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电网侧储能技术研究综述

编辑:李建林 周喜超等 来源:电力建设 发布时间:2020-05-19 浏览:
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储能是推动能源转型变革和能源互联网发展的重要支撑技术,有助于构建清洁低碳、安全高效的能源体系。随着江苏、河南、湖南、青海、福建等电网侧百MW级电站相继建设、投运,电网侧储能已然成了储能产业的焦点。然而,2019年5月,国家发展改革委、国家能源局印发的《输配电定价成本监审办法》明确规定电化学储能费用不得计入输配电定价成本,让处于发展热潮中电网侧储能急剧降温。历时一年,由于新能源高比例渗透和特高压电网的快速发展,带来的系统波动等电网安全问题日益严重,电网对构建高比例、泛在化、可广域协同的储能需求越发迫切,电网侧储能呼之欲出。

北京怀柔5 MW/10 MW·h 储能电站

海西州50 MW/100 MW·h储能电站

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电网侧储能应用

随着全球新能源产业的快速发展,我国已成为储能技术发展的领军国家,尤其是在电化学储能方面。电网侧储能是区别于电源侧和用户侧,在输配电网中建设的储能,作为电网中优质的有功无功调节电源,其主要功能是有效提高电网安全水平,实现电能在时间和空间上的负荷匹配,增强可再生能源消纳能力,在电网系统备用、缓解高峰负荷供电压力和调峰调频方面意义重大。近两年投入的电网侧示范项目也应运而生(见表1)。

表1  国内外典型MW级电池储能电站

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电网侧储能研究方法

从储能选址角度分析,现有大部分研究都是将储能选址配置整体建模,这种处理方式更偏重经济性指标而忽略技术性指标,选址的优化结果缺乏理论依据。将储能选址问题单独进行建模求解的研究中,考虑的指标较为单一,而且没有提及储能的充放电状态对指标的影响,没有做到与储能配置问题的有机结合。

从储能配置角度分析,现有研究对储能在电网侧带来的收益和作用考虑的不够全面,涉及储能对整个电网系统所带来的安全稳定性和经济效益的研究较少。

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电网侧储能需求分析

3.1  理论分析

由新能源出力引起的不确定性和波动性无法改变,用电负荷的峰谷特性也是客观存在的,这对电力系统必须实时供需平衡造成困难。不仅如此,新能源对电网线路的载流能力、电压稳定、网络损耗等也带来了新的挑战。风电出力与负荷曲线相比,存在明显的反调峰特性,在负荷低谷时,风电大发,而负荷高峰时,风电发电量较低,风电出力和负荷曲线的反差特性也正是导致系统出现各种挑战的根源。通过将风电出力与负荷曲线相比,可以看出存在明显的反调峰特性,在负荷低谷时,风电大发,而负荷高峰时,风电发电量较低,风电出力和负荷曲线的反差特性也正是导致系统出现各种挑战的根源。

3.2  时序指标分析

分析电网侧对于储能的需求,主要从线路负载率、节点电压、网络损耗3个方面进行先容。从电网侧的储能需求分析可以看出,风电并网后,系统的3个指标发生变化:线路负载率升高,电压波动程度加深,网损减小。但各指标的变化规律不易总结,这是因为系统的注入功率和电压、网损等指标有复杂的耦合关系,所以需要将其解耦。实际上,风电出力对电力系统来说,最开始改变的只是风电接入节点的注入功率。

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电网侧储能优化规划

将经济性纳入考量是实现电网侧储能技术推广应用的必然发展趋势。国家层面对电力辅助服务给予了高度重视,从国家能源局综合司发布的《关于2019年上半年电力辅助服务有关情况的通报》来看,对比各区域电力辅助服务补偿费用情况以及分项电力辅助服务补偿费用两方面(见图1、2),可以发现国家发改委等相关部门就推进电力辅助服务市场建设提出具体要求。目前,全国除西藏外31个省参与电力辅助服务补偿的发电企业共4566家,装机容量共13.70亿kW,补偿费用共130.31亿元,占上网电费总额的1.47%。

图1  各区域电力辅助服务补偿费用情况

图2  分项电力辅助服务补偿费用

可以看出,政府为促进电储能产业发挥其市场机制作用搭建了平台,为储能在辅助服务应用领域提供了多渠道盈利的可能性。

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总结与展望

目前,国内电网侧储能技术的发展尚处于完善期,相关政策法规亟待进一步完善。随着新能源大规模发展、能源转型持续深化和储能技术不断成熟,未来电网侧储能的规模化发展必将成为趋势。因此,构建基于需求分析的电网侧储能经济性评估系统尤为必要,依托系统对储能全寿命周期投资成本和运维成本进行评估,从而提升电网侧储能效益利用价值,提升储能技术的经济性。具体建议主要有:

1)考虑储能技术对能源的生产和消费的革命性意义及对产业的带动作用,建议“十四五”期间,国家层面推动形成更加良好的政策环境,持续支撑储能技术及产业发展。

2)注重顶层设计、规划先行,研发区域电网分布式储能系统优化规划App,实现对电网侧储能选址以及优化配置计算,并提高运算速度和准确度,可为储能技术在电网侧的应用更具通用性和可操作性。

3)从安全效益、经济效益、社会效益等角度进行综合衡量,统筹不同技术类型和应用需求,应依据不同应用场合,确定好边界条件,量身制定相应典型方案和配套政策,合理安排储能建设时序与规模,引导储能有序发展。

4)建立完善的标准体系,规范电化学储能并网接入、调度运行等全过程管理,实现储能系统与电网的安全、友好互动。

5)建立以效益评估为基础的合理成本疏导机制,在科学合理评估的前提下,将储能建设成本纳入输配电价核算,助力建立合理的储能价值发现方式和回收机制,为储能提供良好的市场生存环境。

6)电网侧储能技术实现持续、健康发展离不开产、学、研、用各环节人才梯队建设,应尽快落实相应的人才培养和保障制度,为储能技术发展提供坚强支撑。

编辑概况

李建林,博士,二级教授,博导。中国可再生能源学会储能专委会副主任委员,北京先进碳材料产业促进会储能主委会主任委员,国网吉林电科院储能领域首席技术专家,安徽省自动化学会储能专委会主任,华东储能领跑者联盟副理事长,中国电机工程学会需求响应组副组长,电力系统自动化、电网技术、电工技术学报、电网技术、高电压技术、太阳能学报等权威杂志编委,电气应用杂志编委会副主任委员。从2009年开始至今,一直从事大规模储能技术研究。先后承担储能领域国家级项目多项,其中,国家重点研发计划项目1项,国家863课题4项,国家自然基金项目3项,国家电网企业储能方向重大项目10项,各级网省企业项目10余项。近年来在国内外核心期刊发表文章150余篇,其中100余篇被SCI/EI检索,授权发明专利50余项。负责起草储能领域行业标准10余项,著有《大规模储能技术》、《智能电网中的风光储关键技术》、《储能系统电网调频技术》等著译作10余部。在储能领域获省部级一、二等奖项10余次。

周喜超,高工,国网综合能源服务集团科技研发中心高级研究员,从事大规模储能技术研究与工程应用,曾负责江苏淮安储能项目前期工作。先后参与国家863课题1项,国家能源局课题1项,国家电网企业储能方向课题6项,参与编写行业标准1项,企业标准2项。近年来在国内外发表SCI/EI检索文章20余篇,授权发明专利10余项,App著作权3项,获中国电力建协成果一等奖2项,省级科技成果三等奖3项。

关键字:电网侧储能

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