中國儲能網(wǎng)訊：11月10-11日，由湖南省能源局指導(dǎo)，中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會主辦的“第三屆全國電源側(cè)儲能技術(shù)及應(yīng)用高層研討會”在長沙華天酒店召開。來自電網(wǎng)公司、設(shè)計院、系統(tǒng)集成商等領(lǐng)域的400余人參加了本次研討會。
會議期間，中國電力科學(xué)研究院有限公司教授級高工吳俊玲分享了主題報告《儲能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用場景和技術(shù)展望》。中國儲能網(wǎng)對其演講內(nèi)容進行了梳理，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：各位來賓大家中午好，我是來自中國電力科學(xué)研究院的吳俊玲，今天很榮幸跟大家在這里交流關(guān)于儲能在電力系統(tǒng)應(yīng)用場景的工作和想法。當(dāng)然這個話題咱們今天的論壇當(dāng)中很多專家涉及到了，我先說一下我是來自電力系統(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，來看儲能的應(yīng)用。
因為我們的儲能不管是用在各個環(huán)節(jié)，對電網(wǎng)產(chǎn)生一定的效果或者是影響。我們把儲能分為兩大類，儲能在穩(wěn)態(tài)功率平衡和儲能在安全穩(wěn)定控制當(dāng)中的應(yīng)用。
從電網(wǎng)對于儲能的應(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)都會導(dǎo)致新能源裝機和發(fā)電量呈現(xiàn)非常高的占比，這種情況下因為新能源給我們提供電量，但是無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)電源的開機減少，最終導(dǎo)致我們的峰荷需求無法滿足，只有讓常規(guī)電源處于熱備用的狀態(tài)，不僅會導(dǎo)致常規(guī)電源的經(jīng)濟性降低，而且在低谷負(fù)荷出力壓不下去的時候只有新能源棄電，這樣的矛盾下，儲能成為電力系統(tǒng)調(diào)峰的剛性的需求。
2、從電力系統(tǒng)建設(shè)和運營經(jīng)濟性的角度，未來負(fù)荷中心的峰谷差呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，通過下面的柱狀圖看到無論是十三五還是十四五、十五五的預(yù)測當(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越明顯，尖峰電量占比很少，對于這部分尖峰負(fù)荷的供電，僅僅依靠增加電源、電網(wǎng)和供電設(shè)施來滿足對電網(wǎng)的建設(shè)還是很不經(jīng)濟的。下面是某負(fù)荷中心的年負(fù)荷曲線，如果按95%最大負(fù)荷劃線的話超過95%的負(fù)荷是很少的。
3、電網(wǎng)穩(wěn)定破壞風(fēng)險增加，需要更加靈活的調(diào)控手段；一方面現(xiàn)在跨區(qū)直流的容量越來越大，條數(shù)越來越多，故障形式越來越復(fù)雜，使電網(wǎng)受到大功率沖擊的風(fēng)險越來越大。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)動機的裝機比重下降。
二、來看一下儲能在電網(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，儲能就像保溫瓶，這樣的東西在電網(wǎng)的哪個環(huán)節(jié)不需要？所以可以說在發(fā)、輸、配、用各個環(huán)節(jié)都需要的，調(diào)峰是剛性需要的。光伏+儲能、風(fēng)電+儲能、新能源+儲能都是常見的場景。
1、儲能和新能源結(jié)合之后，可以平滑波動，跟蹤出力的變化，減少預(yù)測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)光儲基地里面進行儲能應(yīng)用平滑功率曲線的例子。
在儲能滿足系統(tǒng)調(diào)峰需求方面，要確定儲能的需求容量和布局，在這方面主要是采用時序生產(chǎn)模擬的方法，一是通過確定性的生產(chǎn)模擬，另外是將隨機性引入進來的模擬，要確定電網(wǎng)對于儲能的需求，可以通過區(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；通過發(fā)電機組開機狀態(tài)、常規(guī)發(fā)電機調(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。
我們自己也開發(fā)了一體化時序生產(chǎn)模擬的工具，基于這個工具做了很多研究，也支撐了國網(wǎng)公司十四五的規(guī)劃，以我們國家某區(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%的場景，在這個場景下無儲能的情況，新能源棄電率15.6%，如果加一定的儲能可以把棄電率大幅度的降低，通過模擬可以看到，儲能對于光伏棄電率的降低是比較明顯，而對于風(fēng)電如果繼續(xù)增加儲能的容量效果并不明顯，是因為光伏是日級的波動性，而風(fēng)電會出現(xiàn)連續(xù)超過24小時的棄風(fēng)的情況，占比已經(jīng)接近11%，所以繼續(xù)再增加儲能效果并不是很明顯。我們可以依賴大容量的儲熱、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)電和光伏的曲線進行持續(xù)的模擬，畢竟風(fēng)電和光伏是隨機性的，所以說可以引入考慮隨機性的模擬方法，對多年的風(fēng)資源的特性和光資源特性進行模擬，這樣得到儲能的配比更具有可行性。這里也是以西北某省級電網(wǎng)做了一個算例，可以得到一年當(dāng)中調(diào)峰不足的時間，次數(shù)，產(chǎn)生的棄風(fēng)率是多少，電量是多少。
2、儲能保證尖峰負(fù)荷供電，降低電力系統(tǒng)投資，隨著電網(wǎng)對效率和效益要求的不斷提高，儲能是應(yīng)對尖峰負(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)荷來進行投資代價非常大，如果考慮儲能來解決的話，投資需求是比較小的，即使考慮了電網(wǎng)蛇蛇和儲能壽命之間的差異，折合為年費用的話還是有一定的效益。
三、儲能在安全穩(wěn)定控制中的應(yīng)用
儲能的出現(xiàn)其實是豐富了電力系統(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。我們說儲能具有四象限的靈活調(diào)節(jié)特性，是在有功和無功的坐標(biāo)系下，儲能可以在這四個象限運行，可以充可以放，所以說是非常靈活的調(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，一是響應(yīng)電氣量信號，提高穩(wěn)定性，進行電壓支撐等；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，儲能對于電力系統(tǒng)提升暫態(tài)穩(wěn)定性的機理可以類比于STATCOM和可投切的制動電阻，注入的有功電流相當(dāng)于制動電阻，可以在故障期間增加電磁功率，減少電磁功率和機械功率之間的不平衡，從而提升系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。另外也可以提供無功支撐，都是可以起到增發(fā)電磁功率的作用。這是5X600MW的簡單系統(tǒng)，如果說儲能同等容量下儲能的控制策略是100%用來提供有功的支撐或者一半提供有功一半提供無功或者全部提供無功，可以看到全部提供有功的控制效率更好。
2、提高動態(tài)穩(wěn)定性，儲能可以來改善系統(tǒng)的阻尼，抑制系統(tǒng)的振蕩，注入的無功分量主要用于動態(tài)調(diào)節(jié)樞紐的電壓，注入有功分量相當(dāng)于動態(tài)連續(xù)可調(diào)的電阻。同樣儲能100%提供有功支撐的控制效果是最好的。
3、電壓調(diào)控，儲能在電壓調(diào)控當(dāng)中的應(yīng)用主要是針對在長線路帶重負(fù)荷和沖擊性負(fù)荷場景下。通常我們認(rèn)為電壓和無功是強相關(guān)的，那么儲能提供的有功是如何支撐電壓的呢，實際上負(fù)荷的增加導(dǎo)致線路上的有功增加，而無功的損耗是與有功的平方成正比在增加的，無功損耗的增加，導(dǎo)致負(fù)荷的電壓降低，如果這個時候儲能進行有功功率的支撐，可以很有效的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的電壓。另外通過儲能變流器控制來提供無功也能夠起到電壓調(diào)控的作用，這種效果是不是會比STATCOM等調(diào)節(jié)設(shè)備起到的作用更好，需要進一步的研究和對比。在這個算例里面可以看到，對于這種長線路重負(fù)荷場景下，末端負(fù)荷突增的情況下，儲能提供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)火電機組發(fā)展空間的情況下，當(dāng)發(fā)生大功率缺額故障的時候，存在引發(fā)系統(tǒng)穩(wěn)定破壞的風(fēng)險，如果配置儲能為系統(tǒng)提供一次調(diào)頻和慣量支撐可以有效降低這種風(fēng)險。儲能在提供慣量支撐主要是提供響應(yīng)于系統(tǒng)頻率變化的短時功率支撐，阻止系統(tǒng)頻率快速下跌，為一次調(diào)頻贏得時間，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。以一個大區(qū)電網(wǎng)為例，如果特高壓直流、雙級故障損失800萬千瓦，大區(qū)電網(wǎng)中新能源出力滲透率增加到28%時，故障后系統(tǒng)頻率將下降到49.2赫茲，容易引發(fā)低頻減載的動作，引發(fā)電網(wǎng)大面積停電。如果利用儲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)的典型場景，直流的輸電能力和區(qū)域間交流聯(lián)絡(luò)線的輸電能力有比較強的耦合關(guān)系，調(diào)度運行上為了保證電網(wǎng)的安全運行，可能會采取預(yù)控聯(lián)絡(luò)線和直流功率的措施。另外隨著生活水平的提高，居民對供電可靠性的要求越來越高，也可以利用儲能提供短時功率支撐，替代切負(fù)荷措施。如果B區(qū)域電網(wǎng)注入的直流發(fā)生雙級閉鎖故障，因為功率的轉(zhuǎn)移沖擊A、B之間的聯(lián)絡(luò)線，會導(dǎo)致A、B區(qū)域電網(wǎng)有失穩(wěn)和解列的風(fēng)險。需要B區(qū)域切除一定的負(fù)荷，如果利用儲能來替代切負(fù)荷的措施，也可以保證大區(qū)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定的運行。
今天的分享主要是這些，我們團隊仍然還會在這些方面進一步研究，如基于源網(wǎng)荷儲一體化生產(chǎn)模擬工具的儲能容量和布局規(guī)劃，適于大電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析的仿真工具，儲能涉網(wǎng)性能和對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的影響，基于規(guī)?；瘍δ艿陌踩€(wěn)定控制架構(gòu)和控制策略等。也期待業(yè)內(nèi)的同行和我們進行交流和合作。
