双碳目标下储能系统关键技术及应用

正碳达峰、碳中和战略背景下,以新能源为主体的新型电力系统发展迅猛,储能系统对高比例新能源可靠并网及高效消纳的作用显著。面对新能源发电及用户用电的源荷波动性,储能系统因可孤岛运行、调节速率快、配置方式灵活等优点,助力电网调峰、调频、调压能力提升,保障电力系统安全稳定运行。此外,在新的市场及相关激励机制下,充分发挥储能系统峰谷价差套利等优势,可实现负荷削峰填谷,降低用电成本。储能系统与新能源发电、电力系统、需求侧响应的协调配合是实现双碳目标的必由之路,而与之相关的储能系统性能优化、参与电网调控、运行特性评估、工程应用等难题亟待解决。     

面向新型电力系统的电力设备运行维护关键技术及其应用展望

在"碳中和、碳达峰"的目标下,建设以新能源为主体的新型电力系统是电网升级换代发展的必然趋势。随着新型电力系统的建设和发展,电力电子装置、大规模储能装置等新型电力设备将获得广泛应用,电网对柔性可控和安全稳定的要求越来越高,保障电力设备的可靠运行面临巨大的挑战。为此,提出了新型电力系统背景下电力设备高效运行和智能维护的基本特征和技术体系,详细阐述了电力设备数字化和智能化、新型电网设备状态评估以及电力设备高效优化运行等支撑新型电力系统的设备运行维护关键技术研究现状和进展,探讨了研究和应用中还需要解决的主要问题,最后对未来电力设备运行维护的模式和技术发展趋势进行了展望。     

特约主编寄语

随着新型电力系统的快速建设,新能源发电量的占比逐年稳步提高。新能源出力本身具有较强的波动性和间歇性,为新型电力系统的安全稳定和可靠供应带来巨大挑战。叠加近年来极端天气因素影响,需求侧季节性负荷峰谷差日益加剧,使得新能源发电与用电需求时域不匹配的矛盾进一步突出。新型储能作为一种跨时间、跨空间转移能量的技术手段,不仅有助于适应新能源的波动性,增强电网系统消纳新能源的能力,而且有利于电网削峰填谷,保障大电网安全稳定运行。大规模新型储能的智慧调控和安全防护是新型电力系统建设过程中的关键支撑,也是构建我国“清洁低碳、安全高效”能源体系的重要基础。     

新型电力系统建设环境下的“西电东送”发展研究

随着新型电力系统建设进程不断深入，“西电东送”作为实现新能源大范围资源优化配置的有效途径，其经营发展迎来了严峻挑战和重要机遇。为此，首先综合我国新型电力系统建设的相关政策和专家观点，对新型电力系统的内涵特征进行系统分析，提出新型电力系统应以新能源为供应主体，以保障电力安全稳定供应为前提，以满足日益增长的电力需求为目标，以智能电网为枢纽平台，以源网荷储互动与多能互补为支撑，并具体提出发电侧、电网侧和负荷侧的内涵特征。进而从主网架形态和规模、电网规划和投资以及跨省区输电价格机制等多个方面，分析新型电力系统的新特点给“西电东送”带来的机遇与挑战。研究得出，应逐步建立和发展适应电力系统发展的主网架形态和电网投资优化策略，结合底层技术保障“西电东送”安全稳定运行，并将原有的、仅由终端用户支付的单一制电量输电价调整为双侧付费的两部制输电价，以期助力新型电力系统建设，促进我国“双碳”目标的加速实现。     

关于新型电力系统部分特点的思考

新型电力系统建设是我国电力行业的重大转型,其需求来源于经济社会发展,其实现依赖于电力系统运行机理的改进。从近10年电力系统的发展历程和阶段性目标分析出发,基于“双碳”目标,对新型电力系统的电源构成、特点及运行模式进行逆向推理和分析,进而分析新运行模式下的部分关键技术需求。指出：为了实现“双碳”目标,电力系统电源构成必须进行巨大调整,特别是在2030年之后;在新型电力系统中,发电侧将以新能源为主体,用户侧将出现大量产销者并呈现大量分布自治的形态,能源互联网将成为新型电力系统的基础支撑,电网调度将主要基于市场化机制实现;新型电力系统的建设在电力电量平衡、系统安全、有源配用电网管控、新能源发电和并网、电力交易和调度等方面迫切需要相关创新技术的支撑。     

新型电力系统安全稳定运行分析

为实现碳达峰、碳中和的目标,需要构建以新能源为主体的新型电力系统。从保障新型电力系统安全稳定运行的角度出发,分析了新型电力系统在能源结构及布局、储能发展及负荷变化等方面的特点,阐述了新型电力系统在安全稳定形态、电力系统稳定控制及调度运行控制等方面面临的挑战,提出应开展新型电力系统频率稳定控制研究,构建区域频率协同及频率紧急控制系统的观点,建立统一调度、分级管理的跨区域和跨电压等级的广域调度控制模式;构建新型电力系统认知体系,充分把握电力系统运行特性;完善电力系统数字化感知能力,建立广域调度技术支持系统;充分挖掘电力系统可调节资源,提升新型电力系统灵活调节能力。     

“新型电力系统下新能源与大负荷特性与控制”特约专栏寄语

正特约专栏寄语为实现2030年碳达峰、2060年碳中和,提出了建设以新能源为主的新型电力系统。大规模新能源并网将会给电力系统安全稳定运行带来新的挑战。云南电网新能源装机已达12000 MW,占比12%,未来还将建设3000 MW光伏、8000 MW风电,新型电力系统特征显现。此外,依托风电、光伏等清洁能源,云南省大力推进水电铝、水电硅产业,大量大负荷集中接入电网,造成对局部电网运行与控制带来新的挑战。本专栏针对新型电力系统建设、大量大负荷的集中并网带来的挑战,从云南电力发展存在的问题入手,探究未来新型电力系统发展可能面临的问题与解决思路,从负荷仿真模型分析大用户接入对电网稳定影响,提出大用户风险防控的措施,为解决新型电力系统发展、大量大负荷集中接入相关问题提供解决思路与方案。     

考虑储能用户与新能源双边交易调峰服务的电力系统联合运营模式

新能源并网规模的不断扩大和并网容量的大规模增加给电网的调节能力和新能源消纳问题带来了严峻的挑战,采用储能系统参与调峰是推进新能源发展的重要手段。为此,提出了综合考虑储能用户满意度和新能源调峰需求的电力系统双边交易联合运营模式和交易模型,以各方综合效益最大为目标,建立新能源侧、电网侧和用户侧的投标和出清模型,其中储能用户与新能源于日前完成双边交易以直接减小电网的调峰服务压力,最终由电网侧的储能消纳剩余新能源出力。算例仿真结果表明,所提运营模式不仅有效地调动了用户主动调峰的积极性,还减小了电网侧储能的调峰压力,在促进新能源发展和保障电力系统稳定运行方面具有重要意义。     

以新能源为主体的新型电力系统网络安全保护技术研究

随着新能源技术的快速发展，新型电力系统已经成为推动能源转型和实现可持续发展的重要手段。然而，在新型电力系统的建设和运行过程中，网络安全问题越来越引起人们的关注。为了保障新型电力系统的安全稳定运行，本文提出了一种面向新能源的新型电力系统网络安全防护研究方案。该方案可以有效地提高新型电力系统的网络安全水平，确保其可靠、安全、高效地运行。未来，还需要继续深入研究新型电力系统的网络安全问题，不断完善和更新网络安全防护措施，为新型电力系统的可持续发展提供有力保障。     

考虑虚拟电厂的电力系统灵活性提升方案研究

双碳目标下能源低碳转型将推动风电、光伏等新能源逐步成为我国供电主体,但是间歇性出力的新能源需要足够的系统调节能力来支撑其稳定供电,这给新型电力系统的灵活性带来了极大挑战。基于京津唐新型电力系统运行需求,首先提出了火电机组灵活性改造、基于虚拟电厂的需求侧响应以及基于柔性负荷的需求侧响应等灵活性提升策略,其次构建了考虑灵活性资源约束、多日协调运行的全时序系统运行模型,最后通过京津唐规划系统进行了实证模拟,实现兼顾运行经济、环保性、效率多维效益的灵活性提升方案筛选,为未来新型电力系统规划建设提供了参考。     

基于合作联盟的电化学储能共享模式研究

随着“双碳”战略的确定,新型电力系统建设已成为“十四五”期间国家重大战略布局的关键环节,而作为灵活性调节资源的储能配套建设将构成电力系统安全稳定运行的重要保障。针对现阶段电源侧储能成本疏导的难点,提出了一种由新能源场站和储能运营商组成的“合作联盟”共享储能方案,储能在满足合作联盟内部新能源场站的调控需求前提下,利用剩余容量参与电网辅助服务,解决了新能源场站建设储能意愿低的基础问题。同时,面向跟踪计划出力与电网二次调频的场景,量化分析了“合作联盟”共享储能相对于新能源自建储能在投资效益、资源利用有效性方面的差异,并提出基于Shapley值的储能容量定价方法,分析了“合作联盟”共享储能模式具备商业上的可行性。结果表明,“合作联盟”共享储能模式提升了储能的资源利用效率,且在收益分配方面更具公平性。     

构网型储能支撑新型电力系统稳定运行研究

建设以新能源为主体的新型电力系统是实现“双碳”目标的关键。由于新能源存在一定波动性,且系统在同步发电机被替代后缺少稳定惯性支撑,易导致系统不能稳定运行,因此构网型储能应运而生。其可代替同步发电机实现对电网支撑,保障系统稳定运行,故在新型电力系统中有广阔的应用前景。基于此,文中首先对构网型和跟网型储能变流器做出对比,为新型电力系统做出选型,通过对两者的比较说明构网型储能技术更适用于新型电力系统;其次,讨论构网型储能在新型电力系统中的定位及在其中的作用;最后从暂态过程、短期动态和长期动态三方面对构网型储能发展进行展望,为未来新型电力系统更好地建设提供思路。     

特约主编寄语

在"双碳"目标的驱动下,中国的新能源装机将持续快速增长,并最终形成以新能源为主体的新型电力系统.新能源的资源特性将会给电力系统的规划和调度运行带来巨大挑战.伴随储能技术进步和新型储能出现,储能的大规模应用是突破新能源发展瓶颈的有效手段之一,在提升电力系统灵活性、促进新能源消纳和保障电网安全等方面具有显著优势.     

面向新型电力系统的江苏省电力市场发展路径研究

“3060双碳”目标提出后,中国的低碳能源事业进入新阶段,需着力推进电力供给侧结构性改革。在“计划加市场”双轨制背景下,亟需考虑未来江苏电力市场机制设计问题。为此,首先分析新型电力系统的特征,构建新型电力系统所面临的挑战与应对措施;然后根据不同类型电源的运行特性、价格优势等差异,研究不同类型电源参与各类市场的优劣势,并立足于江苏电网实际发展现状,提出适用于江苏的多市场种类、多市场主体及多能源市场发展策略;最后从保障新能源持续健康发展、促进“双碳”目标实现出发,展望未来新型电力系统的建设,就多类电源参与市场机制及配套政策提出建议,促进以新能源为主体的新型电力系统建设,助力实现碳达峰、碳中和目标。     

新型电力系统风险评估研究现状及展望

随着高比例新能源的接入,新型电力系统惯量持续下降,动态特性发生变化,电网的安全稳定运行风险日益突出。风险评估能够量化电力系统风险,是电力系统安全分析的必要环节和可靠保障。因此,为了深入探究风险评估在新型电力系统背景下的研究方法,总结归纳了近年国内外有关风险评估的研究成果,重点分析了新型电力系统背景下风险评估的理论研究成果。首先,由于元件级风险建模是电力系统风险评估的基础,依据“源网荷储”模式,从能源侧、电网侧、负荷侧、储能侧4侧风险建模分别展开讨论。其次,以元件级风险建模为基础,从系统级风险分析、风险评估指标体系、风险调控方法 3个方面围绕着风险评估核心算法和计算效率、多层次概率指标体系等进行综述。最后,归纳提出了新型电力系统风险评估存在的关键性问题及其未来可能的研究方向。     

考虑源网荷储协调互动的配电网无功优化

无功电压控制是保障电网安全稳定运行的基础,高比例新能源发电是新型电力系统的主要特征,挖掘新能源发电、储能以及柔性负荷等柔性可控资源的无功电压潜力能有效保障新型电力系统安全稳定运行。文中提出了一种考虑源网荷储互动的配电网无功电压控制方法,从负荷需求侧响应出发基于市场实时电价信息以负荷转移成本和用户购电成本为基础实现价格驱动需求响应的负荷平移策略;利用储能系统协调新能源发电出力和负荷平移规则,构建综合考虑源网荷储互动的配电网无功优化模型。通过调节无功补偿设备、储能充放电策略协调新能源出力,在满足负荷需求侧响应需求的基础上达到系统无功电压的最优控制。通过改进的IEEE33节点系统仿真分析,实验结果表明通过源网荷储的充分互动能够有效提高系统无功电压调节能力,实现配电网安全、经济运行。     

参与新型电力系统需求响应的分布式储能资源管理与策略研究

随着越来越多的光伏、风电、地源热泵等新能源的接入,电网对高比例新能源的安全可靠并网及高效消纳提出了更高要求。储能作为分布式能源重要的能量调节单元,参与新型电力系统的管理、调度、优化作用愈加明显。将参与新型电力系统需求响应的储能作为统一资源进行研究,来解决新型电力系统的需求响应、新能源消纳等问题,以保障电网安全可靠运行。在分析客户侧储能调控策略基础上,提出了一种以能源互联为基础的用户侧分布式储能规模化应用系统,利用网间较为分散的储能资源,希望可以为电力负荷调度的优化以及分布式储能系统运行效率的提升提供相应的参考与借鉴,以实现区域自治的需求响应。通过该研究,可为可再生能源高效消纳提供参考。     

“双碳”目标下宁夏构建新型电力系统的问题与建议

宁夏作为国内首个新能源综合示范区,新能源装机占比2022年底将达到50%,超越煤电成为第一大电源,随之面临新型电力系统建设带来的问题和挑战。围绕能源资源禀赋、电网网架、电力外送、新能源消纳和转型政策5个方面总结宁夏构建新型电力系统的基础与优势,并结合宁夏发展实际,从产业结构、电力供应保障、新能源并网消纳、安全稳定运行4个方面分析新型电力系统构建过程中存在的问题;最后,围绕上述问题提出了加快能源产业结构转型升级,保障电力安全可靠供应,提升新能源并网消纳能力,提高新型电力系统安全防护能力等相关建议,对推动宁夏能源转型发展和新型电力系统建设具有一定的指导意义。     

特约主编寄语

<正>大力发展新能源是实现国家“双碳”战略目标的必由之路。随着新能源和电力电子装备渗透率的不断提高,电力系统的源/网/荷侧电力电子化程度日益加深。新型电力系统惯量支撑力度弱、出力不确定性强、频率调节能力和阻尼特性差,故障场景下系统频率失稳风险显著增大。新型电力系统频率响应相对传统电网呈现三个新特性。首先,其运行方式随机多变,惯量具有时变和空间分布差异特性导致了惯量时空分布差异化,频率响应精确建模难;其次,大量异质化的源/网/荷/储调频资源的引入导致频率动态稳定机理复杂,频率稳定分析难;最后,多元可控资源参与调频急剧增加了控制决策的维度和复杂度,频率稳定控制难。这些新特性给新型电力系统频率稳定分析和控制带来挑战。     

电网侧储能电站收益模式分析

<正>在“双碳”背景下，随着新能源在电力结构中占比的不断提高，电力系统主要矛盾从“缺电”逐渐演变为发用两端的“时空不平衡”。储能可实现能量的短时转移，为电力系统提供优质的调节能力，被认为是新型电力系统中必不可少的要素。本文梳理了国家及宁夏新型储能相关政策，结合国内电网侧储能电站的4种收益模式，重点分析了宁夏电网侧储能电站的收益模式。