快速下跌，為一次調(diào)頻贏得時(shí)間，在一次調(diào)頻方面是響應(yīng)系統(tǒng)頻率偏差，阻止系統(tǒng)頻率的持續(xù)跌落。以一個(gè)大區(qū)電網(wǎng)為例，如果特高壓直流、雙級(jí)故障損失800萬(wàn)千瓦，大區(qū)電網(wǎng)中新能源出力滲透率增加到28%時(shí)，故障后系統(tǒng)頻率將下降到49.2赫茲，容易引發(fā)低頻減載的動(dòng)作，引發(fā)電網(wǎng)大面積停電。如果利用儲(chǔ)能提供慣量和一次調(diào)頻，能夠相當(dāng)于把新能源替換成常規(guī)同步機(jī)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(wǎng)安全控制系統(tǒng)當(dāng)中，響應(yīng)調(diào)度的指令。現(xiàn)在電網(wǎng)交直流的耦合程度越來(lái)越高了，左邊的示意圖給出區(qū)域間交直流互聯(lián)的典型場(chǎng)景，直流的輸電能力和區(qū)域間交流聯(lián)絡(luò)線(xiàn)的輸電能力有比較強(qiáng)的耦合關(guān)系，調(diào)度運(yùn)行上為了保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行，可能會(huì)采取預(yù)控聯(lián)絡(luò)線(xiàn)和直流功率的措施。另外隨著生活水平的提高，居民對(duì)供電可靠性的要求越來(lái)越高，也可以利用儲(chǔ)能提供短時(shí)功率支撐，替代切負(fù)荷措施。如果B區(qū)域電網(wǎng)注入的直流發(fā)生雙級(jí)閉鎖故障，因?yàn)楣β实霓D(zhuǎn)移沖擊A、B之間的聯(lián)絡(luò)線(xiàn)，會(huì)導(dǎo)致A、B區(qū)域電網(wǎng)有失穩(wěn)和解列的風(fēng)險(xiǎn)。需要B區(qū)域切除一定的負(fù)荷，如果利用儲(chǔ)能來(lái)替代切負(fù)荷的措施，也可以保證大區(qū)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定的運(yùn)行。
今天的分享主要是這些，我們團(tuán)隊(duì)仍然還會(huì)在這些方面進(jìn)一步研究，如基于源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化生產(chǎn)模擬工具的儲(chǔ)能容量和布局規(guī)劃，適于大電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析的仿真工具，儲(chǔ)能涉網(wǎng)性能和對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響，基于規(guī)?；瘍?chǔ)能的安全穩(wěn)定控制架構(gòu)和控制策略等。也期待業(yè)內(nèi)的同行和我們進(jìn)行交流和合作。
