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    黄浪:基于电力平衡需求储能的解决方案

    来源:中国储能网 发布时间:2019-08-14 15:24 阅读数:4801

    8月9—10日,由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会联合中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司、西安北大科技园、中国科学院电工研究所储能技术组、深圳市科陆电子科技股份有限公司等单位联合主办“第二届全国发电侧储能技术与应用高层研讨会”在陕西西安金磐酒店举行。来自政府主管部门、能源监管部门、行业专家、设计院、新能源发电业主单位、电力公司、系统集成商、项目承包商、投融资机构等单位的260余位嘉宾出席了本次研讨会。  

    主办方邀请到特变电工西安电气科技有限公司黄浪博士就“基于电力平衡需求储能的解决方案”做主题报告,以下为其报告主要内容。

    黄浪

    非常感谢主办方给我这个机会,和业界专家一起探讨并推动储能产业向良性方向发展。我今天代表特变电工汇报一下,站在电力系统角度思考产品定义及解决方案。我今天汇报题目是《基于电力平衡需求储能的解决方案》,主要内容是从电力系统的实时平衡需求通过储能柔性解决方案及泛储能解决方案,实现多种盈利模式叠加,提升经济价值,降低投资风险。

    大家都知道电力系统是非常复杂的系统,但是它的原理很简单,它的生产和使用必须要平衡。实际上电力系统本来是不平衡的,特别是新能源发电出来以后,本身有一些波动,还有电网计划性检修,加上符合侧本来是刚性的,电力系统有高波动的特点,但是电力系统需要平衡,这是电力系统的矛盾。

    会议现场

    随着现在新能源的发展,和新能源全面平价上网,更多关注点从以前政策到技术迭代,到现在更多关注电力系统能源结构变化。这也是国际能源署对可再生能源做的评估, 2050年可再生能源达到86%,其中风光占主要的规模。

    整个发电系统因为呈现新能源高渗透率、发电有强随机性、高波动性、低惯性,会导致源-荷不匹配度。中国能源结构有一些区别,黄色部分是灵活性电源装机规模,只占到3.9%。西班牙、德国、美国灵活性电源装接超过30%,结果导致它对新能源的消纳负荷刚性容纳能力比中国电网更加友好一点。但是现在新能源大规模发展,电力系统平衡挑战会逐渐的显现出来。以前也是源-荷不匹配,为什么现在要讨论储能?现在新能源规模和能源结构发生了变化。

    电力系统储能从不同的时间、尺度解决源-荷不匹配的问题,不管你是发电侧、电网侧、用户侧还是解决电力系统的问题,有一些具体的技术需求导致我们有不同的解决方案,为了平衡要做一次调频和二次调频,减少风光的波动,要延缓断面的阻碍,要延缓扩容,要做一些能量搬移,不同的应用场景有不同的盈利模式。站在电力系统角度,某个项目里面有多个盈利模式叠加,可以减少效率投资的风险,增加储能的收益性。

    因为现在储能技术路线比较多,有物理形式、化学形式、热等等,目前抽蓄是最高的,也比较符合发电侧,锂电池技术区趋于完善,在发电侧和用电系统各个角度做很好的适应,也是在明年、后年具备商业化的应用价值。

    到底哪一些地方需要储能?在电力系统的角度分析全国31个省直辖市电网装机规模,还有总装机、活跃装机,跟水、风、光电量缺额,从平衡角度看哪一些地方需要储能。这个是装机规模比较大的省域电网和有特点的电网,像北京装机规模小,电价峰谷差价大。发电侧有两种细分市场:一个是火电技术调频,储能核心价值是解决电力系统的不平衡,要解决不平衡有一个核心诉求就是快、准、狠,如果想要快,控制精度要高。狠的话调节深度该来一定要来,和火电机组联合调频可以快速响应高分子精度和调节深度提升火电技术的KP值,然后获得收益。从装机规模来看,火电装机规模和新能源渗透率来看,山东、内蒙、陕西、安徽,装机规模最大的山东也是比较好的市场。新能源减少预测的不准确度,这样可以看到新能源装机规模比较大的新疆、河北、甘肃、宁夏。电网侧,因为现在储能没有进入输配电价的成本,商业模式现在不是很清晰,但是规模比较大,特别火电装机规模比较大的地方需要通过加装储能提高系统的灵活性。

    基于前面背景的分析,特变电工一直在探索储能系统柔性解决方案。储能一定要解决不平衡,解决电力系统的刚性问题,所以提出了储能系统的柔性解决方案。主要用于调频,要快、准、狠。从调节范围和调节速度来看,经常是传统火电站的上千倍,范围也比较大,远远优于传统的变电站,传统变电站是同步机进行电力系统。

    另外一个是在发电侧,刚才做了比较充分的介绍,我不在详细讲了。我特别提一点,交流汇集也可以在低压侧汇集,也可以减少损耗,提高系统效率的方案。刚才做电网侧和发电侧做了一个分析,到底我们怎么去解决这个不平衡?电力系统功率不平衡通过频率偏差来反应的。但是频率偏差了以后,我们到底需要吸收或者提供多少电解决这个平衡,可以简单通过高中物理学动能方式可以看到,电力系统有一个类似于惯量的特点,惯量是反应能量和频率的关系,想要有多少给你供,而且是可控的,不像风电或者光伏是不可控的电源,它是灵活性的电能,实际上平均控制器,能够反应频率偏差和能量需求关系,做储能系统柔性的解决方案。

    特变电工储能系统柔性解决方案核心是储能变流器,具备一次调频,多机并联,二次调频调压,不同角度保持电力系统平衡的需求。 通过软件形式模拟同步机机械的特性,比如虚拟攻角、虚拟惯量等等,更加辅助电力系统的平衡。我们对比了一下虚拟同步机的区别,不管在阶跃响应,可以延缓电力系统的变化,提升电力系统的稳定性。

    下面是特变电工自主研发的协调控制器,通过软件形式实现电力系统的平衡,可以广电用于发电侧、用户侧和电网侧,我们从这个角度思考定义产品,我们产品的通用性比较强。基于人工算法做一些功率预测,在电网侧提升稳定性,在用户侧需求响应政策减少容量,这些是通用的。

    因为特变电工主要做设备制造业,在集装箱这一块比较完善的技术团队。我们可以通过集成能量管理系统,加协调控制器和储能变流器,和合作伙伴进行电池管理,提供一个集装箱的解决方案,不同场景可以提高收益,既可以用在用户侧节省容量,也可以用在发电侧解决弃光的电压差,减少考核服务带来的费用。

    刚才说了传统的储能解决方案,我们是站在电力系统平衡需求角度思考储能到底怎么做,目前储能成本比较高,盈利模式和商业模式不太成熟,我们会去叠加各种运营模式,促进储能产业的发展。如果我站在电力系统平衡需求角度思考,我们会用很多方式解决电力系统不平衡。我们提出了泛储能的解决方案。

    特变电工可以通过建设这样的联网协调微网,微网和大联网之间是唯一的并网点,只有一个联络线,我控制联络线的功率,比如电力系统需要这个时候充电或者需要放电,从那个点看,不管下面建设什么东西,对你来说是一个黑盒子,可以解决电力系统的不平衡。通过建设这样的光储和光储需求侧的响应,加上管理系统,解决了从用户测或者从发电测都可以解决电力系统不平衡的问题。

    特变电工进行自主研发的电能路由器,构建源-网-荷-储协调型微网,电能路由器下面可以接入光伏储能、风电装,大联网35千伏,接入这样的联络点,通过控制联络点功率,达到储能的特点。一是可以赚取峰谷电价差。另外可以做一些基本容量的需求响应,节省一些基本容量费,另外可以减少光伏的比例,节省收益。可以叠加各种模式,可以减少投资风险。这是我们做的实验,联络线功率是可控的,蓝色是原有的曲线,黄色是我对这个联络线的体现。红色线是实际跟踪的情况,联络性功率可以实时可控的,因为我通过能量系统,加上需求响应是一个叠加,另外也可以通过电价提升基本价格。

    这是特变电工自主研发的能量管理系统,可以做发电和用电功率预测,包括日前和四小时的,预测。基于这个预测,我们刚才说到要实现联络线的功率控制,根据电价政策进行联络线的响应。只要我在响应互动服务设立响应目标,就可以实现联络线的功率控制。

    特变电工能量管理系统其中核心技术就是用几种算法,第一个用神经网络提高预测精度,目前第一代是85%,第二代达到了90%。这个是优化调度软件来实现需求响应,这个也是根据调度曲线和电价政策做光伏、储能等等,大家联络线控制的目标。

    另外一个核心是电能路由器,2005年开始研发,目前可以做到2000瓦到2兆瓦,从两端口到四端口,现在研发6端口等等一系列产品。模块化实现智能冗余技术,这样可以提高设备可靠性,可以在线投入冗余模块系统可靠性。另外一个是高效率,效率直接影响系统成本,把效率提高了,降低损耗。我们这个行业两大核心:一定要可靠和高效,实现高效产生碳化硅高效率产品。

    这是珠海首批能源互联网+示范工程里面实现了直流微网的应用,通过2兆瓦,三端口路由器,接入光伏、储能和充电装,这是完全可控灵活的储能,这是一个双向可控的功率响应。在东莞交直流混合微电网,接入光伏、储能、充电装,还有其他光热去给它送电。 在特变电工西安产业园也建设了2兆瓦的微网工程,2兆瓦光伏、1兆瓦时的储能电池+960千瓦的充电装,它是完全可控的,欢迎各位专家领导去参观一下,谢谢各位。

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