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中国电气工程学报【2020年第11期】

  • ID:275016
  • 浏览:347
  • 学科:文化科学
  • 更新时间:2021-06-10 09:09:07
  • 期刊: 中国电气工程学报
内容简介
《中国电气工程学报》由中国机械工业联合会主管,机械工业信息研究院主办。杂志主要刊登电力工程等方面的文章。

储能在新能源、分布式电源与电网协调发展中的作用

2021-06-10 09:11:35 文化科学 席晟哲,王振华,张霄
资料简介

摘要:随着风电和光伏发电等可再生能源的快速发展,储能在整个能源电力体系中的作用越来越重要,应用范围涉及发、输、变、配、用各环节[1-3],储能方式主要可分为机械储能、化学储能和电磁储能等[4]。储能技术的类型、容量、功率等技术特性和相关经济特性各有不同,应在不同的电力系统特性和不同应用环节中进行合理选型,以发挥出储能技术的最大价值。储能不仅可以解决新能源发电的波动性、间歇性等问题,还可以提高电网柔性和本地消纳新能源的能力,随着新能源的不断发展,在电源结构中的占比将不断提高,因此储能的需求将更加迫切,应用前景十分广阔。

储能在新能源、分布式电源与电网协调发展中的作用

席晟哲 王振华 张霄

国网安阳供电公司 河南安阳 455000

摘要:随着风电和光伏发电等可再生能源的快速发展,储能在整个能源电力体系中的作用越来越重要,应用范围涉及发、输、变、配、用各环节[1-3],储能方式主要可分为机械储能、化学储能和电磁储能等[4]。储能技术的类型、容量、功率等技术特性和相关经济特性各有不同,应在不同的电力系统特性和不同应用环节中进行合理选型,以发挥出储能技术的最大价值。储能不仅可以解决新能源发电的波动性、间歇性等问题,还可以提高电网柔性和本地消纳新能源的能力,随着新能源的不断发展,在电源结构中的占比将不断提高,因此储能的需求将更加迫切,应用前景十分广阔。

关键词:储能;新能源;分布式电源;电网协调;发展作用

1.特性分析

(1)在源荷运行特性的基础上,研究源荷协调调度模式。基于实测的新能源发电功率数据,统计分析了不同时间尺度下新能源发电功率的分布特性和波动特性,并从调节容量、调节速度等角度研究了常规电源和高载能负荷的运行特性,论述源-荷在调节新能源出力波动时的协调关系和互补优势。根据高载能负荷和常规电源的运行特性,将源荷参与电网调度的响应机制抽象成数学模型,在此基础上提出了源荷协调调度模式,对源荷协调调度模式的概念、目标和研究内容进行了详细的研究与分析。

(2)针对不同负荷参与电网互动的动态响应特性,建立高载能负荷参与电网协调调度的响应模型。该模型以高载能负荷提供的调节容量最大化为目标,通过制定合理的响应参与标准及调节补偿价格,来激发高载能负荷参与调节的积极性,优化整合负荷侧的调节资源,深入挖掘高载能负荷的调节潜力。

(3)为避免新能源电力消纳和系统经济运行的目标矛盾,将多目标优化理论引入源荷协调问题,建立了新能源并网的源荷协调多目标优化调度模型。该模型以消纳电量最大和系统运行成本最小为目标,综合考虑系统功率平衡约束、常规电源启停和爬坡约束、高载能负荷调节约束,求解得到一组Pareto最优的源荷协调调度方案,使调度运行人员根据决策偏好进行最佳方案选择,实现以电网为主导、兼顾消纳能力和系统运行经济性的源荷协调优化调度。

2.储能在新能源、分布式电源与电网协调发展中的作用

2.1储能在发电侧的作用

2.1.1通过储能系统“低充高放”

实现风电和光伏发电的峰谷转移通过储能系统将电网不能消纳的风电和光伏发电存储起来,充放电的时间节点完全取决于调度的要求。在这样的模式下,储能系统的工作方式相对固定,一般根据风电和光伏发电输出功率的高峰与低谷区域选取储能系统工作方式的切换点。在风电和光伏发电达到高峰期时,储能系统进入充电状态,吸收风力发电输出富余的电能,若储能系统仍未充满,还可从大电网吸收电能;在风电和光伏发电跌入低谷期时,储能系统进入放电状态,释放储存的能量,从而实现风电和光伏发电的峰谷转移。

2.1.2跟踪计划出力,提高新能源并网能力跟踪计划出力

指根据计划出力曲线,控制储能系统的充放电过程,使得实际输出功率尽量接近计划出力,从而增加新能源发电输出功率的准确性,提高电力系统的利用率以及新能源的并网能力。储能应用于跟踪计划出力的能量调度策略为:一是尽可能充分利用新能源发电,即首先让新能源发电满足负荷需求,若有富余的能量则对储能系统进行充电。二是当尽可能利用新能源发电仍不能满足负荷的需求时,若储能系统能量充足,则考虑由储能系统进行放电,提供能量满足负荷所需。三是若计划出力曲线超出了储能型风电场和光伏发电场的调控范围,则尽可能地调控储能型风电场和光伏发电场输出功率接近计划出力曲线。

2.1.3平滑新能源发电出力

满足系统运行要求平滑新能源发电出力,是指通过对储能系统进行频繁充放电操作,平滑新能源发电短时输出,使其输出的爬坡率和爬坡幅度满足电网调度要求,减少由于风和光伏的随机性和不稳定性,带来的风电和光伏发电的波动性。储能系统可以通过合适的逆变控制策略,实现稳定电压、调整相角、有源滤波等电能质量的控制,从而改善风电和光伏发电的特性,控制电能质量,保证系统稳定,使风力和光伏电站可以在一个相对稳定的输出水平运行。

2.1.4与现有发电厂联合运行

提供辅助服务通过与现有发电厂联合运行,提高常规电源频率响应特性,提供调频等辅助服务也是储能参与发电侧应用的重要途径。从储能应用于调频辅助服务获取的收益(辅助服务补偿费用)来看,主要包括三部分:一次调频考核费用,AGC调节考核费用,以及AGC调节补偿费用。而根据储能电池参与电力辅助服务市场的形式不同,储能和辅助服务规则范围内的发电厂联合运营,提供调频辅助服务是储能最有可能在电力市场获得收益的模式。

2.2储能在大电网的作用

2.2.1快速响应出力负荷变化

满足电网安全稳定运行的要求针对电网运行体系各个环节的特殊需求,大容量储能在接入现有电网后,能够满足电网安全稳定运行的要求。一方面,引入储能后可以有效地实现需求侧管理,平滑负荷,消除昼夜间峰谷差;另一方面,能够更有效地利用电力设备,降低供电成本,是提高系统运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动的一种手段。储能应用于电网调频的作用十分重要。调频是维护电网安全运行的关键技术。

2.2.2满足尖峰负荷容量需求

延缓输配电设备投资电网公司为了应对电网负荷峰谷差的日益扩大和高峰负荷的不断增加,需要连续投资发输配电系统来满足尖峰负荷的容量需求,从而导致系统整体负荷率和资产的综合利用率偏低。而储能系统可在用电低谷时作为负荷存储电能量,在用电高峰时作为电源释放电能,在一定程度上,储能系统起到了减小峰谷差、移峰填谷的作用。

2.2.3抑制风光发电出力波动性

提高新能源消纳能力随着科学技术的发展,新能源发电的发展越来越快,所占的比例也越来越大。但是在新能源发电中,风能和太阳能发电具有间歇性、不稳定性,就给电网接入带来了随机性和波动性。欧洲有关机构研究结果表明,如果风电和光伏发电等新能源发电的装机(或电量)占本国发电装机(或发电量)总量的比例超过某一极限值(不同系统,极限值不同),就必须要配置大容量储能设施来进一步提高电网接纳新能源的能力。通过大规模储能技术,能够实现新能源发电功率的平滑输出,有效调控新能源发电所引起的电网电压、频率及相位的变化,降低新能源发电输出电压波动对电网造成的巨大负面影响,从而保障大规模风电及太阳能电力并网的安全性,提高电网对新能源的消纳能力。

2.3储能在配电网及用户侧的作用

2.3.1平滑负荷曲线,稳定系统输出与未采用储能装置的分布式发电单个用户相比,采用储能装置后用户的负荷曲线变得更加平滑、稳定。采用储能装置后,由分布式发电系统提供所需的平均负荷,储能提供短时峰值负荷。同时储能也能解决分布式电源中电压脉冲、涌流、电压跌落和瞬时供电中断等动态电能质量问题,对系统起到了稳定作用。

2.3.2充当备用电源,满足紧急用电需求储能可以在分布式发电单元不能正常运行的情况下起备用作用,如在分布式太阳能系统不能发电的夜间,分布式风电系统在无风的情况下,或者其它类型的分布式发电系统检修的情况下等,储能都可以起到备用电源的作用。

2.3.3实现分布式电源友好发电特性,满足系统调度需求储能能够使得不可调度的分布式发电系统作为可调度机组运行,从而实现与大电网的并网运行,并在必要时向大电网提供削峰、紧急功率支持等服务。储能的容量越大,系统的调度就更加自由化,但须在调度自由化获取的利益与成本之间找到经济平衡点。

4结语

文章按照电力系统发、输、配、用各个环节的特性,以及储能在每个环节可以实现的功效,分析了储能在新能源、分布式电源与电网协调发展中的作用。储能在发电侧可以实现新能源发电的峰谷转移,跟踪计划出力,保证系统稳定运行;在大电网可以快速响应出力负荷变化,满足尖峰负荷容量需求,延缓输配电设备投资;在配电网及用户侧可以充当备用电源,稳定系统输出。

【参考文献】

[1]李琼慧,王彩霞,张静,等.适用于电网的先进大容量储能技术发展路线图[J].储能科学与技术,2017,6(1):141-146.

[2]王彩霞,李琼慧,雷雪姣.储能对大比例可再生能源接入电网的调频价值分析[J].中国电力,2016,49(10):148-152.