中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：7月9-10日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)聯(lián)合江蘇省電機(jī)工程學(xué)會(huì)、國網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院、國網(wǎng)四川綜合能源服務(wù)有限公司、國網(wǎng)浙江綜合能源服務(wù)有限公司、中國能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司、中國科學(xué)院電工研究所儲(chǔ)能技術(shù)組等單位共同主辦的“第五屆全國電網(wǎng)側(cè)暨用戶側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用高層研討會(huì)”在江蘇南通文峰酒店召開。
在本次會(huì)議上，山西電力公司電力科學(xué)研究院樊瑞分享了主題報(bào)告《大規(guī)模風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)配置及提供輔助服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)》?，F(xiàn)在，小編經(jīng)過授權(quán)，將演講內(nèi)容整理如下：
樊瑞：各位領(lǐng)導(dǎo)、專家、同仁，大家好！我是山西電科院的樊瑞，我這次為大家?guī)泶笠?guī)模風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)配置，還有提供輔助服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)方面，山西電科院做的一些研究工作。
首先，我介紹一下我們山西目前風(fēng)電的發(fā)展現(xiàn)狀。山西作為全國的能源大省，隨著能源革命的進(jìn)行，也喊出了我們不當(dāng)煤老大，要爭(zhēng)當(dāng)能源革命排頭兵的口號(hào)，若干的指引性文件和示范性的一些項(xiàng)目也開始落地。
看一下裝機(jī)容量，我們山西省截止2020年底的新能源總裝機(jī)達(dá)到3357萬千瓦，同比增長(zhǎng)了955萬千瓦，在2020年的增長(zhǎng)比較迅速，其中風(fēng)電的占比已經(jīng)超過了2000萬千瓦。大規(guī)模的風(fēng)電入網(wǎng)，風(fēng)電的波動(dòng)性、間歇性，還有反調(diào)性給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來的很大困難。
這是去年某一個(gè)典型月，就是12月份，我們山西冬季的風(fēng)比較大，看一下去年12月份波動(dòng)的情況，分為5分鐘和15分鐘，上面是5分鐘，下面是15分鐘。在5分鐘的情況下，12月5日那天，最大波動(dòng)已經(jīng)達(dá)到47萬千瓦，在當(dāng)天15分鐘波動(dòng)超過70萬，達(dá)到了大概72萬千瓦左右的樣子，這個(gè)給當(dāng)時(shí)電網(wǎng)的調(diào)頻也帶來了一定困難。
除了調(diào)頻還有調(diào)峰方面，風(fēng)電的反調(diào)峰特性特別明顯，這個(gè)也是在去年某個(gè)典型日11月份的情況，在當(dāng)天，山西電網(wǎng)的風(fēng)電最大的逆調(diào)峰的幅度達(dá)到了810萬千萬，給電網(wǎng)調(diào)峰造成了很大壓力。當(dāng)天凌晨低谷的時(shí)候風(fēng)電超過了一千萬千瓦，高峰的時(shí)候只有200多千瓦。
對(duì)于我們這種大規(guī)模風(fēng)電的省份來說，我們急需要儲(chǔ)能的方式和風(fēng)儲(chǔ)進(jìn)行聯(lián)合，形成風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)，來提供平抑風(fēng)電的波動(dòng)，提高我們跟蹤計(jì)劃的精度，必要時(shí)候提供一定的有功無功支撐。
雖然風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)能夠帶來如此大的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)價(jià)值，但是風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)畢竟是一個(gè)新興的系統(tǒng)，對(duì)電網(wǎng)的可靠性，還有運(yùn)行決策、運(yùn)行調(diào)度等方面都帶來一定量的轉(zhuǎn)變。我們現(xiàn)在分析一下風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)可靠性的影響。目前對(duì)于風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)接入電網(wǎng)缺乏一種直觀、量化的評(píng)估手段，現(xiàn)在傳統(tǒng)的可靠性分析方法一般是采用解析法，采用一些可靠性水平指標(biāo)，比如LOLP、EENS等等進(jìn)行的。但是對(duì)于風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)這種規(guī)模比較大，電力電子元件比較多的場(chǎng)景來說，采用仿真算法比較合適。
在風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)入網(wǎng)當(dāng)中，由于儲(chǔ)能的存在，他會(huì)對(duì)原有的電力系統(tǒng)產(chǎn)生額外帶負(fù)荷能力提升，下面的等式，右邊的是代表原有系統(tǒng)，左邊的是代表風(fēng)儲(chǔ)接入之后，R代表可靠性水平指標(biāo)，比方LOLP、EENS，他們之間的差值CR就是風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)能夠額外提供的帶負(fù)荷能力。
首先我們把電網(wǎng)的原始數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)這些輸入進(jìn)去，然后利用風(fēng)速模型產(chǎn)生風(fēng)速序列，采用仿真的方式，我們得到當(dāng)前的常規(guī)機(jī)組、風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，儲(chǔ)能的運(yùn)行狀態(tài)，還有負(fù)荷等等，計(jì)算這個(gè)時(shí)候的可靠性水平，還有和原有不接入風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的可靠性水平進(jìn)行誤差校驗(yàn)，利用弦切法，不斷的更新負(fù)荷水平，直到二者的帶負(fù)荷能力得到一致，我們可以看一下現(xiàn)在的可靠性水平差值。
這個(gè)是用山西大同某一個(gè)風(fēng)電廠做算例仿真的數(shù)據(jù)，直接看左邊的數(shù)據(jù)，上面的紅線是代表不含儲(chǔ)能，就是純粹的風(fēng)電廠，下面是代表風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)，這里確定儲(chǔ)能容量不變，增加風(fēng)電廠容量的變化趨勢(shì)。他現(xiàn)在采用的可靠性指標(biāo)是LOLP電力不足概率，這個(gè)概率越低，證明電力不足概率越低，系統(tǒng)的可靠性水平越高。藍(lán)線普遍低于紅線，也就證明我們風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)加入之后，能夠?qū)﹄娋W(wǎng)可靠性帶來比較不錯(cuò)的改善。但是隨著風(fēng)電廠容量的增加，這種該越來越不明顯。
右邊是代表風(fēng)電廠容量固定，增加儲(chǔ)能容量的變化情況，這里面采用電量不足期望還有剛才的電力不足概率反應(yīng)，這兩個(gè)值都越低證明系統(tǒng)的可靠性水平越高。隨著增大儲(chǔ)能容量，這兩條曲線都是逐漸降低的，就是紅線和藍(lán)線。但是其中大概在儲(chǔ)能超過4萬的時(shí)候，因?yàn)槲遗浔鹊娘L(fēng)場(chǎng)是9萬9，比例大概是40%的時(shí)候，他的提升效果越來越不明顯，所以對(duì)于我們電網(wǎng)來說，從可靠性水平來考慮，儲(chǔ)能并不是越多越好，而是要跟風(fēng)電廠進(jìn)行合理的配比，配置它的容量還有它的運(yùn)行次數(shù)、開機(jī)方式等等，這樣才能達(dá)到更好的可靠性水平。
怎么進(jìn)行優(yōu)化配置？下面介紹一下我們?cè)趦?yōu)化配置方面做的一些工作。
首先我們知道儲(chǔ)能的接入形成風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)，對(duì)電網(wǎng)的電壓有一定的改善，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性，具有很高的改善作用。另外，儲(chǔ)能系統(tǒng)具有很好的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，為了更好體現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)于大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的支撐作用，我們可以從上面三點(diǎn)，比如對(duì)電壓的改善，對(duì)穩(wěn)定性的改善，對(duì)經(jīng)濟(jì)性的改善三者入手建立評(píng)估模型。
首先我們看一下儲(chǔ)能裝在哪，適合安裝的位置，適合安裝的位置。從三個(gè)指標(biāo)可以反應(yīng)我們?cè)诓煌恢茫ㄟ^三個(gè)指標(biāo)的變化看一看反應(yīng)的效果。這個(gè)是建立的綜合性指標(biāo)，經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)包括內(nèi)部收益率、投資收益率，環(huán)保性指標(biāo)包括污染物的治理成本，可靠性采用的還是EENS指標(biāo)。在并網(wǎng)性方面，考慮電壓偏移，網(wǎng)損，還有平抑波動(dòng)等等效果。
下面采用的最優(yōu)計(jì)算，這個(gè)就不贅述了，這個(gè)計(jì)算出來各個(gè)時(shí)刻風(fēng)電的最優(yōu)出力，我們通過在儲(chǔ)能安置在電網(wǎng)不同節(jié)點(diǎn)來看一下指標(biāo)的變化，在IEEE的30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中，我們做了一個(gè)算例。分別在節(jié)點(diǎn)2、8、18三個(gè)地方加裝儲(chǔ)能。
我們可以看到在節(jié)點(diǎn)8的時(shí)候，這個(gè)藍(lán)線代表不加儲(chǔ)能，紅線代表風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)加儲(chǔ)能之后的效果，在節(jié)點(diǎn)8的效果并不明顯，二者其實(shí)是接近重合的。但是在節(jié)點(diǎn)2和節(jié)點(diǎn)13，就是最左邊和最右邊這兩幅圖，紅線的波動(dòng)明顯小于藍(lán)線的波動(dòng)，儲(chǔ)能接入以后對(duì)平抑風(fēng)電波動(dòng)指標(biāo)具有很好的作用。
進(jìn)一步的分析，經(jīng)過上面綜合指標(biāo)的評(píng)判，我們對(duì)2、8、13這三個(gè)節(jié)點(diǎn)的性能指標(biāo)進(jìn)行評(píng)判，2、8、13的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)出來分別0.025、0.0246和0.023，這個(gè)指標(biāo)越小證明具有更低的網(wǎng)損，更低的電壓偏移。在13節(jié)點(diǎn)，他其實(shí)是最低的，綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)最優(yōu)，適合安裝在13節(jié)點(diǎn)處。而且根據(jù)上面這幅圖可以判斷出來，13在平抑風(fēng)電波動(dòng)方面比較適合，所以適合安裝的位置已經(jīng)可以確定出來，是13節(jié)點(diǎn)。
接下來是儲(chǔ)能安多少。從調(diào)頻和調(diào)峰兩方面進(jìn)行分析，在調(diào)頻方面，我們同樣建立了優(yōu)化模型，它的目標(biāo)函數(shù)包括風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)調(diào)頻輔助服務(wù)的質(zhì)量，投標(biāo)容量，平抑波動(dòng)還有一些環(huán)境效益。另外需要考慮風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的功率運(yùn)行約束，儲(chǔ)能的充放電約束。采用我們山西忻州的風(fēng)電廠進(jìn)行分析，這個(gè)是用了一年的數(shù)據(jù)，但是一年的數(shù)據(jù)比較多，風(fēng)電的變化特性也都有不同，所以我們采用聚類方式把一年的方式最后聚合成四個(gè)場(chǎng)景，縮減為四類進(jìn)行計(jì)算。
紅線代表計(jì)劃出力，藍(lán)線代表實(shí)際平抑，計(jì)算得到這種情況下，我最優(yōu)儲(chǔ)能配置功率是15兆瓦。可以看一下左邊的圖，藍(lán)線代表計(jì)劃平抑，黑線代表實(shí)際平抑，在1、4這些圖里面，藍(lán)線和黑線都是重合的，證明儲(chǔ)能可以很好的跟蹤。但是可以看一下場(chǎng)景3，在大概下午5點(diǎn)到晚上12點(diǎn)之間產(chǎn)生一定的偏差，這是因?yàn)檫@個(gè)時(shí)間段儲(chǔ)能承擔(dān)了一部分電網(wǎng)調(diào)度調(diào)頻指令的一些變化，所以和計(jì)劃的曲線產(chǎn)生了一定的差額，但是經(jīng)過優(yōu)化計(jì)算，這個(gè)其實(shí)是最優(yōu)的運(yùn)行方式。
分析一下成本效益方面，上面是我加裝儲(chǔ)能，下面是沒有安裝儲(chǔ)能，加裝儲(chǔ)能之后，綜合效益可以提升年化的收益約為339.9萬元，對(duì)于投資者來說，經(jīng)過計(jì)算，可以在6年后收回成本。下面看一下調(diào)頻輔助服務(wù)效果，在一年內(nèi)，調(diào)頻輔助服務(wù)可以提供1.2-3.9兆瓦不等的調(diào)頻容量。另外可以提供的跟蹤計(jì)劃出力精度均達(dá)到95%以上，95%還是最低的，此外還能獲得很好的環(huán)境收益。
下面看一下調(diào)頻輔助服務(wù)方面，這個(gè)同樣也是建立優(yōu)化模型，目標(biāo)函數(shù)我考慮他的一些負(fù)荷的平滑度，還有棄風(fēng)電量最小。對(duì)于約束條件方面，同樣也是考慮風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的功率平衡約束和儲(chǔ)能充放電約束，同樣針對(duì)四個(gè)不同的場(chǎng)景進(jìn)行計(jì)算，這里面就不說太多了。最后我們計(jì)算出來最優(yōu)的配置容量是30.76兆瓦時(shí)，最優(yōu)的功率是21兆瓦。我們直接看右邊這幾幅圖，黑線是代表加裝儲(chǔ)能之前的，調(diào)峰之前的，紅線是代表調(diào)峰之后的。黑線和紅線在峰值和谷值方面，紅線都有較大的改善。我們儲(chǔ)能能夠?qū)φ{(diào)峰提供很好的服務(wù)效果。
看一下具體效果值，這兩張表上面是沒有加裝儲(chǔ)能之后的，下面是加裝儲(chǔ)能之后的。對(duì)于四個(gè)場(chǎng)景來說，它的功率偏差提高了大約50%左右。比如場(chǎng)景一從12變到6，場(chǎng)景二從13.7變到7.4，差不多是50%。對(duì)于棄風(fēng)電量得到了非常高的改善。另外，碳排放量也得到大幅的削減，能夠得到較好的環(huán)境收益。
提供了調(diào)峰，調(diào)頻這些服務(wù)，我們?cè)鯓訉?duì)它進(jìn)行一個(gè)評(píng)價(jià)呢？這個(gè)風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)到底好不好？下面介紹一下風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)提供輔助服務(wù)的一些綜合評(píng)價(jià)方法。首先要建立一個(gè)評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，我們知道風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)接入電網(wǎng)之后，會(huì)對(duì)電網(wǎng)的系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)帶來很大的提升，很大的改善。對(duì)于電能質(zhì)量，電網(wǎng)的可調(diào)度性，接納能力等等都有很大的提高。
除了這些，我們還要考慮經(jīng)濟(jì)性，環(huán)境效益。此外，因?yàn)轱L(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)在全國都屬于比較新興的產(chǎn)業(yè)，都屬于比較示范性的項(xiàng)目。對(duì)于這種示范性項(xiàng)目而言，我們還需要考慮它的產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)，創(chuàng)新性示范效果方面。從示范效果、運(yùn)行效果、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益這四個(gè)方面建立一個(gè)綜合的總體評(píng)價(jià)指標(biāo)。
我們采用雷達(dá)圖的方式來直觀展示一下。這里面是采用的現(xiàn)實(shí)的算例，在這個(gè)項(xiàng)目一期裝機(jī)容量風(fēng)電是14萬，儲(chǔ)能裝了2萬。二期計(jì)劃，還沒有上，計(jì)劃安裝風(fēng)電56萬，儲(chǔ)能增長(zhǎng)到4萬。在這個(gè)雷達(dá)圖里，紅線代表二期，一期是藍(lán)線，一期普遍是包裹于紅線當(dāng)中的，證明二期具有更好的效果。一期缺額在左下角的這幾個(gè)指標(biāo)，分別是新能源的接納能力，收益率等等。二期從這幾個(gè)方面入手，改善了這個(gè)現(xiàn)象。通過綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，也可以得到我這個(gè)項(xiàng)目現(xiàn)在缺失在哪，我應(yīng)該從什么方面來補(bǔ)足。通過這種直觀展示的方式，指導(dǎo)我該從哪里入手。
最后，我對(duì)風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)做一個(gè)總結(jié)：
從綜合效益方面，風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)能夠提供輔助服務(wù)，提高可再生能源的滲透率，減少高峰負(fù)荷，對(duì)應(yīng)的電網(wǎng)投資浪費(fèi)。風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)參與輔助服務(wù)市場(chǎng)成為解決棄風(fēng)限電、投資浪費(fèi)等問題的關(guān)鍵性考慮。
從調(diào)頻輔助服務(wù)，因?yàn)殡姵貎?chǔ)能具備優(yōu)異的控制性能，可以用于功率頻率的控制，實(shí)現(xiàn)快速的頻率控制，對(duì)電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性做很好的支撐。同時(shí)，能夠支撐AGC的功能。
從調(diào)峰輔助服務(wù)方面，風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)能夠在電網(wǎng)負(fù)荷低谷和高峰時(shí)段都提供調(diào)峰的效果，配合電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)峰，能夠減輕電網(wǎng)機(jī)組火電當(dāng)中的調(diào)峰壓力，減少棄風(fēng)這些效果。
我的匯報(bào)就到此結(jié)束，請(qǐng)各位領(lǐng)導(dǎo)、專家多多批評(píng)指正。我希望隨著我們共同的努力，能夠助力儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)更快，更可持續(xù)的發(fā)展。謝謝大家！
