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欧宝官网app:详解:储能在智能电网中的应用战略
发布时间:2022-08-15 00:47:59 来源:欧宝网站 作者:欧宝ob体育app登陆

  ,特别是北京、上海、广州等大型城市的电网逐步形成受端电网,表现为大容量、大机组、超高压、负荷密集等特征。从用电结构看,“十二五”期间第三产业、居民用电比重将有较大提升,预计5年将上升5个百分点以上,由于经济结构的变化,最高用电负荷也逐渐上升。

  与传统电网相比,智能电网在发电、输电、配电及用电四大环节中都具有明显的优势,智能电网成为世界各国集中投资的战略型产业。智能电网通过优化传统能源和新能源的供需和应用实现节能,通过特高压技术解决能源结构不匹配问题,通过高效率的配电技术提高整体电网的稳定性和效率,是应对能源危机的必由之路。中国发展智能电网可以参照高铁的发展战略,实现引进技术、实现自我研发、到成功的技术输出的三阶段转换。特别是各国技术标准还没有统一的情况下,中国将凭借规模经济准备自主技术标准的同时,积极参与全球标准的制定,扩大市场支配能力。

  智能电网的发展具有重要意义,在大电网端,随着电力需求不断增长,对电能质量的提升是发展的必然要求,但在现有发电端和用户端信息不对称的情况下,电力的使用条件提升的程度非常有限,为了避免高峰拥堵电网端始终具有迟滞效应。而随着可再生新能源发电产业正在经历快速发展,在一定程度上解决的用电紧张的情况,以我国风电为例,预计到2020年风电装机容量将超过发电总装机容量的10%。但是,间歇性新能源发电仍存在重要技术瓶颈——发电不稳定性和并网技术问题。国外有关研究表明,如果风电装机占装机总量的比例在10%以内,还可以依靠传统电网技术以及增加水电、燃气机组等手段保证电网安全;但如果所占比例达到20%甚至更高,电网的调峰能力和安全运行将面临巨大挑战。

  引入储能技术是解决上述问题的主要途径,它可以提高发电厂输出功率的可控性,抑制功率波动,提高电能质量,从而使风力发电、光伏发电等系统成为广泛利用的电力供应系统。

  储能技术应用于电力系统,可以改变电能生产、输送与消费必须同步完成的传统模式。目前,我国正在规划与大力发展坚强智能电网,全面覆盖发-输-变-配-用-调的六大环节与信息平台的建设。储能技术将是未来智能电网的重要组成部分,涉及其建设的各个主要环节。同时,储能技术在接纳风电、太阳能发电等间歇性新能源入网方面也发挥着不可或缺的重要作用。发展储能技术的重要意义还包括削峰填谷、调节节约能源、提高电力电网系统效率延迟建设投资、保证电力电网系统安全等方面。

  1)发电系统:能量控制管理,峰荷运行,新能源发电并网支持,提高电站稳定可靠性,电站系统黑启动,延缓新建电站投资等。

  2)输配电系统:保证电能质量,提高电网稳定可靠性,最大限度利用现有电网以延迟投资建设,缓解电网高峰阻塞等。

  4)电力用户端:提高电力系统效率,不间断电源供应,用电电压支撑支持,分时电价管理等。

  除了大电网上的应用,在新能源接入和分布式能源、微网端,储能系统是不可替代的,储能单元可起到抑制系统和输出功率的扰动、用于短时过渡供电、调峰填谷、保持电压频率稳定、提供可靠备用电源、提高系统并网运行可靠性和灵活性等作用。

  电动汽车与智能电网相结合的V2G技术,使电动汽车具有潜在地参与较小规模电力电网系统调峰调频、电能质量保证和备用电源等应用。电动汽车蓄电池(如铅酸、锂电池等)甚至超级电容器都有可能作为V2G系统的储能单元。

  轨道交通由于长期处于启停切换的状态,电网波动很大,采用储能装置可以有效缓解电网的持续波动,而轨道交通的连续性和可控性使得储能的工作条件可控高效,只是对短时间内能量的消纳和释放能力要求较高。

  另外随着电动汽车产业逐渐成熟,退役动力电池的处置问题也将成为不远的未来一个重要课题。目前来看,采用梯次利用方式进行动力电池的储能转化是一个可行的方法。一方面解决了动力电池的处理和储能电池来源问题,同时提高了能源的综合利用率,在成本上也可能进行部分节约。

  基于我国能源分布的特点,当前我国国家电网的建设目标为“西电东送、南北互供、全国联网”。储能技术在大规模电力系统中的应用需要根据不同地区的实际情况而定。大规模电力系统需要较多地利用大规模储能技术以达到储能大容量/功率的要求。从整体上看,大部分大规模储能技术仍处于产业化初级阶段,整体成本还比较高,需要更长时间的运行验证,因此现阶段更多的示范验证工程是有必要进行的。

  根据美国能源部信息中心的项目库不完全统计,近10年来,由美国、日本、欧盟、韩国、智利、澳大利亚及我国等实施的MW级及以上规模的储能示范工程达180余项,其中,电化学储能示范数量近百项,非电化学储能形式的示范数量超过80项,储能技术涉及飞轮储能、全钒液流电池、(新型)铅酸电池、钠硫电池等多种形式。从地域分布上看,美国在储能装机规模和示范项目数量上都处于领先地位,项目数量占全球总项目数量的44%,主要为电化学储能项目;西班牙次之,项目数占14%,主要为太阳能热发电熔融盐储能项目;日本占8%,主要为电化学储能项目;我国占8%,全部为电化学储能。从储能类型上看,MW级规模储能示范项目中电化学储能项目数占比为53%,相变储能占比34%,飞轮占比6%,其他类型涉及压缩空气、电磁储能和氢储能等。其中,在电化学储能示范项目数量中,锂离子电池所占比重最高,达48%;其次为钠硫电池和铅酸电池,分别占比18%和11%。

  可再生新能源发电产业正在经历快速发展。英国计划到2020年约30%电力生产来自于新能源发电产业;以我国风电为例,预计到2020年风电装机容量将超过发电总装机容量的10%。但是,间歇性新能源发电仍存在重要技术瓶颈——发电不稳定性和并网技术问题。引入储能技术是解决上述问题的主要途径,它可以提高发电厂输出功率的可控性,抑制功率波动,提高电能质量,从而使风力发电、光伏发电等系统成为广泛利用的电力供应系统。储能技术选择需考虑额定功率和容量、响应时间、安全稳定性、技术成熟度、经济成本等。从应用的角度,在电能质量保证方面,飞轮、超级电容器、部分蓄电池(如钠硫和液流)、超导磁储能系统能够使发电厂输出功率平滑,确保电网电能稳定;在电能能量管理方面,随着新能源装机容量的提升,储能系统的容量需要相应提高,新型压缩空气、热能储存、部分蓄电池(如铅酸和液流)系统具有潜在的调峰功能,可以适合风电、太阳能发电等的大规模储存。在世界范围内已建成一些示范性工程,如加拿大VRBPowerSystemsInc.在美国、德国等地的风光储能发电并网工程。2005年,美国California州建造了与风力发电机组相整合的450kW超级电容器,用以保证机组向电网输送功率的稳定性。我国在这个领域也在加快部署,例如正在运行中的国网张北项目(20MW)是目前全球最大的风光储输工程,张北风光储输工程二期已于2013年6月开始建设,其中包括化学储能装置50MW;南网储能示范项目(10MW),深圳宝清电池储能站(4MW×4h);此外,全球最大规模的5MW/10MWh全钒液流电池储能系统在2013年2月并网,经过严格考核,已全面投入运行,此技术可有效推进我国可再生能源的普及应用。

  分布式发电及微电网系统具有鲜明的特点:能独立运转或者并网,接近电力消费终端,容量相对较小(kW级别到几十MW级别)等。针对其特点,储能单元被认为是此类系统的必备部件。储能单元可起到抑制系统和输出功率的扰动、用于短时过渡供电、调峰填谷、保持电压频率稳定、提供可靠备用电源、提高系统并网运行可靠性和灵活性等作用。目前已有一些建成的储能示范工程应用于分布式发电与微电网系统,如美国ZBB公司商业建筑储能系统、西藏日喀则拉孜风光互补离网项目、陕西世园会充电及风光储微网项目。2013年,欧洲最大的储能电池设备在英国南部贝德福德郡的莱顿巴扎德启动,预计在2016年开始投入运营,建成后的容量为6兆瓦,将使用锰酸锂技术存储电能,并在用电高峰期供能,以满足电网需求。2015年4月30日20时,电动车制造商特斯拉推出家庭储能“Powerwall”电池组,这一整套设备可以和当地电网集成,以处理过剩的电力,实现转移负荷、电力备份以及太阳能发电自给。日本大和房建工业于2011年10月推出了具有蓄电池系统控制功能的智能住宅。从储能运用的角度出发,为了达到短时供电、调峰填谷和备用电源的目的,储能单元系统须具备大容量能量/功率的能力。

  电动汽车与智能电网相结合的V2G技术是一种新近发展中的技术。由于电动汽车较长时间地处于停止状态,车载电池作为储能单元,与电网的能量管理系统建立通信,从而达到电动汽车与智能电网能量转换互补的目的。利用V2G技术,使电动汽车具有潜在地参与较小规模电力电网系统调峰调频、电能质量保证和备用电源等应用。电动汽车蓄电池(如铅酸、锂电池等)甚至超级电容器都有可能作为V2G系统的储能单元。如日本NEC、美国Maxwell等公司在电动汽车、轨道交通系统等领域中就运用了超级电容技术。日本式智能电网政府实现目标:电动汽车/插电式混合动力占新车的百分比从0.4%上升到2020年的20%,通过V2H技术,EV/PHV提供大容量储能电池,也可以用于电力峰值转移或应急电源,来提高电力汽车/插电式混合动力汽车储能电池的应用。在Keihanna,实时监测100辆电动汽车充电量的系统及应用车载监控的需求响应来抑制充电量的系统验证正在进行。

  (1)技术挑战。大部分储能技术成熟度还有待提高,特别是关键材料、核心技术。另外储能在电力电网系统应用时间较短,而电网对于安全可靠性要求很高,储能设备产品的定型周期需要长时间的验证;

  (2)经济挑战。与关键技术、能源效率以及应用场合密切联系的投资和维护成本将成为各种储能技术选择发展的关键考量;

  (3)政策挑战。虽然各国都制订了发展储能技术的战略,但在如何管理储能系统和如何对于储能技术的研发给予支持仍然需要政策细化。

  同时,我们也看到,去年中国储能项目装机增长已超过全球增速。截至2013年底,除抽水蓄能、压缩空气储能及储热外,全球储能项目总装机容量达73.6万kW,较2012年增长了12%。而中国储能产业发展速度则相对更快。截至2013年底,中国已运行的储能项目装机规模达5.15万kW,较2012年增长了39%。快速增长涉及可再生能源并网、分布式发电及微网、电动汽车等多个方面。

  上海市的社会经济地位决定了上海电网是一个对可靠性和电能质量要求极高的电网。随着城市产业结构的调整,第三产业的比重增加,峰谷差不断加大,对供电可靠性要求高、负荷峰谷差大的用户数量不断增加。

  在用户负荷侧接入电池储能电站,在节省容量投资的同时,确保电能质量、提高用电可靠性。实行峰谷电价的情况下,负荷高峰时,用户利用电池储能系统减少高价电的购买量,负荷低谷时利用电池储能系统在电价低时多购电。在这个过程中,用户可以减少购电费用。将电池储能电站直接接入城市配网,对电网而言,相当于改善了负荷特性,实现电力系统的负荷水平控制;减少了系统备用容量的需求,减少了系统中的调峰调频机组的需求,减轻了高峰负荷时输电网的潮流,减少了系统输电网络的损耗及输电网的设备投资,提高输配电设备的利用率。

  在电源侧安装电池储能系统,可以在低谷负荷情况下启动储能装置,保持低谷负荷时候的电力平衡,使火电机组运行在比较经济的出力区间,提高了低谷负荷时的机组效率,在一定程度上降低煤耗,减少煤炭燃烧对环境的污染,在相同发电量的情况下可以促进其增效减排,提高了发电厂的经济效益,也符合国家的能源政策。

  在配电端接入储能系统控制,则可以在电源端供电和用户端用电不均衡时合理分配电力,在两端电力发生较大变化时提供额外电力消纳和供应,防止用电紧张或供电冗余。提高了电力的使用效率,避免了电力浪费,客观上提升了电力价值,降低了电力成本。

  从2006~2007年,国家电网公司、上海市科委和国家科技部分别下达经费共计4910万元,支持上海电网储能技术研究建设项目。到2011年初,该项目已完成总额定容量410kW/1300kWh电池储能系统的建设,分布在上海漕溪变电站、前卫变电站和白银变电站。其中,漕溪站建成镍氢电池(6组,额定容量为100kW/200kWh)、锂电池(3组,额定容量为100kW/200kWh)和铁电池(2组,额定容量为100kW/80kWh)储能系统;前卫站建成全钒液流(额定容量为10kW/20kWh)储能系统;白银站建成钠硫电池(18组,额定容量为100kW/800kWh)储能系统。

  上海硅酸盐所与上海电气、国家电网上海市电力公司,面向新能源、智能电网的战略需求,按照“产研用”模式推进的储能技术产业化项目,模块产品于2014年9月通过第三方检测和厂内验收,开展电站工程应用示范。电站总体储能容量为1.2MWh,采用户外堆仓设计,为我国首个钠硫储能电站工程化应用示范项目。

  国网上海电力和电力研究院为上海市迪士尼设计光伏储能系统,与站用电负荷组成一个微网系统,光伏发电系统19.6kW,交流充电桩3×7kW,一套30kWh磷酸铁锂电池储能系统,满足在并网和孤岛情况下系统运转正常,并加入了分布式电源、电动汽车等智能电网元素。

  虹桥商务区新能源接入以太阳能光伏为代表方式,智能电网中的储能系统建设在110kV博世地下变电站内,储能电池类型为钠硫电池,系统容量总共为1MW×8h。储能系统接入博世站的必要设备包括:储能电池4组(每组容量为250kW),PCS屏4面,箱式变压器一台(容量为1250kVA)及其相应二次设备。

  今年在崇明东滩投入试运行的储能系统,由四套500千瓦时电池系统、四台变流器、两台变压器、一套联合监控系统及其配套设施组成。该系统采用磷酸铁锂电池储能,总容量2兆瓦,5小时周期内可储存约1万千瓦时电能。目前崇明本岛共有5个风力发电项目,合计装机容量为175兆瓦,占本岛日均用电负荷(163兆瓦)的107.36%。

  我国也相继出台了一些储能相关法规、规划和办法等,并给予资金支持发展储能产业。2010年的《可再生能源法修正案》中第一次提到储能的发展,2011年发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》中提出依托储能等先进技术,推进智能电网建设。从2013年底起,国家能源局的《关于分布式光伏发电项目管理暂行办法的通知》中鼓励业界各单位或个人投资建设和经营分布式光伏发电项目。财政部发布了分布式光伏发电自发自用电量免收可再生能源电价附加费等政策,旨在降低用户自发自用成本。分布式发电相关政策与补贴的陆续出台为光储模式打下了基础。国务院办公厅2014年11月印发的《能源发展战略行动计划(2014-2020)》中指出,通过科学安排调峰、调频、储能配套能力,切实解决弃风与弃光等问题,作为影响未来能源大格局的前沿技术,储能在我国已获得前所未有的高度关注。

  上海市政府在发布的“十二五”电力、新能源、战略性新兴产业发展等一系列规划中,明确要求上海的能源发展、电力发展必须符合环境质量要求。“十二五”期间,上海的能源结构将加快调整步伐,并在能源项目布局上着力推进西气东输、西电东送等重要能源工程,这为上海增加清洁能源的供应和结构调整创造了良机。此外,随着土地资源供应趋紧和环境保护约束增多,电网、管网等设计施工和建设要求不断提高,能源建设项目实施难度也日益加大。“十二五”期间,上海社会用电总量将稳步增长,“十二五”末,上海电网最高负荷将达到37120MW,2015年,上海电网需从市外受电25000MW以上。上海“十二五”电力规划明确提出“全面启动电网建设”。在各级电网协调发展的基础上,运用现代信息技术、控制技术、储能技术和输电技术改造传统电网,初步建成与上海经济社会发展水平相适应的智能电网框架。在这个框架内,上海市政府将建设网架坚强的城市输配电网,实现各类电源便捷接入与调度,构筑友好、互动的智能用电体系。

  作为智能电网发展中的重要环节和核心技术,储能技术可以有效地实现需求侧管理,减小昼夜间峰谷差,平滑负荷;可以提高供电可靠性和供电质量;可以提高电力设备利用率,降低供电成本;还可以促进新能源的利用;同时可作为提高系统运行稳定性、调整频率、平抑负荷波动的技术手段。上海电网处于华东电网的末端,负荷密集,峰谷差大,供电可靠性要求高,储能系统已成为电网调峰的必要补充,市场需求主要来自上海市落地储能电站,高可靠性供电需求以及新能源接入三部分。发展大规模储能技术将成为上海发展智能电网,构建智慧城市的一项影响全局,关乎长远的重大举措。

  总体目标:立足技术可靠性、规模化、经济性三个方面,重点发展以锂离子蓄电池、新型铅酸电池、钠硫电池和超级电容器为代表的大规模化学储能技术,利用电池产业生态链,重点突破电池储能系统优化设计、系统集成和并网可靠性接入三大关键科学问题,通过较大规模的工程示范和运营维护,从技术可靠性和经济性两个层面进行系统评价,在电动汽车市场的大力牵引下,随着电池成本的不断降低,不断完善本地储能政策和相关标准规范,力争“十三五”中期实现储能产业在上海的率先规模化应用。

  阶段1—关键技术突破:系统分析包括虹桥枢纽工程、迪士尼微网、崇明生态岛、曹溪换电站等上海市重要智能电网示范基地的储能系统示范运行情况,寻找影响规模化应用亟待解决的储能关键技术难题,开展基于可再生能源并网、分布式发电及微网、输配电及辅助服务、城市及轨道交通等领域的大容量规模化储能关键科学问题研究,在蓄电池的研究中,更高的储能密度、更快的响应速度、更好的运行安全性、更长的使用寿命、更低的使用费用是我们追求的目标。

  阶段2—技术应用阶段:在智能电网各端进行储能工程示范,以上网应用为技术导向,优化储能各装置的设计和使用策略。

  阶段3—政策推动阶段:在满足技术指标前提下,研究储能工程化应用经济效益,从政策扶持角度优化储能装置的使用策略。

  储能技术是电力系统、能源结构优化以及电能生产消费变革的重要支撑性技术。它可以对未来智能电网提供各种不可或缺的实际应用。目前储能技术已处在爆发性发展和革命性突破的前夜,通过对规模等级、技术成熟水平、经济效益、应用限制与环保等方面的研究和实施,以期形成如下功能:

  (1)大电网:利用储能系统提供的快速响应容量,可以快速补偿系统中的不平衡功率,应该可以用最直接、最有效的方式提高电力系统稳定性。

  (2)新能源接入:一是大幅度降低可再生能源发电的成本,使其可以和常规能源发电相比拟;二是尽可能多地消纳可再生能源发出的电力,最终实现全部消纳这些电力;三是提高电能的利用效率。

  (3)微网:提高系统稳定性,当分布式电源供电不足或与微网断开时,储能系统起到维持设备继续运行的功能

  (4)电动汽车及轨道交通:形成完整V2G,V2H生态圈,能源滚动利用,资源优化配置,以极低的能量闲置和浪费换取更高的单位效益,智能交通和智能电网的良性循环。

  (5)其它:形成完善的电池梯度利用网络,并与信息化网络关联,实现电池全生命周期有处可寻,有地可用,有史可查。

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