储能在电网中的应用前景及案例分析

储能在电网中的应用前景及案例分析二〇一五年九月上海电力设计院有限公司电能可以转换为化学能、势能、动能、电磁能等形态存储，按照其具体方式可分为机械、电磁、电化学和相变储能四大类型机械储能抽水蓄能压缩空气储能飞轮储能电磁储能电化学储能超导储能电容器超级电容储能铅酸、锂离子、钠硫和液流等电池储能①储能系统的分类钠硫电池锂离子电池铅酸电池飞轮储能②储能系统的主要特点优点：高比能量；高比功率；高能量转换效率；长循环寿命不足：有的体系安全性较差；价格还不够低钛酸锂等新材料的开发和应用，大大改善了锂离子电池的安全性能和循环寿命，从而可将锂离子电池用于更大规模的储能。锂离子电池②储能系统的主要特点优点缺点(1)大规模蓄电，选址不受地域限制；(2)安全，可深度放电；(3)有很大的充放电速率；(4)长寿命，高可靠性；(5)无排放，噪音小；(6)启动快，充、放电切换快；(7)价廉，1-2年可建成；(8)运行和维持费低。(1)正极、负极电解液交叉污染；(2)要用价贵的离子交换膜；(3)两份溶液，体积大，平均之后比能量低。液流电池②储能系统的主要特点超级电容优点：循环寿命若干万次，比功率高；缺点：比容量小；单位能量投资高；关键：开拓毫秒-秒级的应用、降低成本②储能系统的主要特点飞轮储能优势•效率：70%-90%；•输出功率：kW-MW，由电动/发电机和电力变换装置决定；•响应速度：5-25ms，5-15s达到额定输出；•寿命：大于20年；•工作温度：-40℃～50℃•低维护、环境友好不足•系统复杂；•有高速转动部件；•轴承待机损耗问题②储能系统的主要特点储能类型典型额定功率额定能量特点应用场合机械储能抽水储能100~2000MW4-10hr规模大，技术成熟响应慢，需要地理资源。日负荷调节，频率控制和系统备用，现场具备建设条件压缩空气10~300MW1~20hr大规模。响应慢需要地理资源调峰，系统备用，现场具备建设条件飞轮储能5kW~1.5MW15s~15min比功率较大。成本高、噪音大调峰、频率控制、UPS和电能质量电磁储能超导储能10kW~1MW2s~5min响应快，比功率高成本高、维护困难电能质量控制、输配电稳定，UPS电容器1~100kW1s~1min响应快，比功率高比能量太低输电系统稳定、电能质量控制超级电容10kW~1MW1~30s响应快，比功率高成本高、储能低与FACTS结合储能类型典型额定功率额定能量特点应用场合电化学储能铅酸电池kW~50MW1min~3hr技术成熟，成本较小寿命低，环保问题电能质量、频率控制、电站备用、黑启动、可再生储能液流电池5kW~100MW1~20hr电池循环次数长，可深充深放，适于组合；储能密度低电能质量、备用电源、调峰填谷、能量管理、可再生储能钠硫电池100kW-100MW数小时比能量较高。成本高、运行安全问题有待改进电能质量、备用电源、调峰填谷、能量管理、可再生储能锂电池kW－MW分钟-小时比能量高，成本较高安全问题有待改进电能质量、备用电源、UPS1、在可再生能源中的应用研究大规模可再生电源接入后，其波动性、间歇性和随机性不仅增加电力系统调峰压力，而且影响电力系统的安全稳定运行。引入储能技术可以有效平抑新能源功率波动，增强新能源发电可控性，提高新能源的并网接入能力。项目名称业主地区功率（kW)能量（kWh）储能技术/产品提供商项目状态夏威夷Kaheawa风电一期项目FirstWind夏威夷毛伊岛30000XtremePower运行夏威夷Kaheawa风电二期项目FirstWind夏威夷毛伊岛1000020000XtremePower规划SCETehachapi风电储能项目南加州爱迪生公司加州，蒂哈查皮山800032000A123Systems能源固化风电场项目PrimusPowerCorporation加州，莫德斯托灌溉区2500075000PrimusPower运行毛伊岛电气公司风电并网项目毛伊岛电气公司夏威夷群岛，毛伊岛100004400A123运行用于可再生能源并网的液流电池智能电网项目Ktech公司加州，莫德斯托2501000Enervault加州太阳能计划研发项目一期SunPower加州250500ZBBEnergy运行洛杉矶特哈查比山的松树风电厂项目洛杉矶水电部(LADWP)加州5000BYD美国日本项目名称项目时间项目地点储能系统详细信息系统应用聚集光伏发电系统并网项目2002年-2007年大田市每个光伏发电系统配备9.6KWh的铅酸蓄电池大田市超过553个家庭安装了总量2129KW的光伏系统，且每个系统都配备铅酸蓄电池系统在发生“过电压”时避免能量损失大型光伏发电系统及电网稳定性验证项目2006年-2010年稚内市1.5MW/11.8MWh钠硫电池、1.5MW/25KWh电容器在稚内市建设一座5MW的光伏电站，为其配备钠硫电池和电容器系统太阳能发电输出稳定大城市中的大型示范项目2010年横滨市镍氢电池、锂离子电池、电动汽车蓄电池、全钒氧化还原液流电池27MW的光伏发电设备（13MW的住宅光伏系统和14MW的中型到大型系统发电系统平衡电力消费，平稳电力供应及降低对发电厂的依赖中国项目名称项目时间项目地点储能系统详细信息系统应用国家风光储输示范工程2011张北县20MW100MW风电和40MW光伏配置20MW的多种类型储能可实现风光平滑输出，跟踪计划出力，参与系统调频等多种功能上海崇明风储项目2015崇明岛2MW结合崇明东滩风电场建设一定容量的储能系统改善风力供电不稳定，实现东滩风电平滑输出和友好接入光储一体化电站2015青海/采用锌溴液流储能电池解决离网地区的分布式光伏供电问题2、在微网中的应用研究1、有效稳定系统输出，解决微网中动态电能质量问题；2、提高现有配用电设备的利用率、降低运行成本等；3、实现与大电网的并网运行，必要时向大电网提供一定的支援服务。210KW风力发电机组100KW光伏组件2000Ah储能蓄电池组东福山岛风光柴储能电站是国内第一个规模化投入实际应用的新能源储能电站，集风、光、储一体并升压运行孤岛微网系统。中国项目名称系统规模储能作用新疆喀拉昆仑山脉微网项目光伏1MW、柴油机、储能节能减排、满足用电需求、提高系统安全可靠性、提高微网经济性、减轻供电压力和环保压力国电光柴储互补离网电站光伏、柴油机、储能新疆吐鲁番新能源城市微网工程项目屋顶光伏13.4MW山东长岛可再生能源海岛示范项目—南麂微网示范工程风电1MW、光伏545kW、海洋能30kW、柴油机1.6MW、储能3、在电网调频中的研究由于储能调节速度快，未来在电网调频中将起到积极的作用，目前美国、智利等国均已开展调频储能项目及研究工作，北京的石景山热电厂储能项目也为华北电网提供一定的调频辅助服务。比亚迪在美国实施的4MW/2MWh储能调频项目，该项目能有效缓解电网负载压力和增强电网运行稳定。4、在需求侧响应中的研究为特定电力用户提供服务，例如可为用户提供消减需求开支并提供后备电源服务，也可在电网故障时，保障对用户的高可靠性供电。5、在智能建筑领域的应用研究围绕智能电网和智能城市的发展，结合储能系统探索智能电网及智能城市未来的发展形态，实现对区域内电力供需进行有效调控。6、在智能交通中的应用研究储能应用与智能交通领域，主要是通过电动汽车来实现，采用V2G技术实现与电网的互动。国家风光储输示范工程是推进我国可再生能源大规模开发利用的一项重大示范工程。风能，太阳能都是清洁可再生能源，有着广泛的应用前景。但是由于风能和光能的间歇性和随机性，风、光独立运行供电系统很难提供连续稳定的能量输出。这已经成为全球范围内制约可再生能源大规模发展的关键技术瓶颈。为研究、解决我国风力发电、光伏发电、储能和智能电网等领域的关键技术问题，引领清洁能源产业的快速健康发展，国家电网公司在张家口建设本工程。风电一期工程建设小东梁风电场49MW、风电一期工程建设孟家梁风电场49MW，大河光伏储能电站一期建设光伏发电40MW、储能装置20MW。（1）概述国家风光储输示范工程（2）总体构架20MW储能电站40MW光伏电站100MW风电场220kV智能变电站统一坚强智能电网联合发电智能监控系统AC35kVACACDCDC双向变换图例：AC220kVAC35kV控制信号说明：联合发电智能监控系统可根据调度曲线以及风力、光照的情况对储能装置、风电机组及光伏阵列进行优化控制，从而将具有波动的风电、光伏电力转化为优质电力。风光储七种组态运行方式风力发电光伏发电“风+储”发电“光+储”发电“风+光+储”发电“风+光”发电储能发电（3）储能系统考虑技术风险控制，装置多样性，同时，兼顾到本工程的示范意义，本期储能电站选用锂电池、钠硫电池和全钒液流电池的组合。（4）储能系统输出功率储能容量备注磷酸铁锂电池系统（比亚迪）6MW36MWh能量型磷酸铁锂电池系统（ATL）4MW16MWh能量型磷酸铁锂电池系统（中航锂电）3MW9MWh功率型磷酸铁锂电池系统（万向）1MW2MWh功率型钠硫电池储能系统（NGK）4MW24MWh全钒液流电池储能系统（普能）2MW8MWh本期规模总计20MW95MWh远景规模70～110MW（4）储能系统已突破的关键技术电池储能装置的大规模电站化集成技术大规模多类型电池储能电站高速实时监控技术大规模多类型储能电站协调控制及能量管理技术大规模多类型电池储能电站的多种应用技术（4）储能系统多类型电池储能系统的大规模集成实现大规模多类型电池储能电站监控通过进行软/硬件切换，支持本地、全景监控及华北网调直控的三种模式分类型、模块化的协调控制模式支持调频，削峰填谷，跟踪计划，平滑风光发电出力等储能电站高级应用模式青海光储项目随着青海省光伏发电项目的持续增加，目前青海光伏电站的发展速度已经远远超过了电网的承受能力，使得光伏发电出现“弃光”现象，且光伏发电需要通过电网进行远距离输送，而输电线路建设与光伏电站发展不匹配，导致大量光伏电站建成之后，由于电网基础设施无法及时满足新能源的发展速度、大规模光伏发电不能满足并网要求等原因，出现了发电不能并网、发电利用小时数持续降低和“弃光”等现象。（1）概述我国近几年，尤其是近5年，新能源电力规划和建设出现了井喷式的增长，其中大部分的大规模光伏电站位于本地电力消纳能力不足的地区。由于西北地区电网基础设施薄弱，无法满足新能源电力输送要求，同时跨地区电网还面临着管理体制的制约，导致弃光成为电力调度机构不得不采取的行为。储能具有灵活的“调配”作用，光伏和储能的联姻可以很好的解决“弃光限电”这一棘手问题。通过配置一定规模的储能系统，可以在电网输送通道受限以及光伏组件阳关照射充分的情况下，将光伏发电电力储存在储能系统中，在适当的时间，再通过储能反送至电网，光储联合发电可以实现在满足电网调度要求的同时，降低光伏电站出力对电网产生的冲击，从而达到减少弃光的效果。（2）项目建设的意义与重要性（2）项目建设的意义与重要性光伏电站通常受天气和时间因素的影响，出力大小有时候变化较快，特别是受到云层的影响，光照强度会发生剧烈变化，进而导致光伏阵列输出功率的波动，当光伏输出波动达到一定程度时，电网往往会采取限制、隔离的方式来处理。因此，为充分发掘光伏发电的价值，协调光伏发电和电网之间的矛盾，可通过为光伏电站配置电池储能系统的方式予以解决，通过“光伏+储能”的联合运行，不仅可以让光伏电站在外界环境变化的情况下，通过储能装置平抑光伏电站的出力波动，以减小光伏发电系统对电网的冲击，而且还是解决诸如电压波动、电压跌落和瞬时供电中断等动态电能质量问题的有效途径，达到有效改善光伏发电供电质量的目的。（3）光储电站配置方案光伏发电具有午间短时段出力水平高，其他时段出力水平低和昼间有出力、夜间无出力的特点，储能技术具有能够实现电能的时空平移特点，为光伏电站配置储能系统可将光伏电站的午间高出力转移至其他时段，削减电站出力尖峰，减少弃光，在现有的输电走廊条件下，提高输电走廊的利用效率，延缓输电线路扩容。光伏功率光伏出力上限时