14郭小江 储能技术在电力系统中应用需求及典型模式

© 2017 CGGC-EI 1储能技术在电力系统中应用需求及典型商业模式中国葛洲坝集团 郭小江2019年5月 © 2017 CGGC-EI 一、储能技术在电力系统应用需求提 纲contents 三、葛洲坝在储能领域的技术发展二、储能技术在电力系统应用模式 2 © 2017 CGGC-EI 一、储能技术在电力系统应用需求 3 能源革命与发展现状 化石能源大规模利用，带来了资源紧张、环境污染、气候变化等突出问题，给社会可持续发展带来了巨新时代大的挑战，绿色能源和综合能源成为必然选择。 我国正在形成能源发展的新格局，推进绿色能源革命、加速能源结构转型、提高能源利用效率已经成为时代任务。 可再生能源发电的间隙性和波动性，以及渗透率的不断提高，对现有电力系统的安全稳定运行和调度提出了严峻的挑战，为了更多的消纳可再生能源、提高电网运行可靠性和效率，各种储能技术研究及工程示范项目快速发展。 © 2017 CGGC-EI 4 我国电力系统特征欧洲电网 一、储能技术在电力系统应用需求 欧美国家能源与负荷分布均匀，发电就近消纳，互联电网潮流分布均衡。 我国能源分布在北部、西部，负荷集中在东部、南部和中部，西电东输、北电南送需求大，跨域距离远，潮流分布不均、流向性非常明确。 我国电力系统呈现跨大区交直流电网互联、高比例可再生能源并网、高比例电力电子装置接入、多能互补综合能源互动、信息物理系统智能融合等多种特征。 我国能源结构和电网特性与国外不同，储能发展需要因地适宜 © 2017 CGGC-EI 5 我国电力系统特征 一、储能技术在电力系统应用需求我国是全球新能源规模最大、发展最快的国家。风电并网容量10年增长100倍，光伏5年增长100倍，风电和光伏装机容量均居世界第一位。截至2018年，风光新能源装机容量达到3.6亿kW，占总装机容量的19%。 注：摘自《中国能源发展报告2018》 © 2017 CGGC-EI 6 我国电力系统特征弃风、弃光区域相对集中，主要分布在“三北”地区。主要影响因素是：输电通道瓶颈、安全稳定问题、新能源发电与负荷反时限特性、可调节电源不足等。 新能源的波动性和间歇性特点要求系统必须匹配一定的灵活性电源，国际上新能源占比较高的国家，如西班牙、葡萄牙，灵活调节电源装机是新能源的1.5～2倍。我国电源结构以火电为主，占比达到60%左右，特别是“三北”地区，占比达到70%；全国抽水蓄能、燃气等灵活调节电源比重仅为6%，“三北”地区不足4%。其中，东北、西北地区抽水蓄能等灵活调节电源比重只有1.4%、0.9%。 安徽北京重庆 福建甘肃 广东广西贵州 海南 河北 黑龙江河南湖北 湖南 江苏江西 吉林辽宁内蒙古宁夏青海 山东 上海陕西山西四川 天津 新疆西藏 云南 浙江台湾0~200200~500500~10001000~20002000 单位：万千瓦 一、储能技术在电力系统应用需求 储能技术作为可调节手段提高新能源消纳能力 © 2017 CGGC-EI 7 我国电力系统特征 一、储能技术在电力系统应用需求新能源的大规模接入，其随机性、间歇性对电网安全稳定运行带来了重大挑战，随机扰动冲击、暂态、动态、频率、电压等多种稳定性问题耦合交织，弃风弃光等电力-电量平衡问题突出。亟需利用储能技术在毫秒~秒~分钟~小时多时间尺度实现源-网-荷-储协调运行，提升新能源高比例接入条件下的电网稳定运行能力。 © 2017 CGGC-EI 8 我国电力系统面临问题 一、储能技术在电力系统应用需求我国电网跨大区交直流电网互联、高比例可再生能源并网、高比例电力电子装置接入问题突出，各区域稳定问题各有特点，储能技术要求差异极大，需要根据电网特征匹配储能系统功能。 © 2017 CGGC-EI 9 一、储能技术在电力系统应用需求电力系统对储能应用需求：电力系统发/输/配/用各环节 © 2017 CGGC-EI 10 一、储能技术在电力系统应用需求电力系统对储能应用需求• 促进发电侧电储能设施参与调峰调频辅助服务。在发电侧建设的电储能设施，可与机组联合参与调峰调频，或作为独立主体参与辅助服务市场交易。电储能放电电量等同于发电厂发电量，按照发电厂相关合同电价结算 。2016年10月发布 • 在调峰调频需求较大、弃风弃光突出的地区，结合电力系统辅助服 务市场建设进度，建设一批装机容量10MW以上的集中式新型储能电站，在“三北”地区部署5个百兆瓦级电化学储能电站示范工程。开展在风电、光伏发电项目配套建设储能设施的试点工作。鼓励分布式储能应用。2018年2月发布 © 2017 CGGC-EI 11 一、储能技术在电力系统应用需求电力系统对储能应用需求：电源侧有效地区 政策名称 发布单位 发布时间 辅助服务市场交易品种东北 东北电力辅助服务市场运营规则 国家能源局东北监管局 2017年1月 • 在风电场、光伏电站计量关口出口内建设的电储能设施，充电能力优先由所在风电场和光伏电站使用，由电储能设施投资运营方与风电场、光伏电站自主协商确定补偿费用，释放电量等同与发电厂发电量，按照发电厂相关合同电价结算。• 发电企业计量出口内的储能设施也可自愿作为独立的电力用户参与辅助服务市场。• 电储能用户申报价格的上限、下限分别为 0.2 元/千瓦时、 0.1 元/千瓦时。新疆 新疆电力辅助服务市场运营规则 国家能源局新疆能源监管办公室 2017年9月宁夏 宁夏电力辅助服务市场运营 规则 国家能源局宁夏能源监管办公室 2018年3月 • 在风电场、光伏电站计量出口内建设的电储能设施，充电能力优先由所在风电场和光伏电站使用，由电储能设施投资运营方与风电场、光伏电站协商确定补偿费用。• 发电企业计量出口内的储能设施也可自愿作为独立的电力用户参与辅助服务市场。• 电储能用户申报价格的上限、下限分别为 0.2 元/千瓦时、 0.1 元/千瓦时。甘肃 甘肃省电力辅助服务市场运营规则 国家能源局甘肃监管办公室 2018年4月福建 福建省电力辅助服务（调峰）交易规则 国家能源局福建监管办公室 2017年7月 • 电厂计量出口内建设的电储能设施，作为电厂储能放电设备改善机组调频调峰等发电性能，可与机组联合参与调频调峰。 © 2017 CGGC-EI 12 一、储能技术在电力系统应用需求电力系统对储能应用需求：电网侧有效地区 政策名称 发布单位 发布时间 辅助服务市场交易品种广东 广东调频辅助服务市场交易规则 国家能源局南方监管局 2018年9月 允许由省级及以上电力调度机构调管的独立第三方辅助服务提供者作为调频服务提供者，相关实施细则另行制定 。南方区域 南方区域电化学储能电站并网运行管理及辅助服务管理实施细则 国家能源局南方监管局 2017年12月 储能电站可进行AGC（广东按广东省调频辅助服务细则执行）、调峰服务。储能电站参与电能量市场、辅助服务市场交易结算的，不再同时进行调峰服务补偿。东北 东北电力辅助服务市场运营规则 国家能源局东北监管局 2017年1月 充电功率在10MW、持续充电时间4h以上的独立储能设施，允许参加发电侧调峰。安徽 安徽电力调峰辅助服务市场运营规则 国家能源局安徽监 管办公室 2017年 独立电储能设施均可作为独立市场主体参与安徽电力调峰辅助服务市场，其充放电量的电价、结算等按照国家有关规定执行。福建 福建省电力辅助服务（调峰）交易规则 国家能源局福建监管办公室 2017年7月 独立电储能作为电力市场主体参与电储能调峰交易，独立电储能充电电量既可执行目录峰谷电价，也可参与直接调峰交易购买低谷电量。独立电储能放电电量作为分布式电源就近向电网出售电量。新疆 新疆电力辅助服务市场运营规则 国家能源局新疆能源监管办公室 2017年9月 作为独立市场主体的电储能设施可与发电企业可通过双边协商确定交易价格，也可通过市场平台集中交易确定价格。甘肃 甘肃省电力辅助服务市场运营规则 国家能源局甘肃监管办公室 2018年4月 独立电储能用户充、 放电价格按国家有关规定执行。 © 2017 CGGC-EI 13 一、储能技术在电力系统应用需求电力系统对储能应用需求：用户侧有效地区 政策名称 发布单位 发布时间 辅助服务市场交易品种东北 东北电力辅助服务市场运营规则 国家能源局东北监管局 2017年1月 • 可中断负荷暂定义为具有电蓄热设施并主要在电网低谷时段用电，在负荷侧为电网提供调峰服务的用电负荷项目。• 用户侧电储能设施的购售电价按照有关规定执行，可与风电企业协商开展双边交易，原则上双边交易价格的上限、下限分别为 0.2、0.1 元/千瓦时 。新疆 新疆电力辅助服务市场运营规则 国家能源局新疆能源监管办公室 2017年9月 • 可中断负荷暂定义为可在弃风、弃光时段用电，为电网提供调峰服务的用电负荷项目（包含电制氢、电储热、电储冷等项目）。宁夏 宁夏电力辅助服务市场运营规则 国家能源局宁夏能源监管办公室 2018年3月 • 可调节负荷暂为随时可调用的，能够在弃风、弃光时段用电，为电网提供调峰服务的用电负荷项目。• 用户侧电储能设施可与风电、光伏企业协商开展双边交易，原则上双边交易价格的上限、下限分别为 0.2 、 0.1 元/千瓦时。 甘肃 甘肃省电力辅助服务市场运营规则 国家能源局甘肃监管办公室 2018年4月 • 可中断负荷为随时可调用的， 在负荷侧为电网提供调峰辅助服务的用电负荷项目。• 在用户侧电储能设施既可作为用户的储能设备也可作为独立的电力用户参与调峰服务市场。 独立电储能用户充、放电价格按国家有关规定执行。福建 福建省电力辅助服务（调峰）交易规则 国家能源局福建监管办公室 2017年7月 • 可中断负荷调峰在负荷高峰时段，根据电网需求通过削减用电负荷，在用电侧为电网提供的调峰服务。• 用户侧的电储能设施作为用户的储能放电设备既可自用也可参与调峰市场交易。安徽 安徽电力调峰辅助服务市场运营规则 国家能源局安徽监管办公室 2017年 • 用户侧的电储能设施可作为独立市场主体参与安徽电力调峰辅助服务市场，其充放电量的电价、结算等按照国家有关规定执行 。 © 2017 CGGC-EI 14 电力系统对储能应用需求： 一、储能技术在电力系统应用需求促进电化学储能发展指导意见电源侧：支持与火电机组、新能源配套储能；用户侧：经济高效地用电管理，研究用户侧储能以独立或“虚拟电厂”等形式参与电力市场交易要求；电网侧：提升电网防灾抗灾、推动大型储能电站发展、推进配网侧储能和移动式储能应用；微网：强化储能对微网发展的重要支撑。完善电力市场机制，支持各类主体按照市场规则投资、建设、运营储能系统，引导储能通过电能量现货市场、辅助服务市场、 需求侧响应市场获取回报。拓展公司业务发展作用，逐步建立从用户侧到电网侧的储能产品体系，不断加强储能系统集成、工程建设、运维管理等能力。 电源侧：支持新能源发电、常规火电配置储能；客户侧：可参与电网需求响应、电量平衡和负荷特性改善，优先在电网调节有困难、改造升级成本较高地区投资建设；电网侧：将储能纳入电网规划并滚动调整，引导储能合理布局，有序发展。 在国家尚未出台新的鼓励政策的情况下，各省级电力公司不参与电源侧和客户侧储能投资建设，可以根据需要，以技术创新和解决工程应用难题为目标，开展电网侧储能试点示范应用。严守安全红线，深化储能材料装备、系统集成等关键技术研究和标准体系建设，加强储能信息管理和平台建设。2019年1月30日，南方电网发布了《电网公司关于促进电化学储能发展的指导意见》2019年2月18日，国家电网印发了《关于促进电化学储能健康有序发展的指导意见》 © 2017 CGGC-EI 一、储能技术在电力系统应用需求提 纲contents 三、葛洲坝在储能领域的技术发展二、储能技术在电力系统应用模式 15 © 2017 CGGC-EI 16 机械储能• 抽水蓄能• 压缩空气储能• 飞轮储能 电磁储能• 超导储能• 超级电容储能 电化学储能• 铅酸• 锂离子• 钠硫• 液流 钠硫电池锂离子电池 铅酸电池飞轮储能 化学储能• 氢储能• 储碳人工光合作用 蓄热蓄冷• 显相储热• 相变储热二、储能技术在电力系统应用模式储能类型及适用场景 © 2017 CGGC-EI 17 二、储能技术在电力系统应用模式储能类型及适用场景 © 2017 CGGC-EI 18 储能技术应用模式：可再生能源并网• 在电网输送通道受限、资源充分时储能，需要时释能，稳定输出、跟随电网调度。 • 在发电侧有峰谷电价时将谷价的电存储在峰值时发出，实现盈利；• 减少其他电源的调峰压力；• 减少备用预留量。 • 风光发电功率会短时波动，储能通过快速响应、频繁充放电进行短时间内输出功率的波动控制。平滑输出 爬坡率控制 二、储能技术在电力系统应用模式 © 2017 CGGC-EI 19 储能技术应用模式：可再生能源并网新能源的大规模接入，其随机性、间歇性对电网安全稳定运行带来了重大挑战，各种稳定控制问题异常突出，亟需储能技术辅助新能源并网，提升可再生能源并网友好性。典型问题：功率波动、电压波动、频率波动、电能质量、源网振荡、机电-电磁振荡二、储能技术在电力系统应用模式 © 2017 CGGC-EI 20 储能技术应用模式：电网辅助服务 二、储能技术在电力系统应用模式 无功注入 辅助服务类别 电压支撑 调频 备用 黑启动 调峰 © 2017 CGGC-EI 21 电力系统辅助服务广义定义：在电力系统运营过程中，为完成输电和电能交易，并保障电力系统的安全稳定运行和电能质量，由发电机组、可控输电系统（FACTS、HVDC）、可中断负荷、储能等电力系统元件提供的频率、电压、功角等安全稳定控制措施、系统备用与黑启动等功能。二、储能技术在电力系统应用模式储能技术应用模式：电网辅助服务 © 2017 CGGC-EI 22 储能技术应用模式：电网安全稳定控制二、储能技术在电力系统应用模式2003年美国、加拿大大停电 2012年印度三大电网瘫痪 • 保证电力系统安全稳定，避免大停电事故发生是电网公司运营的重中之重• 利用储能技术参与各级电网稳定控制是需要探讨的关键 © 2017 CGGC-EI 二、储能技术在电力系统应用模式 23 储能技术应用模式：电网安全稳定控制（例：低频振荡）• 利用储能系统实现低频振荡抑制策略，进行快速的充-放电循环，抑制电网振荡。• 进行电网安全稳定控制需要功率型储能技术，如飞轮储能、锂电池、压缩空气储能。• 该类型应用无收益政策，但是社会效益大、重要性高，对设备要求高，可提供设备。 2019年5月，华东能监局发布了2019年新版《两个细则》，除增加了新能源相关考核补偿外，增加了低频调节和快速甩负荷等考核补偿指标，对一次调频性能考核力度明显加大，趋势就是要求储能系统在一次调频、AGC调频、快速功率调节等方面充分发挥作用。 © 2017 CGGC-EI 储能技术应用模式：分布式微电网 平滑电源输出配电网的削峰填谷改善电能质量电压支撑调频应急供电 微网离网运行时暂态支撑参与微电网能量优化管理在分布式微网方面，新能源发电和用电负荷的不确定性和波动性对运行状态影响大，系统转动惯量小、离网和弱网支撑、多能源耦合紧密、运行方式复杂多变，电网稳定控制难度高，毫秒~分钟级高频次储能技术的需求迫在眉睫。 二、储能技术在电力系统应用模式 24 © 2017 CGGC-EI 一、储能技术在电力系统应用需求提 纲contents 三、葛洲坝在储能领域的技术发展二、储能技术在电力系统应用模式 25 © 2017 CGGC-EI 26 葛洲坝储能技术装备布局 三、葛洲坝在储能领域的技术发展 © 2017 CGGC-EI 27  产品简介：生产储能系统及核心设备并提供应用解决方案，包括空气压缩系统、蓄冷、蓄热系统、储气系统、透平发电系统、先进控制系统。 应用领域：电网调峰调频、城市充电桩 、解决弃风弃光、提高可再生能源应用、吸收低谷电等领域。三、葛洲坝在储能领域的技术发展葛洲坝储能技术装备应用 © 2017 CGGC-EI 28功率：1MW，转速20000转/分钟材质：合金钢，磁悬浮轴承尺寸：转子外径520mm，轴长1320mm 功率：300KW，转速20000转/分钟；材质：复合材料，磁悬浮轴承；尺寸：转子外径720mm，轴长1200mm 磁悬浮轴承及主要应用:1 、飞轮储能；2、超高速压缩机；3、超高速风机；4、膨胀机；5、透平机未来高频、高速驱动场合全部适用 三、葛洲坝在储能领域的技术发展葛洲坝储能技术装备应用 © 2017 CGGC-EI 29 三、葛洲坝在储能领域的技术发展葛洲坝储能技术装备应用 © 2017 CGGC-EI 30 三、葛洲坝在储能领域的技术发展葛洲坝储能技术装备应用基于压缩空气储能和飞轮储能的混合储能系统，实现“能量型＋功率型”、“慢响应＋快响应”的多维度全时域混合物理储能系统，为电网提供同时具备稳定控制措施与调频调峰的优质电源，也可以为高比例可再生能源提供高品质、高效率平滑技术，对于大幅提高储能系统应用场景和经济效益有着十分重要的意义。