中國儲能網(wǎng)訊：2017年4月24-26日，第七屆中國國際儲能大會在蘇州香格里拉大酒店圓滿召開，來自中、美、英、德、澳、日、韓等國家的1400余位嘉賓到場參會。大會共邀請140余位行業(yè)專家與企業(yè)代表，圍繞產(chǎn)業(yè)熱點話題，發(fā)表了一系列精彩演講，中國儲能網(wǎng)將向讀者傳遞本次大會最具價值的聲音。
大會期間，甘肅省電力公司風電技術(shù)中心主任汪寧勃，在“新能源發(fā)電并網(wǎng)專場”，以《儲能提高風電場并網(wǎng)性能研究》為題發(fā)表演講，現(xiàn)將演講主要內(nèi)容發(fā)布，以饗讀者。
甘肅省電力公司風電技術(shù)中心主任汪寧勃
汪寧勃：下面由我跟大家共同討論一下儲能提高風電場并網(wǎng)性能這樣一個研究。我這里跟大家分享的主要是從這五個方面，首先就是我們國家風電發(fā)展的逆向分布的特點，包括風電和光伏都是主要集中在三北地區(qū)。與歐美國家發(fā)展模式不同，我國大概80%的風電集中在三北地區(qū)，60%的光伏集中在西部地區(qū)。遠離復合中心，這樣就不可避免的需要面對大規(guī)模集中開發(fā)、遠距離送出所遇到的各種問題。目前酒泉距離蘭州復合中心有1千公里，在1千公里以外建設(shè)一個千萬千瓦風電基地，相當于在我們江蘇的南京建一個這樣的基地給北京供電這樣一個距離。同時在這個區(qū)間又是以330和750千伏這樣的電壓等級接入，所以形成了目前全世界集中并網(wǎng)規(guī)模最大、送出距離最遠、接入電壓等級最高等一系列之最的這樣一些問題。在這個情況下我們所面臨的很多問題在其他地方可能表現(xiàn)的不是很突出，在我們甘肅酒泉地區(qū)表現(xiàn)的尤為突出，這個特點非常鮮明。
在這樣的一個輸電通道，我剛才說了一千公里的輸電通道，從酒泉西部的瓜州到蘭州的輸電過程中，隨著風電的大幅度波動，導致這個長輸電線路的輸電有功功率甚至無功功率都不斷的隨著風電波動而變化，這樣的變化使得系統(tǒng)運行控制也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。正在建設(shè)的酒泉到湖南株洲的特高壓正負800直流輸電線路將在今年5月份投產(chǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)正在分體調(diào)試，但是這個又使得我們新能源的輸電距離從一千公里到2500公里這樣一個量級的變化。從交流輸電變成交直流混合輸電，使得我們將面臨更多的問題。盡管其他地方也有特高壓輸電線路投運，但是由于我們在酒泉到湖南這個輸電通道的點上，目前沒有火電機組作為支撐，這是國內(nèi)外唯一的，幾乎是在原端純粹是新能源來支撐的，這將帶來更多的問題。
下面介紹一下新能源的特點，就是說我們國家發(fā)展的特點，而且這個比例實際上已經(jīng)達到了或者超過了歐美國家的裝機容量。第二個就是我們輸電的整個總?cè)萘?，就不要說比我們更多的內(nèi)蒙，就甘肅的這個目的風電可以排在世界第七，光伏也是可以排在世界第七、第八的位置。也就是說中國在這塊的發(fā)展已經(jīng)遠遠的走在了世界的前端。第三個特點就是除了我們國家風能資源逆向分布的特點以外，還有一個就是這個地區(qū)的土地資源的豐富使得它適合大規(guī)模開發(fā)，沒有足夠的土地資源是沒有辦法開發(fā)風電和光伏的。同時它交通又比較方便，地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較好，又在輸電通道的下端，所以使得這個地方發(fā)展的比較快，也是問題比較多。
在目前情況下，實際上盡管大家都在說棄光棄風等等一系列問題，實際上它的裝機容量已經(jīng)占全省總裝機容量的40%多，超過了德國，甚至超過了丹麥。但是它的發(fā)電量也是比較考前的，它的最大月發(fā)電量和最大的負荷已經(jīng)過了全省的一半了。同時一個就是超常規(guī)快速發(fā)展，近10年甘肅風電增長了239倍，光伏是6年增長了300多倍，同時我們1977萬的裝機以及是我們最大符合的148%了，這些數(shù)據(jù)都遠遠高于國外的水平。距離遠，以及主要集中在核心走廊這樣一個特點也是跟別的地方不太一樣的點。同時它的這個不確定性，包括各個風電場出力的隨機變化，以及大規(guī)模的脫網(wǎng)事故。這個脫網(wǎng)事故包括棄風棄光這些問題都跟別的地方有顯著不同。
為了探討儲能的問題，我們首先看一下出力特性。這是我們早期統(tǒng)計的當時只有540萬裝機的出力特性，全年的。大家看一下按照這樣一個風電的運行的特性，實際上是面臨巨大的挑戰(zhàn)的，也就是說它隨時都在變化。這是某一天的一個出力特性，剛才如果說年的出力特性看的是波動的，實際上在一天的時間里面大家可以看到反調(diào)峰特性非常明顯，就是白天用電的時候不怎么發(fā)電，到晚上猛發(fā)電。這是對幾個風電的特性分析，包括單個風電場、風電場群以及總的處理，大家可以看單個風電場出力的變化率非?？?，但是在整個風電場的大規(guī)模風電基地的時候變化逐步趨緩，或者趨于平緩。這樣實際上就是風電在整體有自我平抑波動的這樣一個能力，但是它仍然是一個隨機波動性的能源。就拿底下這張圖來說，如果裝一千萬的風電，大概95%的概率它的發(fā)電能力只能發(fā)到500萬左右，也就是說它的這個大出力的時間非常小，而這個出力分布的特點就決定了它整體是向小出力區(qū)間靠攏，大出力的時間非常小、時間非常短。
下面就儲能這塊做一個簡單介紹，這實際上是我們承擔的一個國家863的項目，其中在這個項目的研究過程中通過儲能既加裝了超級電容也加裝了鋰電池儲能，通過兩種儲能方式來共同探索儲能改善風電并網(wǎng)特性的這樣一個途徑和發(fā)展。在這個儲能的里面首先研究儲能配制的方法以及對儲能的需求，同時和風電場的特性相結(jié)合，包括穩(wěn)態(tài)的和暫態(tài)的兩種狀態(tài)下去探索儲能提高風電場并網(wǎng)特性的一個思路。這是在八臺機組的一個點上，另外選擇了3臺機組分別加裝了300千瓦的超級電容的儲能。這個是裝鋰電池儲能的，就是在戶外把儲能接到這個35千伏母線上。這個是在儲能系統(tǒng)里面1兆瓦時的儲能系統(tǒng)里面的內(nèi)部接線，整個這塊是最后放在一個集裝箱系統(tǒng)里面。它的儲能工作的原理主要是除了暫態(tài)支撐以外就是這種平抑瞬時的快速波動，消除這種毛刺，使得風電出力相對比較平穩(wěn)。
超級電容這個3兆瓦的機組里面是由兩部分組成，就是兩個1.5兆瓦的單元，每個單元里面分別裝150千瓦的超級電容模塊。超級電容主要是提供對直流母線的電壓作為控制源，進行一個緊急狀態(tài)下的控制和異常波動的控制，它既能夠起到平滑出力，同時在緊急狀態(tài)下還能夠提供支撐。作為一個緊急狀態(tài)下的控制和異常波動的控制。這個也是在超級電容充放電仿真過程中展示曲線，這個是儲能在整個過程中的一個仿真的曲線和波動變化的平抑吸收毛刺的變化過程。實際上由于我們這個容量選擇的比較小，所以它只能平抑一下波動的毛刺。
這個是暫態(tài)頻率支撐的響應(yīng)，這個是超級電容在頻率變化過程中快速的發(fā)出響應(yīng)，起到對頻率有一個附加的支撐作用。我們在常規(guī)狀態(tài)下只是講風電機組的低電壓穿越能力，但是正常情況下電網(wǎng)對機組不僅有所謂的穿越，甚至需要要求在特殊情況下能夠繼續(xù)輸出有功和無功。在這個里面我們后面專門做了實驗，這是仿真過程中要求在這種電壓能級下能夠繼續(xù)不脫網(wǎng)，并且能力繼續(xù)發(fā)出有功和無功這樣一個要求，這比我們現(xiàn)在的國標要求已經(jīng)高了。這是在這個過程中充電和放電的頻率響應(yīng)的概率密度圖，這是整個過程中電壓的變化和積累的功率密度的圖。
前面那些過程主要是偏理論和仿真過程，實際上我們在這個系統(tǒng)當中儲能和超級電容，在儲能重點提高風電的可調(diào)性能，在超級電容重點是解決提高風電機組的暫態(tài)支撐能力的特點上面。這個是整個控制系統(tǒng)，既包括風電機組的控制，也包括儲能和超級電容整個控制系統(tǒng)，就是示范功能的一個展示界面都在這個里面。這個是在風電機組的機艙里面加裝的超級電容的界面以及整個柜子展示的圖。這是我們在現(xiàn)場本來是準備驗證70%，后來可能調(diào)的不太準，在電壓跌落到72.32%的時候持續(xù)了5秒鐘，并且在5秒鐘以內(nèi)繼續(xù)能夠持續(xù)的輸出有功功率和無功功率，并且在這個5秒以后這個故障解除以后能夠很快就恢復的過程，下面就是我們超級電容分別動作的這么一個支撐的圖。在正常狀態(tài)下風電機組在這個情況下基本上都進入了低電壓穿越的狀態(tài)，也就是說不可能再輸出五功的輸出，也只有網(wǎng)側(cè)電路輸出。在我們這個測試的過程中連續(xù)的輸出有功和無功，并且實現(xiàn)了不僅有低電壓穿越功能，而且有低電壓耐受能力，并且提供了很好的暫態(tài)支撐能力。
這個是儲能裝置的圖，因為這套裝置實際上在投運以后僅僅是平抑一下毛刺的波動，所以我們對這塊沒有特別的關(guān)注，但是在超級電容那塊一直通過多種觀察，感覺它的作用更加顯著。畢竟那個是在一臺機組上，這個是在一個八臺3兆瓦機組的母線上。也就是說在這樣一兆瓦一兆瓦的儲能裝置占的比例太小了，所以它在里面所起的作用非常有限。
我就跟大家分享到這里，我們想通過這個研究干什么呢？就是什么時候我們風電機組能夠像常規(guī)機組一樣達到實現(xiàn)這樣的常規(guī)機組的功能，按照這樣一個目標去努力，這個是我們做的其中的探索之一。謝謝大家。
