储能促进受端电网清洁能源消纳的应用场景思考-清华四川能源互联网研究院-张东辉

储能促进受端电网清洁能源 消纳的应用场景思考 主讲单位清华四川能源互联网研究院 主讲人 张东辉 时间 2019年 11月 25日 目 录 1 新能源消纳困难分析 2 储能在促进新能源消纳中的作用 3 储能促进新能源消纳的关键规划技术和原则 3 典型清洁能源 水电 风电、太阳能 核电 我国能源转型的重要手段是提高清洁能源在发电中的比例 4 我国能源转型的重要手段是提高清洁能源在发电中的比例 1、 2030年 非化石能源发电量占全部发电量的比重力争达到 50 国家发展改革委、国家能源局 2016年 12月 29日发布的能源生产和消费革命战略（ 2016-2030） 水电 1 7 . 6 风电 5 . 2 光伏 2 . 5 核电 4 . 2 生物质 1 . 3 火电 6 9 . 1 非化石能源火电 2018年各类型能源发电量占比，总发电量 7万亿 2030年非化石能源发电量占比，总发电量 10万亿 火电发电量基本保持不变，水电发电量增长空间不大， 新增发电电量需求基本都需要由风光 核电的非化石能源来填补 5 我国能源转型的重要手段是提高清洁能源在发电中的比例 2、 2030年 风电太阳能装机占比达 33，发电量占比 17 能源转型中我国电力系统的发展趋势（周孝信） 2030年， 预计风电和光伏发电量达 2.65万亿千瓦时，占全社会用电量的 26.5 华北电力校长刘吉臻 2018年，风光合计发电量占比 7.7 6 我国能源转型的重要手段是提高清洁能源在发电中的比例 3、可再生能源年发电量占比达到 2540时 ， 亟须对电力系统传统电源配置、运行方式、输电 规划等做出 重大调整 ， 提出新的电力系统规划、运行和控制方案等。 国际能源署 电力转型 风电、光伏以及灵活性电力系统的经济性 海西蒙古族藏族自治州 玉树藏族自治州 果洛藏族自治州 海南藏族 自治州 海北藏族自治州 黄南藏族 自治州 海 东 市 西 宁 市 2018年，青海风光发电占比 23.2； 今年上半年，青海省规模以上工业发电 量中，清洁能源发电量占比为 82.9 迪 庆 藏 族 自 治 州 大理白族自治州 丽江市 楚雄彝族 自治州 临沧市 保山市 德宏傣族 景颇族自治州 普洱市 西双版纳 傣族自治州 红河哈尼族 彝族自治州 文山壮族苗族自治州 曲靖市 昭通市 昆明市 玉溪市 怒 江 傈 僳 族 自 治 州 2017年云南 97发电为可再生能源，其中风光占 8.5 01 清洁能源消纳困难分析 我国水电跨区域消纳相当部分是通过大容量直流远距离输送 至东部受端地区 大受端电网面临的运行问题 1） 多回大容量直流集中馈入情况下 ， 系统应对 严重故障能力不足 ； 2） 系统短路电流水平控制困难 ； 3） 系统调峰能力不足 ； 4） 电网运行充裕度下降 ， 在某些检修和极端方 式下热稳容易超标 。 华 北 南 方 东 北 西 藏 西 北 华 中 华 东 海 南 台 湾 特高压直流 超高压直流 背靠背直流 间歇性、波动性、不确定性、反调峰特性、不可控性，利用小时数偏低 输电通道利用效率低，线路备用容量大，开机备用容量大，系统调峰难度较大 风能、光伏等新能源发电的固有特点不利于电网消纳 出力特性 风能、光伏等新能源发电的固有特点不利于电网消纳 惯量低，提供短路电流水平低； 基本没有一二次调频能力，电压支撑能力弱 机组特性 削弱 支撑 核电调峰调频大容量核电机组带来的安全问题 核电调峰、调频能力及是否参与 国外有明确的核电调峰、调频能力规定要求； 国内缺乏技术标准和规范。 1991 年 ， 英 、 法 、 德 等 国 家 的 电 网 和 核 电 运 营 商 共 同 组 建 了 EuropeanUtilitiesRequirements（ EUR） ， 对核电调峰能力做出了具体 要求 （ 1） 在前 90的燃料周期内 ， 能够在 50100的额定容量内以每分钟 3 额定容量的调节速率实现负荷跟踪 ， 但年累计跟踪次数不得超过 200次 。 （ 2） 具备一次调频能力 ， 能够在 2 5额定容量内 ， 以每秒钟 1额 定容量的调节速率调整出力 ， 使得电网频率稳定在标准频率 200mHz范 围内至少 15min。 （ 3） 具备二次调频能力 ， 能够在 10额定容量范围内 ， 以每分钟 15 额定容量的调节速率调整出力 。 （ 4） 紧急情况下 ， 能够以每分钟 20额定容量的速率降功率至最小出力 位置运行 。 引自 “ 十三五 ” 期间核电参与电网调峰前景分析 ， 郑宽 电力发展“十三五” 规划 ， “十三五” 期间全国核电投产约 3 000 万 kW、开工 3 000 万 kW以上， 2020 年装机达到 5 800 万 kW。 大容量核电机组的系统安全风险 核电机组单机规模可能远远超过当地的其他 机组，给系统安全运行带来风险 1、频率稳定风险； 2、功角稳定风险； 3、输 电线路热稳风险 ➢措施 -大电网规模效应； -传统发电机组支持； -限制规模，改善特性； -电力市场引导； -储能 改善特性 水电、核电、风光等清洁能源的消纳需要支撑 02 储能在促进清洁能源消纳中的作用 14 2、削峰填谷，改变发电和负荷曲线 3、 供电 4、 其他原因 调压，黑启动 1、 调频 f≈50Hz 15 电池储能电站跟踪负荷变化能力强 ， 响应速度 快 ， 控制精确 ， 且具有双向调节能力 ， 具有削 峰填谷的双重功效 ， 是不可多得的调峰电源 特别是其他电源调峰经济性不佳时 （ 如需要动用 火电深度调峰甚至启停调峰 ， 核电参与调峰 ， 新 能源 、 水电等清洁能源弃电调峰 ） 系统层面 调峰 16 系统内参与二次调频的火电机组受爬坡速率限制，不能精确跟踪调度调频指令时，能够更好 地解决系统二次调频跟踪偏差和不经济问题 2011年美国电科院 EPRI研究报告指出，储能应用于调频是在所有电力系统储能应用中价值最高的应用 2008年美国西北太平洋国家实验室的分析报告指出，同等规模比较下，储能系统进行调频的效果是水电机组 的 1.7倍，是燃气机组的 2.7倍，是火电机组和联合循环机组的近 20倍”。 系统层面 二次调频，有偿辅助服务 17 主要是进行协助提供二次调频辅助服务 ， 获得的 AGC补偿收益 。 几乎能实现调频跟踪曲线与指令曲线重合， 调节反向、偏差和延迟等现象将不会出现 系统层面 二次调频，有偿辅助服务 储能对于受端电网水电消纳的支持，主要体 现在对复杂交直流电网安全稳定的支持上 1、 发掘储能优良的有功 、 无功支撑能力 ， 提升 多 直流集中馈入 电网的功角 、 电压和频率稳定水平； 2） 提升 电网运行 灵活性 ， 缓解 检修和极端方式下 热稳 问题； 3） 作为最困难时刻作用缓解 系统调峰能力不足 。 南海诸岛 19 1、平滑功率波动性 美国加州案例 3、提升调频调压能力，主要是一次调频、基础无 功支撑能力 4、提高调度功率可控性，参与削峰填谷 2、跟踪发电计划 单个站点 储能装置于风电、光伏等新能源厂站，应对 考核奖惩，对电网更友好，减少弃光弃风，提升经济效益 储能应用于核电核心是解决大容量核电机组带来的安全问题 储能也可用于辅助核电调峰、调频，视经济性而定 大机小网 1、频率稳定风险；2、功角稳定风险； 3、输电线路热稳风险 缓解或消除大机小网风险 储能还可作为紧急情况下，核电的备用电源，系统的黑启动电源 03 储能促进清洁能源消纳的应用建议 22 调研并切实掌握各类主要非抽水蓄能储能 （ 包括锂电池 、 铅碳 、 钒液流 、 压缩空气 、 飞轮储能 、 超 级电容等 ） 的技术经济特性 ， 包括技术性能 、 成熟度 、 经济性 、 占地以及安全性近期数据和中远期趋 势预测； 电网侧储能发展 ，清华四川能源互联网 研究院 储能产业应用研究报告 ，中国化学与物 理 电源 行业协会储能应用分会 储能产业研究白皮书 ，中关村 储能 产业 技术联盟 掌握各类储能基础数据，合理预测发展趋势 23 研究并建立典型新型储能的暂态分析模型和经济分析模型 ， 开展储能规划方法模型及算法研究 ， 建 立储能应用的综合评价指标体系 1. 含储能的大规模风电场的快速、精准仿 真 可以实现较现有仿真手段更高效 （严格实时）、精准（保持变流器之间耦 合关系）2. 大量分布式发电接入的微电网 储能应用的综合评价指标体系 收益 固定部分 考核收益 安全收益 变动部分 减少弃电收 益 辅助服务 其他 更加重视储能在电网运行模拟和仿真技术，建立储能应用 的综合评价指标体系 24 1、 清洁能源需要的就地储能 ， 应以短时间尺度改善调频调压性能 、 出力波动性为主要目标； 调频调压为电源应提供的基本服务 ， 建议提出强制基准合理储能容量要求； 不满足调频调压特性 、 出力波动性基本要求的 ， 设置奖惩措施； 2、 清洁能源缺乏的调峰能力和二次调频能力属于系统层面 。 储能应用于调峰和二次调频 ， 应以长时间尺度 、 大容量集中式为主；或购买服务 。 储能配置集中与分散相结合，单站特性改善与系统层面合 理分配 25 清华四川能源互联网研究院 系统分析与混合仿真研究所 系统分析与混合仿真研究所 是四川院下属二级机构 ， 在 电网 /综合能源网系统分析和仿真 方向拥有国 内先进核心技术 ， 支撑四川院整体战略目标落地 。 团队成都 、 北京两地 ， 拥有 15人专业队伍 ， 其中清华大学教授 1人 ， 讲师 2人 ， 博士 3人 ， 硕士 4人 。 优势和特点 ✓ 丰富的实际电网系统分析经验； ✓ 先进的机电、电磁、实时仿真； ✓ 对多电力电子的深入理解。 谢谢 系统分析与混合仿真研究所 18675942686 zhangdh_energy163.com 26