压缩空气储能示范进展及商业应用场景综述

    [目的]   近年来,储能技术及储能产业发展受到的关注度持续升温。    [方法]   在此背景下,对压缩空气储能技术及其商业应用场景进行了分析与综述。通过梳理国内致力于压缩空气储能技术示范的研究团队及其技术特点,较为全面地反映了国内压缩空气储能技术的发展方向;在此基础上,介绍了已投运数十年的德国汉特福及美国阿拉巴马州两座商业化压缩空气储能电站的配置参数及运行经验,综述了近年来国内外针对多种新型压缩空气储能技术的示范进展状况。结合压缩空气储能技术梳理、商业化储能电站回顾及新型压缩空气储能技术示范进展综述三方面的工作,可为国内压缩空气储能技术发展及国家多部委大力推动的储能行业发展提供借鉴。最后,从电源侧储能、电网侧储能及用户侧储能三类应用场景分析了压缩空气储能技术的适应性及应用潜力。    [结果]   德国及美国两座商业化压缩空气储能电站数十年的可靠运行经验,检验了压缩空气储能电站长期运行的可靠性。与此同时,国内自500 kW至10 MW等多容量规模压缩空气储能示范工程的先后投建,表明此项储能技术在国内已实现由理论研究阶段向示范验证阶段的突破。    [结论]   在当下政策环境,用户侧峰谷电价政策是较为典型的储能应用场景边界条件,在压缩空气储能技术推广中可以重点考虑。     

规模化电池储能系统的无功功率控制策略研究

无功功率补偿是电池储能系统并网运行时的重要应用。电池储能系统主要包括电池组、变流器以及设备监控系统等。电池储能用变流器可向电网提供无功功率。文章提出了规模化电池储能电站中各储能机组间的无功功率分配方法。采用仿真软件对电池储能系统的无功功率分配策略进行仿真分析,并基于张北储能试验基地的电池储能机组实例验证了控制策略的有效性。     

电网侧电化学储能经济性分析方法

随着可再生能源装机规模的不断提高,储能成为保证风电、光伏等间歇性可再生能源大规模、平稳接入电网的关键技术。利用电化学储能可灵活配置、响应速度快、适合规模化应用等优势,在电网侧不仅可提供调峰、调频、电压调节、旋转备用等辅助服务,还能产生延缓设备投资、降低电网损耗、回收退役电池等间接价值。辅助服务是目前电网侧储能最直接可靠的收益来源,其中调峰收益是单位电量补偿标准与充放电电量的乘积;调频收益由储能系统接受自动发电控制调度指令的响应容量和时间,以及单次调用调频性能指标和补偿标准决定;电压调节与电站容量、投运时间、自动电压控制投运率和调节合格率有关;旋转备用收益是单位补偿标准与备用容量、备用时间的乘积。从全生命周期看,储能成本主要包括设备成本、购电成本和运维成本。结合电网侧储能价值收益和成本计算方法,提出储能经济性的简易判据,即储能系统各项收益总和以及成本总和的年化数值之差。以安徽省为例,基于华东和安徽现有储能政策,分析电网侧电化学储能的经济性,分析思路和方法在其他省区也具备适用性。     

全钒液流电池的技术进展、不同储能时长系统的价格分析及展望北大核心CSCD

可再生能源正逐渐由辅助能源变为主导能源,建立“新能源+储能”为主体的新型电力系统对大功率、大容量、长时储能技术提出了新的要求,全钒液流电池储能技术具有本征安全、充放电循环寿命长、电解液可循环使用、生命周期经济性好及环境友好等特点,近年来受到学术界、产业界的广泛关注。本工作回顾了液流电池的发展历程,介绍了全钒液流电池储能技术的基本原理、性能特点、技术和产业化发展现状,结合多年高功率、大容量全钒液流电池储能系统工程实际设计经验,阐明了大规模储能电站的模块化设计方法,实施的5 MW/10 MWh全钒液流电池储能系统产业化项目已安全稳定运行了9年多,能量转换效率和储能容量无明显衰减。实际应用结果充分验证了全钒液流电池储能系统的安全性和可靠性,已满足产业化应用的要求。根据全球全钒液流电池储能装备领军企业2021年第三季度兆瓦级储能系统实际价格,分析了不同储能时长全钒液流电池储能系统的价格及生命周期的经济性,指出了今后的研究开发重点。     

基于EMD分解的混合储能辅助火电机组一次调频容量规划北大核心CSCD

高新能源渗透率的新型电力系统更容易发生发电侧与用户侧的负荷失衡,从而造成电网频率波动,这对电网安全带来了巨大的挑战。提升发电侧主动调频支撑成为解决这一问题的关键。储能技术辅助调频主力的火电机组参与发电侧一次调频不仅可以提升电网安全性,也能降低机组磨损,提升机组运行的经济性。现存一次调频储能容量配置方法比较单一。因此,本文提出了一种基于EMD分解的混合储能辅助火电机组一次调频容量规划方法。使用EMD对储能的目标功率进行处理,并将处理后的IMF分量进行重构,从而确定混合储能的功率与能量配额,以归一化成本为最优目标,完成储能系统规划,弥补了现存研究未充分考虑功率高低频响应导致的储能配置方案不合理,不能充分利用不同形式储能特性造成的储能投资成本高、储能系统收益低、调频效果不理想等缺点。并以宿迁660 MW机组为一次调频算例验证了本文方法的可行性与经济性。研究结果可以为参与一次调频的火电机组储能规划提供一定技术参考。     

考虑聚合效应的多点分布式储能系统灵活性评价方法研究

针对多点分布式储能系统的灵活性评价问题,深入讨论分析了电力系统灵活性的定义、内涵,提出了考虑聚合效应的多点分布式储能系统灵活性评价指标和方法,并基于河南电网侧储能电站示范工程进行案例分析,验证了方法的适用性和有效性。研究表明：考虑聚合效应的灵活性评价指标和方法能够有效地量化多点分布式储能系统响应系统不确定变化时的灵活调节能力,有助于提高储能电站调度运行的量化决策水平,具有一定的工程实用价值。     

新型储能技术在弹性电网中的应用与展望北大核心CSCD

3060双碳目标将推进我国能源转型进程,新能源高渗透率为电网带来的不确定性与复杂性使其对日常运行时备用调节电源需求和应对极端自然灾害与人为攻击时的弹性需求增高,因而促使新型储能技术在电网快速规模化应用。本文讨论了在极端事件下,储能在弹性电网中的应用。首先,从新型储能装置的发展动态和对弹性需求的支撑出发,结合弹性电网概念内涵、衡量要素和极端事件特性,探讨了储能在弹性电网中的需求必要性和应用目标,提出了储能在极端事件下弹性承受和恢复两个阶段中的作用过程、作用机制和调节目标。其次,分析了广域布局储能的聚合容量与弹性电网承载能力之间的关系,研究了储能对灾后网架重构的影响,以及弹性指标评价框架等,提出了储能在弹性应用中的规划、调控、量化指标和市场机制制定等关键技术研究点。针对极端事件的应用需求、储能的运行性能与经济特性,提出了未来新型储能系统的适用典型场景。最后,对我国储能在弹性电网中的应用前景进行了展望。     

锂离子电池储能系统安全技术发展现状

我国正大力推动建设以新能源为主体的新型电力系统,作为支撑可再生能源普及的关键技术,储能产业得以高速发展,锂离子电池储能市场也进入加速发展期。然而,在高速发展的同时,近年来国内外发生的多起储能系统火灾事故,也引发了大众对锂电池储能系统安全的关注。锂离子电池储能系统运行的主要风险分为起火爆炸风险、有毒有害化学物泄漏风险和电击风险,其中起火爆炸是锂离子电池储能系统的主要风险,主要致因则是电池的热失控。防范电池的热失控问题,应从电池安全、储能系统、运行维护和事故后消防等几方面提升安全防控技术。从生命周期看,锂离子储能系统的关键安全技术包括电池单体安全、箱体热管理、主动预警监测、被动监控预警、高效消防手段等。鉴于锂离子电化学储能系统的安全运行和安全隐患正逐渐成为制约产业规模化发展的瓶颈,建议有关部门要完善政策体系,提高产业规划科学性,进一步健全新型储能安全生产法律法规;加快标准体系构建,建立储能系统建设及运维的指引标准,指导储能系统安全体系建立;强化消防安全技术攻关,加快关键部件转化应用。     

动力电池梯次利用储能系统电热安全研究现状及展望

动力电池梯次利用储能系统电热安全已经成为系统大规模建设推广的关键影响因素,亟待构建完善的动力电池梯次利用储能系统电热安全管理体系、研究系列安全管理方法、制定系列安全标准。空间上需要建立梯次电池单体、模组、系统整体全方位的电热安全管理方案;时间上需要建立电池筛选、系统构建、系统运行的安全操作策略;流程上需要建立安全风险识别、评估、安全预警分析、预案决策、执行的电热安全管控流程。本文对梯次电池储能系统的电热安全风险诱发机理和安全技术的最新研究进展进行了分析,梳理了梯次电池应用储能的政策标准、示范工程及储能电站事故;从梯次电池储能系统的单体、模组、系统三级分析了安全事故风险诱因;从电热两个层面,分析了相关安全保护技术的先进性和局限性;并对未来动力电池梯次利用储能系统在相关应用政策、安全风险机理研究、安全管理技术研究三个方面提出了建议。     

储能系统对间歇式新能源电站并网特性的影响分析

摘要： 针对风电和光伏为代表的新能源电站有功出力波动给电网安全稳定带来的不利影响,给出了利用储能系统平滑间歇式电源有功出力的解决方案,并基于DIgSILENT PowerFactory,建立风光储混合新能源电站模型,对其并网运行特性进行研究。结果表明,储能系统可有效平抑风光联合出力的波动,提升有功功率的可控性,改善电能品质,且对于新能源电站低电压穿越能力的提升具有积极意义。     

国外电网侧储能电站参与调频辅助服务市场的机制经验及对我国的启示

储能是高比例可再生能源电力系统稳定安全运行的重要支撑技术之一,中国调频辅助服务市场规则设计应考虑储能参与.本文概述了电网侧储能技术的调频现状,并介绍了储能为电网提供调频辅助服务具备响应时间快、调度性能好的优势,并以美国、澳大利亚和英国的调频辅助服务市场为案例,介绍了储能调频的现状,分析了国外典型调频辅助服务市场设定的适用于电网侧储能电站的规则,包括电网侧储能电站作为市场主体参与调频辅助服务市场的市场准入门槛、参与方式和价格机制;比较了不同电力市场对于电网侧储能参与调频辅助服务市场的设计的差异及其对储能参与调频辅助服务市场的影响.调研了我国电力市场建设现状,通过对比分析了我国储能参与调频辅助服务市场存在大多数地区储能的市场主体地位不明确,大部分允许储能参与的市场容量准入限制为世界典型国家限制的2倍或以上,部分地区调频收益下限过低难以反映储能调频的容量价值等不足.参考国外经验,在合适的机制设计下,我国储能调频容量需求可超过6 GW,调频辅助服务市场设计应明确赋予储能市场主体地位,随市场建设和技术发展适时降低准入门槛使分布式小容量储能参与提供调频服务,价格机制设计两部制价值以反映储能调频的容量价值并保障储能调频最低收益.     

多场景下新型储能项目盈利模式分析及成本补偿机制建议

新型储能是构建以新能源为主体的新型电力系统的重要支撑。新型储能的盈利模式与政策、市场机制息息相关,是决定储能能否大规模商业应用的关键。通过调研国内外典型地区新型储能项目的发展背景、配套政策和运营模式,开展多场景下新型储能盈利模式分析和对比研究。国外新能源配储在长期购电协议和税收抵免机制的共同作用下,已有较好的收益;国外现货市场、辅助服务市场比较完善,电网侧独立储能收益来源较丰富,加上一系列补贴政策,电网侧独立储能经济性较好。与国外相比,国内新能源配储、电网侧独立储能都存在收益来源少、收益不稳定、经济性差的问题;国内部分省份用户侧储能短期内收益较好。鉴于此,关于我国新型储能成本补偿机制,建议对电源侧储能准入条件、保障利用小时数、放电量补偿及可参与品种给予政策倾斜;在电网侧独立储能发展初期,出台容量租赁、电价补贴或容量补贴等政策,以促进其成本回收;加快完善需求侧响应电价机制以及虚拟电厂等聚合资源的商业模式,增加用户侧储能收益来源;加快完善电力市场建设,丰富各侧储能可参与的交易品种。     

储能电站接入配电网的可靠性评估

大量分布式电源的接入,有利于清洁能源的合理利用,但是其间歇性和波动性给电网造成的功率冲击严重威胁电网的安全稳定运行。为了平衡风电光伏等分布式电源对电网的冲击,在配电网接入储能装置是一种十分有效的措施。通过可靠性分析的方法,分别计算接入点不同和接入容量不同的储能电站对配电网供电可靠性指标的影响。并以某地区的实例来评估储能电站接入对配电网可靠性的影响     

考虑不同利益主体的储能电站经济效益分析

随着智能电网的推进,储能电站在电力系统中的作用越来越不可忽视。环境问题和能源危机推动了分布式能源的发展,同时也推动了储能电站的发展和应用。文中介绍了不同的储能方式,分析了不同储能方式的特点,建立了电网侧和用户侧的经济效益指标和模型,最后通过实际算例的经济性评估表明：目前的技术条件和造价水平导致储能电站的经济性略低,只要降低单位容量的造价水平和提高储能的效率,储能电站可以达到市场化的投资回报率     

考虑灵活性负荷异构性质的多类型储能优化配置北大核心CSCD

灵活性负荷与多类型储能协调优化是实现电力系统电力电量平衡的重要方法,随着大规模灵活性负荷广泛接入电网并参与需求侧响应,灵活性负荷的异构特性已难以适应电网规模化调控需求、无法充分挖掘其调节潜力。本工作提出了考虑灵活性异构负荷的多类型储能优化配置策略,通过聚类灵活性异构负荷建立泛化模型,匹配负荷特性与电网调控需求。首先,基于灵活性异构负荷用电曲线和调节潜力的差异化特性,将典型异构负荷聚类为可转移负荷、可削减负荷和可调节负荷,并建立相应的泛化模型;基于此,提出灵活性异构负荷与多类型储能协调优化策略,以计及发电侧、电网侧、储能侧和负荷侧成本的系统综合运行成本为优化目标,利用混合整数线性规划(mixed integer linear programming,MILP)实现多类型储能的最优配置;最后,通过算例对比分析验证了所提协调优化方案的可行性与有效性,相比于单独考虑灵活性负荷、储能参与系统调控,灵活性负荷与多类型储能协调优化不仅可以实现地区电网电力电量平衡,而且可以降低系统运行成本,提升电网经济效益。     

电池储能电站电网侧经济效益及运行效益分析

  目的  电池储能电站的建设是未来电网发展的必然趋势,文章旨在研究当前电池技术和峰谷电差政策条件下的电池储能电站的经济效益和运行效益。  方法  以电网侧储能电站为对象出发,分析以经济效益指数为判据的经济效益、以延缓变电站扩容建设为衡量的运行效益。同时,以东莞地区电池储能电站为例,对其直接经济效益、运行效益和其他效益进行分析。  结果  在当前电池技术和峰谷电差政策的状况下,东莞电池储能电站的经济效益总体略有亏损,但考虑到建设储能电站存在的其他方面的运行效益等,发展电池储能电站有小幅盈利。  结论  以东莞地区电池储能电站为例的经济效益及运行效益分析也可以为其他同类型电池储能电站的效益分析提供参考。     

面向偏远地区供电可靠性提升的配网储能电站机会约束规划方法

通过提炼偏远地区电网可靠性提升的实际需求,提出了基于机会约束优化的配网侧储能电站规划方法。计及投资成本最小化目标以及储能运行、配网潮流安全、供电可靠率要求等约束条件,建立网侧储能选址定容优化决策模型;在此基础上,采用随机场景描述偏远地区电网故障与用电负荷模式的不确定性,并引入可靠性机会约束灵活控制规划决策的不确定风险承受能力,进而借助样本平均近似理论,将机会约束规划模型重构为易于求解的混合整数线性优化形式。通过对西藏某偏远地区实际配网的算例进行测试,结果表明：机会约束优化方法对于网络故障不确定风险具有良好的适应性,能够指导网侧储能电站接入的科学决策,有效改善供电可靠率指标;通过调整置信度参数,可以在规划决策的投资经济性和供电可靠性之间取得合理权衡。     

基于改进多目标粒子群算法的储能电站定容选址优化配置研究

电化学储能电站在高比例新能源电网中逐步得到了规模化应用,其优化配置策略很大程度上决定了其辅助电网调频调压的效果。为实现电化学储能电站的最优化配置,首先研究了高比例新能源下储能参与电力系统调频调压的控制策略,提出了基于变系数有功无功下垂控制方法。随后,建立了高比例新能源电网下储能系统参与电网调频调压的多目标优化配置模型。该模型以调频综合指标、调压综合指标和系统成本为优化目标,采用了改进型多目标粒子群算法对控制参数配置和储能系统选址定容结果进行优化配置。为避免数据的主观性,采用熵权法对所得到的多目标解集选出最优方案。最后,采用某市区域电网实际算例对储能进行优化配置,区域电网调压综合指标降低了9.2%,调频综合指标降低了25.1%,区域电网节点电压偏差和频率偏差均显著降低,调压和调频效果得到了提升,验证了本文所提出储能定容选址配置方法的有效性和优越性。     

储能电站参与辅助服务的综合分析

近年来,风力发电、光伏发电等大型新能源并网发电,给电力系统的稳定和安全运行带来了挑战。储能系统作为一种辅助服务,参与火电厂的频率调节和峰值负荷调节,不仅可以帮助火电机组满足电网的快速调频和峰值调节要求,而且可以实现电网的供需平衡。本文建立了储能系统的全寿命周期成本模型,包括储能系统参与辅助服务的初始投资、运行维护、收益及补偿模型,以及考虑储能系统实际运行的成本模型。最后,通过实例对储能系统的经济指标进行了评价和分析。     

基于电力市场环境的储能电站运营策略研究

随着我国能源结构转型步伐的加快,储能作为一种新业态在提高电网电能质量、消纳、调频和电力可靠性等方面起着关键性作用。然而,我国电力市场并不完善,如何最大化储能电站的收益是电力市场环境下投资、运营亟需解决的重要问题。本文研究储能电站参与电力市场的优化运行策略。从我国电力市场建设政策方面分析储能参与电力市场的可行性;基于调频服务补偿机制,建立了储能电站参与价格套利服务和调频服务市场的优化模型。通过算例,分析当前分时电价机制下本文提出的组合服务运营策略能够显著提升储能电站的投资经济性,具有较好的应用前景。