规模化储能技术典型示范应用的现状分析与启示

规模化储能技术作为能源结构调整与节能减排的支撑技术和关键推手,在发输配电、电力需求侧、辅助服务以及新能源接入等领域有着广阔的应用前景。国内外开展并建成了数百项MW级及以上的多种新型储能示范工程,应用领域涉及可再生能源、分布式发电与微网、输配电以及辅助服务等。文中通过对国内外已建规模化储能示范的基本概况分析,重点讨论实现规模化示范应用的储能技术类型以及学术界和工程界聚焦的应用领域;从示范功能、主要技术以及资助情况等角度,梳理不同应用模式对储能技术的性能需求与技术关注点;基于储能相关政策解析,分析其对储能技术实现规模化应用的促进与推动作用。同时,给出了上述分析结果对我国储能产业化发展的启示。     

储能系统容量优化配置及全寿命周期经济性评估研究综述

近年来,随着储能技术性能的提高、成本的降低、电网供需矛盾的突出以及激励政策的出台,长寿命、低成本、高能量转换效率的电池储能技术的经济性逐渐凸显,储能技术的应用正逐步由项目示范转向商业运营。但现阶段储能系统的技术和经济性能有限,尚不具备规模经济性,储能系统容量配置及经济性评估是储能项目示范和商业推广应用的前提。通过分析储能应用需求、国内政策环境,提出储能容量配置及经济性评估的必要性。总结分析了储能在电力系统各环节的应用功能、储能技术类型及其参数、现阶段具备在电力系统中大规模应用的典型电池储能技术类型及技术经济指标现状、国内外典型储能示范工程、退役动力电池在电力系统中梯次应用的现状、以及储能容量配置及经济性评估研究现状。     

储能时代来临提速商业化进程

正2020年之后,储能在调频辅助服务、分布式发电及微网、电动汽车光储式充电站及需求侧管理等领域得到成熟应用,并形成若干典型的商业模式,并逐步在各个领域实现商业化的发展。储能技术应用广泛,市场需求潜力巨大,是能源互联网中的关键环节,主要体现在以下几个方面:光伏与风电等间歇性电源出力不稳定,当其发电占比达到较高比例时,会对电网造成一定的冲击,从而需要配套一定比例的储能来稳定风光电站的出力;     

电网侧储能技术研究综述

电网侧储能有效增加了电网的调节手段和能力，有助于电网安全稳定运行。 随着新能源高比例渗透和特高压电网的快速发展，系统波动等电网安全问题日益严重，电网需要构建高比例、泛在化、可广域协同的储能形态。因此，针对储能在电网侧应用的技术研究意义重大。介绍了电网侧储能技术国内外研究现状以及商业示范工程；梳理了项目选址以及优化配置方面的研究方法；通过理论以及时序指标分析电网侧储能需求；阐述了储能优化规划技术和经济性评估指标；指出了推广应用存在的难点。最后对电网侧储能技术的发展应用给出相应的建议和展望，为今后挖掘储能应用的效益价值，创新储能应用商业模式提供一定参考意义。     

大规模储能技术及多功能应用研究综述

在碳达峰和碳中和的目标下，大规模储能是支撑新型电力系统安全稳定运行的重要技术之一。从储能技术特性、多功能应用技术适应性和政策3个方面分析了典型大规模储能技术的研究与应用。首先，明确了具备大规模应用潜力的储能技术类型，阐述了不同类型储能的关键技术经济特征和发展应用现状。接着，从技术层面分析了大规模储能在提升新能源并网性能、提升系统运行稳定性、提供多功能应用的技术适应性。最后，对国内外储能的支持政策进行了研判，结合我国储能技术应用中存在的实际问题，分析了储能发展的对策建议。     

大规模压缩空气储能系统发电方式与运行控制分析与构想

压缩空气储能是一种充放电循环次数多、使用寿命长、可大规模储存电能的清洁环保的物理储能技术,适合于电网级大规模应用场合。文中分析了大规模压缩空气储能系统常规定速发电方式特点,提出了基于全控器件励磁的定速恒频同步储能机组控制策略,以获得更强的励磁能力和抑制系统振荡的能力,实现提升储能机组辅助服务能力。为了提高综合能效,提出了基于变速恒频双馈发电机组和变速变频直驱发电机组的大规模压缩空气储能变速发电方案构想,并分析了其典型运行控制策略,该变速发电方案具有提升储能机组控制功能及辅助服务能力的潜力。最后,分析了大规模压缩空气储能发电运行控制面临的挑战。     

几类面向电网的储能电池介绍

储能技术在现代电力系统中的作用日益凸显,储能电池则是大规模储能技术的重要发展方向。文中就目前比较成熟的储能电池体系,包括铅酸电池、锂离子电池、液流电池和钠硫电池的发展历史、研发现状,以及不同电池体系应用到电网储能的优势和存在的问题进行了讨论。文中重点介绍了钠离子电池和液态金属电池等2类新兴的电化学储能技术的研究现状、技术优势及现存挑战等。通过比较,认为在进一步提高现有电池性能、降低储能价格的同时,亟需发展下一代能满足大规模储能应用的电化学储能新体系。     

蒙西地区储能技术经济性优化配置研究

蒙西地区近年来可再生能源装机容量占比逐年提高,亟须配置大规模储能降低其间歇性、波动性给电力系统带来的影响。为实现蒙西地区储能的最优化配置,设计提出蒙西地区储能技术经济性优化配置模型。首先,兼顾技术性和经济性对蒙西地区储能的选址、选型开展研究。其次,以平抑风光出力波动性最大化和包含外部价值在内的储能项目收益最大化为目标,构建储能技术经济性优化配置模型,并采用NSGA-II算法对该模型进行求解。对蒙西某风光聚集地区的实证研究表明：当风光出力波动抑制率控制在30%以内,且光伏占风机的装机比例较低时,配置一定规模的储能可在技术、经济2个方面收到显著成效。最后,基于选址选型和实证分析结果,给出蒙西地区的储能配置方案。     

蒙西地区储能技术经济性优化配置研究

蒙西地区近年来可再生能源装机容量占比逐年提高,亟须配置大规模储能降低其间歇性、波动性给电力系统带来的影响。为实现蒙西地区储能的最优化配置,设计提出蒙西地区储能技术经济性优化配置模型。首先,兼顾技术性和经济性对蒙西地区储能的选址、选型开展研究。其次,以平抑风光出力波动性最大化和包含外部价值在内的储能项目收益最大化为目标,构建储能技术经济性优化配置模型,并采用NSGA-II算法对该模型进行求解。对蒙西某风光聚集地区的实证研究表明：当风光出力波动抑制率控制在30%以内,且光伏占风机的装机比例较低时,配置一定规模的储能可在技术、经济2个方面收到显著成效。最后,基于选址选型和实证分析结果,给出蒙西地区的储能配置方案。     

储能在高比例可再生能源系统中的应用前景及支持政策分析

研究了储能在高比例可再生能源系统中的应用及支持政策。首先结合大规模可再生能源并网对于储能的技术需求,分析了储能在未来高比例可再生能源系统中的重点发展方向及应用前景,进一步借鉴国际储能发展政策经验,从近期储能参与辅助服务市场、中远期参与现货和容量市场以及储能与可再生能源协同发展的新型政策探索等多个层面,提出了促进储能发展的支持政策建议,为推动储能在高比例可再生能源系统中的应用提供技术支撑。     

2014年中国电力供需回顾及2015年预测

分析了2014年中国电力供需特点,对2015年中国电力供需形势进行了预测,提出了相关措施建议。2014年受经济增长趋缓及凉夏暖冬等因素影响,中国电力消费增速和发电设备利用小时数分别为近16年和37年新低。2015年,中国电力需求增速将回升至4.0%~6.0%,全社会用电量将达到5.77万亿~5.88万亿kW?h;净增发电装机约9 140万kW,年底总装机容量将达到14.5亿kW;火电设备利用小时数进一步下降至4 638 h左右;全国电力供需总体平衡,但局部地区仍存在少量电力缺口,分区域看,华北电网地区电力供需平衡偏紧,华东、华中、南方电网地区电力供需平衡,东北、西北电网地区电力供应富余。     

2013年中国电力供需形势分析预测

分析了2013年1—5月中国电力供需特点,对2013年全年中国电力需求、供应和供需平衡情况进行了预测,提出了保障电力供应等方面的措施建议。研究结果表明,2013年中国全社会用电量将达到5.23万亿~5.33万亿kW·h,同比增长5.5%~7.5%;净增发电装机约9 000万kW,年底总装机容量将达到12.4亿kW。全国电力供需总体平衡,分区域看,华北地区电力供需偏紧,华东、华中及南方地区电力供需平衡,西北、东北地区电力供应富余。     

2016年中国电力供需回顾及2017年预测

分析了2016年中国电力供需特点,对2017年电力供需形势进行了预测,提出了相关措施建议。2016年受实体经济稳中趋好、夏季高温天气、上年同期低基数等因素影响,全国用电形势呈现增速同比提高、动力持续转换、消费结构继续调整的特征,发电设备利用小时数为近52年新低。2017年中国电力需求增速将维持在5.0%~6.0%,全社会用电量将达到6.21万亿~6.27万亿kW·h;净增发电装机约1.2亿kW,年底总装机容量将达到17.7亿kW;火电设备利用小时数略有回升,达到4 200 h左右;全国电力供需总体平衡,但局部地区仍存在少量电力缺口,分区域看,华北电网电力供需偏紧,华东、华中、南方电网电力供需平衡有余,东北、西北、西南电网电力供应富余。     

Smart grid energy storage controller for frequency regulation and peak shaving,using a vanadium redox flow battery

Grid connected energy storage systems are regarded as promising solutions for providing ancillary services to electricity networks and to play an important role in the development of smart grids. Thus far, the more mature battery technologies have been installed in pilot projects and studies have indicated their main advantages and shortcomings. The main concerns for wide adoption are the overall cost, the limited number of charging cycles (or lifetime), the depth of discharge, the low energy density and the sustainability of materials used. Vanadium Redox Flow Batteries (VRFB) are a promising option to mitigate many of these shortcomings, and demonstration projects using this technology are being implemented both in Europe and in the USA. This study presents a model using MATLAB/Simulink, to demonstrate how a VRFB based storage device can provide multi-ancillary services, focusing on frequency regulation and peak-shaving functions. The study presents a storage system at a medium voltage substation and considers a small grid load profile, originating from a residential neighbourhood and fast charging stations demand. The model also includes an inverter controller that provides a net power output from the battery system, in order to offer both services simultaneously. Simulation results show that the VRFB storage device can regulate frequency effectively due to its fast response time, while still performing peak-shaving services. VRFB potential in grid connected systems is discussed to increase awareness of decision makers, while identifying the main challenges for wider implementation of storage systems, particularly related to market structure and standardisation requirements.     

参与辅助服务的用户侧储能优化配置及经济分析

为使用户侧储能收益最大化,提出了一种参与辅助服务市场的用户侧储能优化配置方法。首先,建立了用户侧储能的全生命周期成本和考虑辅助服务的收益模型;其次,在两部制电价下,基于对储能电池运行特性和用户负荷特性的考虑,建立了一种参与辅助服务的用户侧储能优化配置模型,以储能容量和辅助服务参数为优化变量,对工业用户全寿命周期的净收益进行优化计算;然后,以广西储能辅助服务市场为例,实现了用户侧储能最优容量下的配置优化,确定了参与辅助服务的变量值;最后,通过改变政策敏感度对比分析了不同辅助服务的经济效益,给后续储能投资提供了指导性意见。     

改善电厂调频性能的储能策略研究和容量配置

具有快速充放电特性的储能技术,作为一种新的调频方式已逐步进入多国的辅助服务市场,参与到传统机组的自动发电控制(AGC)中。基于华北地区的辅助服务补偿政策,提出了改善电厂调频性能的储能充放电策略和容量配置方法。首先,根据政策中AGC考核指标Kp值的定义,提出调节速率、调节精度、响应时间3项指标的计算方法,并制定出提升调节性能、降低响应时间的储能充放电策略。同时,为了延长储能的使用寿命,制定了电池荷电状态的越限回归策略。在分析储能各项成本和收益的基础上,建立了以净收益最大为目标函数的储能经济性模型。最后,通过具体算例,对使用该策略前后机组的AGC性能进行对比分析并采用差分进化算法计算出了机组配置储能的最优容量。结果表明,使用储能策略可以显著提升机组的Kp值,带来明显的调频收益。     

2013年中国电力供需形势展望

分析了中国2012年电力消费特点,对2013年电力需求、供应和供需平衡状况进行了预测。预测结果显示,随着各项宏观调控措施效果开始显现,全国电力需求增速将有所回升。如果不出现极端天气,全国电力供需总体平衡,预测2013年全国将新增发电装机规模7 500万kW,全国发电设备利用小时数将达到4 716 h,其中火电发电设备小时数将达到5 149 h。建议关注电源布局、可再生能源发电、电网建设和电煤价格并轨等问题。     

Classification and quantification of reserve requirements for balancing

In electrical power systems there must always be a balance between supply and demand of power. Any imbalance will result in a frequency deviation. To reduce the imbalance to zero, ancillary services for balance management are in use. Ancillary services for balance management are characterized by their deployment time and their capacity. These ancillary services as well as the requirements for balance management can be characterized in the frequency domain. Actors, that are responsible for maintaining the balance in the system, can use the characterization in the frequency domain to define their needs for reserve capacity. This paper describes a method for spectral analysis of the required and available reserve capacity.     

储能系统参与多应用场景的协同运行策略

风电出力与负荷需求的时序关系导致仅用于风电消纳的储能具有闲置的时段和容量,故其利用率低、经济效益不佳.针对该问题,探讨了利用此类储能的闲置容量和功率参与电力能量市场和备用辅助服务市场的可行性和兼容性,并提出储能系统参与3种应用场景的协同运行策略,以提高储能利用率.首先,通过最优机组组合问题研究储能用于促进风电消纳的运行计划.然后,优化利用储能闲置容量和功率参与电力能量市场和备用辅助服务市场,修正储能系统运行计划.此外,在储能投标备用容量时设置预留容量空间以保证备用可用.算例仿真验证了该方法可显著提高储能运营收益,并分析了储能初始荷电状态、容量和功率对各应用场景下收益的影响.     

促进灵活性资源的辅助服务市场分析

为了激励灵活性资源,电力市场辅助服务市场规则出现了许多变化,例如北美电力市场中辅助服务市场的机会成本、里程价格和运行备用需求曲线机制等。提出了辅助服务定价的一般公式,该公式建立了能量市场与辅助服务市场的关系,阐述了辅助服务市场规则的含义。以抽水蓄能电站为例,基于市场实际运行价格,定量估计了辅助服务市场规则对增加灵活性资源收益的作用。研究表明：所给出的辅助服务定价公式较好地解释了实际市场的价格数据,验证了辅助服务市场定价公式的正确性;里程价格给予灵活性资源更多的刺激,该部分收入约占总收入的10%,而机会成本并没有特别的激励;运行备用需求曲线及其附加电价机制是一种容量补偿机制,且其补偿力度非常突出;目前市场规则下,抽水蓄能电站的主要收益来自能量市场的套利,辅助服务的收益依然处于次要地位。