储能在多能互补综合能源系统中应用---山东电科院 孙树敏.pdf

储能在多能互补综合能源系统中的应用国网山东省电力公司电力科学研究院孙树敏 2019年4月 储能产业是新能源领域的最后一公里，是实现能源互联网的蓄水池。储能作为能源结构调整的支撑产业和关键推手，在发电、输配电、电力需求侧、辅助服务、新能源接入等不同领域有着广阔的应用前景。储能技术作为实现能源互 联网的关键一环，是不可或缺的一部分。配电输电发电 可再生能源大规模接入引发电网稳定性稳定，利用储能提高接纳能力传统扩容方式受限于输电走廊布局等资源限制与负荷需求不断增长之间的矛盾，引入储能能有效缓解矛盾，并缓解设备更新投资，提高网络资源和设施利用率用户 储能引入可提高用户侧分布式能源接入能力，保证供电可靠性，满足电能质量需求，削峰填谷 能源互联网架构及储能的作用示意图 截至2018年11月，全省新能源总装机达到 2438 万千瓦，新能源装机总量居全国第三位。风电、光伏分别突破千万千瓦级大关，其中风电装机1125.69万千瓦，居全国第五位；光伏装机1313.262万千瓦，居全国首位，新能源消纳难度增大。22.9 l 总装机达2438万千瓦l 全国第三位全省新能源总装机占比 l 新能源装机比例越来越高，大量外电入鲁，山东电网消纳清洁能源能力已接近 电网运行极限调峰 山东电网新能源发电装机情况 分布式电源的发展对配电网运行及规划的影响逐步显现分布式电源接入电网后，配电网从放射状结构变为多电源结构，这对原有电力系统产生了一定的影响。电力系统的负荷预测和规划问题会随着分布式电源的接入而变得更加复杂化。分布式电源接入电网后，将给配电网乃至输电网的电压、电能质量、系统保护和调度运行等带来一系列的影响研究分布式电源对配电网规划、电能质量、用户间交互影响、保护等方面的影 响，提出储能在配网中应用的解决方案。 储能在◇◇电网的应用及运营分析报告□电网的现状及储能应用需求分析□储能在电网的应用场景分析□储能系统运营模式及收益分析□电网储能系统建设相关建议 2015年3月 国家工信部、发改委、能源局印发关于推进“互联网”智慧能源发展的指导意见，有效促进能源和信息深度融合，推动能源领域结构性改革 国家发改委、能源局发布关于推进多能互补集成优化示范工程建设的实施意见，实现多能协同供应和能源综合梯级利用中共中央、国务院印发关于进一步深化电力体制改革的若干意见，要求积极开展分布式电源项目的各类试点和示范 国家发改委、能源局发布能源发展“十三五”规划、可再生能源发展“十三五”规划强调要更加注重系统优化，积极构建智慧能源系统2016年3月 2016年8月 2017年1月雾霾分布地图 经济发展状况充分利用多种能源的互补特性，建设高效、环保、可靠的多能互补集成优化的分布式能源系统示范工程，实现综合能源高效利用和可靠供电，是我国能源转型的必然要求，对推动“互联网”智慧能源落地和能源生产消费革命具有重要意义。 关键技术多能互补分布式能源综合利用是清洁能源与可再生能源高效利用的重要方式，但各类能源的特性差异及生产消费间的复杂耦合关系对多能互补系统的规划、调控、运营等提出了新的挑战。 可靠供能调控规划 针对分布式能源系统存在冷热电气多种能源形式、多方利益主体、差异化用能需求，充分利用多能源互补互济和柔性负荷可调能力，提出考虑可再生能源、清洁能源互补及冷热电用能差异化需求的分布式能源系统协同优化规划方法。通过智能分层优化调控技术，对含分布式电源、刚性负荷、柔性负荷与储能系统等多主体的分布式能源系统进行综合协调的智能调度与控制技术，实现系统最优能量管理。能效提升 区域能源的高效利用是多能互补技术的终极目标。针对分布式能源系统各类能源的特性，考虑用能场景与运行状态等因素，提出综合能效提升及评估方法，挖掘能效提升潜力。区域负荷独立供能方案动态生成方法，通过系统独立运行多能互补稳态控制技术，探索区域负荷独立功能关键技术及设备，实现区域负荷的冷/热/电等多种能源高可靠优质供给。 12 微电网---微能源网 将向综合能源网发展，将电力、燃气、水务、热力、储能等资源捆绑为整体资源， ，统一解决有关能源的有效利用和调峰问题。相较热网络和冷网络，电网络具有易互联、损耗小、传输快等特点，将成为来综合能源网的核心，也给电网发展带来机遇。分布式发电技术 储热技术 储能技术 大数据互联网技术物联网技术 未来微能网 云储能技术冷热联供技术当前微电网多能互补技术 13 微能源网---综合能源系统 综合能源系统是微能网的纵向扩张，可理解是综合运用先进的电力电子技术, 信息技术和智能管理技术, 将大量由分布式能量采集装置, 分布式能量储存装置和各种类型负载构成的新型电力网络、石油网络、天然气网络等能源节点互联起来, 以实现能量双向流动的能量对等交换与共享网络。 综合能源系统示意图 采用先进的需求侧响应管理系统，参与电网调度，可以赚取补贴、优化用能结构。 考虑先进储能电池，采用“削峰填谷”、“平滑接入”运行方式，降低用电成本，保障供能安全。采用分布式能源接入技术，充分利用园区内的风光资源，实现零碳园区。 直接接入光伏系统，可就地消纳太阳能发电，实现整站集约化设计。分布式能源的接入 智能交通蓄能技术需求侧响应 电力供应 基于虚拟同步机技术的全自动供电系统光储虚拟同步机 作为重要负荷独立运行的重要电压源，主要职责是平抑并离网切换及稳态运行时的功率扰动，保证频率电压稳定。 负荷虚拟同步机 电动汽车充电桩负荷虚拟同步电动机通过升级各种电器设备的整流装置，使其能够根据电网频率和电压的变化实时控制负荷功率，实现源–荷动态供需平衡 储能虚拟同步机 针对电压频率小扰动，本项目采取虚拟同步发电机技术和基于动态修正的实时控制技术相结合的暂态控制方法，分别从就地层和协调控制层对系统电压频率扰动进行实时控制。 本项目自用电属于一般工商业用电及居民用电，并执行峰谷分时电价政策，且本项目的空调负荷分布全天极不平衡，峰谷比相差悬殊，从减少设备装机容量、降低系统运行费用以及供能安全可靠性角度考虑，本项目考虑蓄冷（热）设备，采用“削峰填谷”运行方式，在分时电价下，谷时蓄冷（热），峰时释冷（热）。 水蓄冷/热系统冰蓄冷系统固体蓄热相变蓄冷/热系统蓄冷/热系统 储能技术是多能互补系统中多类型能源作为协调统一调度的“蓄水池”，是实现能源互补及能量双向互动的重要设备，是实现能源互联网不可或缺的重要组成部分。应 用 场 景 1 用 户 侧 储 能 ， 风 光 储 自 发 自 用 ， 余 量 上 网在用户侧能将分布式能源发出的电力进行存储，自发自用，余量上网。当分布式能源不能满足自发自用时，用户可以从电网取电，对储能系统进行 充电，实现谷电的存储，存储的电量自用降低用电成本或者在负荷峰值时将电能上网赚取电价差额。 应用模式应 用 场 景 2 间 歇 性 可 再 生 能 源 功 率 平 抑对风、光等可再生能源输出功率进行平抑，缓解昼夜峰谷差，降低系统调峰调频和备用容量的需求，降低对多能互补系统中燃气轮机、生物质发电等发电单元的性能压力，提高区域供电电能质量，有效减少弃风、弃光现象应 用 场 景 3 提 高 设 备 利 用 率 ， 环 节 电 力 投 资 压 力在负荷低谷的时候，储存电能，并存放在 发电侧或输配电侧。当符合峰值时，可以将负荷谷底存储的电量送出，满足峰值负荷需求。发电公司和电网公司的设计规划都不需要按照最大功率值进行设计，减少不必要的投资，提高设备利用率。 应用模式应 用 场 景 4 冷 热 电 联 储 ， 提 升 系 统 综 合 能 效通过构建冷/热/电联合储能系统，打通电能与热能联络通道，实现对冷、热、电等多种能源形式的互补开发和综合利用，提升系统综合利用效率。利用电储热技术，还可以解决高可再生能源渗透率地区的弃风、弃光问题。应 用 场 景 5 参 与 系 统 调 频 、 调 压 ， 提 供 区 域 负 荷 供 电 可 靠 性多能互补系统能够实现区域独立电能供给， 通过多种能源的互补开发实现区域能源的综合独立供给。储能系统具有快速有功、无功吞吐能力，通过采用虚拟同步发电技术主动参与系统独立运行时的电压、频率调节，提高区域负荷供电电能质量及供电可靠性 中德生态园健康生态居住区零碳城专项规划Energy Planning 规划理念 将未来城打造成中德生态园的绿色、低碳示范区，建立高标准、高要求的能源指标体系，保证未来城能源系统的先进性 建设安全可靠、绿色低碳、节能高效、经济合理的能源供应体系，打造区域能源系统综合利用示范区。 清洁能源利用程度大幅提高，规划区能源供应结构得到优化。 充分挖掘本地及周边可再生能源资源，在合理范围内最大限度采用可再生能源，将D2组团打造成清洁、高效的“零碳”社区，为整个中德生态园的发展树立标杆。规划理念 智能绿塔绿塔是在被动房的基础上，采用先进的设计理念，充分利用自身可再生能源的同时，调配周边可再生能源，通过微电网，对市电起到良好削峰填谷的作用。“智能绿塔”的主体是一座商住功能综合的高层塔楼，其独特的光伏产能立面设计结合能源控制系统的使用，可以高效利用太阳能，并将能量暂时存储在塔楼内的储能系统中，并可采取储能与建筑一体化设计理念。这样不仅能够满足塔楼本身的大部分能耗，还可以通过与智能电网的连接，提供与获取周围建筑 的电能，通过智能能源管理系统，平衡整个区域的电能需求。这样，“智能绿塔”这个绿色建筑单体就变成了一个虚拟发电厂和能源管理中心，通过电网链接将整个区域连成一个小型的智能绿色城市，大幅度的降低电网的负担，起到“削峰填谷”的效果。 智能绿塔建筑的屋顶及幕墙覆盖太阳能电池板，为整座建筑提供可再生电力，并充当幕墙外的另一层隔热材料。建筑内部安装储能单元，用来储存分布式光伏产出的多余电力，平滑光伏系统的输出曲线，并在尖峰负荷等情况下供电。智能绿塔配备的能源管理系统控制建筑内的光伏、储能以及耗能设备。结合分布式光伏的输出功率监测与当地电价的变化，能源管理系统将尽可能地提高分布式光伏的利用率，降低电网电力的使用比例，提升整个系统的经济性;储能单元的开关受能源管理系统的控 制，系统将优化太阳能电池板与电池之间的充电循环;根据运行人员的需求，系统还可以在提高能效、降低用能成本和降低二氧化碳排放等不同情景之间进行切换。根据预测，能源管理系统将在建筑照明上节省80的成本，供暖、通风和空调系统的成本也可以减少20。 谢 谢