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黃浪:基于電力平衡需求儲能的解決方案

作者:中國儲能網(wǎng)新聞中心 來源:數(shù)字儲能網(wǎng) 發(fā)布時間:2019-08-14 瀏覽:

中國儲能網(wǎng)訊:8月9—10日,由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會聯(lián)合中國電力工程顧問集團西北電力設(shè)計院有限公司、西安北大科技園、中國科學(xué)院電工研究所儲能技術(shù)組、深圳市科陸電子科技股份有限公司等單位聯(lián)合主辦“第二屆全國發(fā)電側(cè)儲能技術(shù)與應(yīng)用高層研討會”在陜西西安金磐酒店舉行。來自政府主管部門、能源監(jiān)管部門、行業(yè)專家、設(shè)計院、新能源發(fā)電業(yè)主單位、電力公司、系統(tǒng)集成商、項目承包商、投融資機構(gòu)等單位的260余位嘉賓出席了本次研討會。  

主辦方邀請到特變電工西安電氣科技有限公司黃浪博士就“基于電力平衡需求儲能的解決方案”做主題報告,以下為其報告主要內(nèi)容。

黃浪

非常感謝主辦方給我這個機會,和業(yè)界專家一起探討并推動儲能產(chǎn)業(yè)向良性方向發(fā)展。我今天代表特變電工匯報一下,站在電力系統(tǒng)角度思考產(chǎn)品定義及解決方案。我今天匯報題目是《基于電力平衡需求儲能的解決方案》,主要內(nèi)容是從電力系統(tǒng)的實時平衡需求通過儲能柔性解決方案及泛儲能解決方案,實現(xiàn)多種盈利模式疊加,提升經(jīng)濟價值,降低投資風(fēng)險。

大家都知道電力系統(tǒng)是非常復(fù)雜的系統(tǒng),但是它的原理很簡單,它的生產(chǎn)和使用必須要平衡。實際上電力系統(tǒng)本來是不平衡的,特別是新能源發(fā)電出來以后,本身有一些波動,還有電網(wǎng)計劃性檢修,加上符合側(cè)本來是剛性的,電力系統(tǒng)有高波動的特點,但是電力系統(tǒng)需要平衡,這是電力系統(tǒng)的矛盾。

會議現(xiàn)場

隨著現(xiàn)在新能源的發(fā)展,和新能源全面平價上網(wǎng),更多關(guān)注點從以前政策到技術(shù)迭代,到現(xiàn)在更多關(guān)注電力系統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)變化。這也是國際能源署對可再生能源做的評估, 2050年可再生能源達到86%,其中風(fēng)光占主要的規(guī)模。

整個發(fā)電系統(tǒng)因為呈現(xiàn)新能源高滲透率、發(fā)電有強隨機性、高波動性、低慣性,會導(dǎo)致源-荷不匹配度。中國能源結(jié)構(gòu)有一些區(qū)別,黃色部分是靈活性電源裝機規(guī)模,只占到3.9%。西班牙、德國、美國靈活性電源裝接超過30%,結(jié)果導(dǎo)致它對新能源的消納負荷剛性容納能力比中國電網(wǎng)更加友好一點。但是現(xiàn)在新能源大規(guī)模發(fā)展,電力系統(tǒng)平衡挑戰(zhàn)會逐漸的顯現(xiàn)出來。以前也是源-荷不匹配,為什么現(xiàn)在要討論儲能?現(xiàn)在新能源規(guī)模和能源結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。

電力系統(tǒng)儲能從不同的時間、尺度解決源-荷不匹配的問題,不管你是發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)還是解決電力系統(tǒng)的問題,有一些具體的技術(shù)需求導(dǎo)致我們有不同的解決方案,為了平衡要做一次調(diào)頻和二次調(diào)頻,減少風(fēng)光的波動,要延緩斷面的阻礙,要延緩擴容,要做一些能量搬移,不同的應(yīng)用場景有不同的盈利模式。站在電力系統(tǒng)角度,某個項目里面有多個盈利模式疊加,可以減少效率投資的風(fēng)險,增加儲能的收益性。

因為現(xiàn)在儲能技術(shù)路線比較多,有物理形式、化學(xué)形式、熱等等,目前抽蓄是最高的,也比較符合發(fā)電側(cè),鋰電池技術(shù)區(qū)趨于完善,在發(fā)電側(cè)和用電系統(tǒng)各個角度做很好的適應(yīng),也是在明年、后年具備商業(yè)化的應(yīng)用價值。

到底哪一些地方需要儲能?在電力系統(tǒng)的角度分析全國31個省直轄市電網(wǎng)裝機規(guī)模,還有總裝機、活躍裝機,跟水、風(fēng)、光電量缺額,從平衡角度看哪一些地方需要儲能。這個是裝機規(guī)模比較大的省域電網(wǎng)和有特點的電網(wǎng),像北京裝機規(guī)模小,電價峰谷差價大。發(fā)電側(cè)有兩種細分市場:一個是火電技術(shù)調(diào)頻,儲能核心價值是解決電力系統(tǒng)的不平衡,要解決不平衡有一個核心訴求就是快、準(zhǔn)、狠,如果想要快,控制精度要高。狠的話調(diào)節(jié)深度該來一定要來,和火電機組聯(lián)合調(diào)頻可以快速響應(yīng)高分子精度和調(diào)節(jié)深度提升火電技術(shù)的KP值,然后獲得收益。從裝機規(guī)模來看,火電裝機規(guī)模和新能源滲透率來看,山東、內(nèi)蒙、陜西、安徽,裝機規(guī)模最大的山東也是比較好的市場。新能源減少預(yù)測的不準(zhǔn)確度,這樣可以看到新能源裝機規(guī)模比較大的新疆、河北、甘肅、寧夏。電網(wǎng)側(cè),因為現(xiàn)在儲能沒有進入輸配電價的成本,商業(yè)模式現(xiàn)在不是很清晰,但是規(guī)模比較大,特別火電裝機規(guī)模比較大的地方需要通過加裝儲能提高系統(tǒng)的靈活性。

基于前面背景的分析,特變電工一直在探索儲能系統(tǒng)柔性解決方案。儲能一定要解決不平衡,解決電力系統(tǒng)的剛性問題,所以提出了儲能系統(tǒng)的柔性解決方案。主要用于調(diào)頻,要快、準(zhǔn)、狠。從調(diào)節(jié)范圍和調(diào)節(jié)速度來看,經(jīng)常是傳統(tǒng)火電站的上千倍,范圍也比較大,遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)的變電站,傳統(tǒng)變電站是同步機進行電力系統(tǒng)。

另外一個是在發(fā)電側(cè),剛才做了比較充分的介紹,我不在詳細講了。我特別提一點,交流匯集也可以在低壓側(cè)匯集,也可以減少損耗,提高系統(tǒng)效率的方案。剛才做電網(wǎng)側(cè)和發(fā)電側(cè)做了一個分析,到底我們怎么去解決這個不平衡?電力系統(tǒng)功率不平衡通過頻率偏差來反應(yīng)的。但是頻率偏差了以后,我們到底需要吸收或者提供多少電解決這個平衡,可以簡單通過高中物理學(xué)動能方式可以看到,電力系統(tǒng)有一個類似于慣量的特點,慣量是反應(yīng)能量和頻率的關(guān)系,想要有多少給你供,而且是可控的,不像風(fēng)電或者光伏是不可控的電源,它是靈活性的電能,實際上平均控制器,能夠反應(yīng)頻率偏差和能量需求關(guān)系,做儲能系統(tǒng)柔性的解決方案。

特變電工儲能系統(tǒng)柔性解決方案核心是儲能變流器,具備一次調(diào)頻,多機并聯(lián),二次調(diào)頻調(diào)壓,不同角度保持電力系統(tǒng)平衡的需求。 通過軟件形式模擬同步機機械的特性,比如虛擬攻角、虛擬慣量等等,更加輔助電力系統(tǒng)的平衡。我們對比了一下虛擬同步機的區(qū)別,不管在階躍響應(yīng),可以延緩電力系統(tǒng)的變化,提升電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

下面是特變電工自主研發(fā)的協(xié)調(diào)控制器,通過軟件形式實現(xiàn)電力系統(tǒng)的平衡,可以廣電用于發(fā)電側(cè)、用戶側(cè)和電網(wǎng)側(cè),我們從這個角度思考定義產(chǎn)品,我們產(chǎn)品的通用性比較強。基于人工算法做一些功率預(yù)測,在電網(wǎng)側(cè)提升穩(wěn)定性,在用戶側(cè)需求響應(yīng)政策減少容量,這些是通用的。

因為特變電工主要做設(shè)備制造業(yè),在集裝箱這一塊比較完善的技術(shù)團隊。我們可以通過集成能量管理系統(tǒng),加協(xié)調(diào)控制器和儲能變流器,和合作伙伴進行電池管理,提供一個集裝箱的解決方案,不同場景可以提高收益,既可以用在用戶側(cè)節(jié)省容量,也可以用在發(fā)電側(cè)解決棄光的電壓差,減少考核服務(wù)帶來的費用。

剛才說了傳統(tǒng)的儲能解決方案,我們是站在電力系統(tǒng)平衡需求角度思考儲能到底怎么做,目前儲能成本比較高,盈利模式和商業(yè)模式不太成熟,我們會去疊加各種運營模式,促進儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。如果我站在電力系統(tǒng)平衡需求角度思考,我們會用很多方式解決電力系統(tǒng)不平衡。我們提出了泛儲能的解決方案。

特變電工可以通過建設(shè)這樣的聯(lián)網(wǎng)協(xié)調(diào)微網(wǎng),微網(wǎng)和大聯(lián)網(wǎng)之間是唯一的并網(wǎng)點,只有一個聯(lián)絡(luò)線,我控制聯(lián)絡(luò)線的功率,比如電力系統(tǒng)需要這個時候充電或者需要放電,從那個點看,不管下面建設(shè)什么東西,對你來說是一個黑盒子,可以解決電力系統(tǒng)的不平衡。通過建設(shè)這樣的光儲和光儲需求側(cè)的響應(yīng),加上管理系統(tǒng),解決了從用戶測或者從發(fā)電測都可以解決電力系統(tǒng)不平衡的問題。

特變電工進行自主研發(fā)的電能路由器,構(gòu)建源-網(wǎng)-荷-儲協(xié)調(diào)型微網(wǎng),電能路由器下面可以接入光伏儲能、風(fēng)電裝,大聯(lián)網(wǎng)35千伏,接入這樣的聯(lián)絡(luò)點,通過控制聯(lián)絡(luò)點功率,達到儲能的特點。一是可以賺取峰谷電價差。另外可以做一些基本容量的需求響應(yīng),節(jié)省一些基本容量費,另外可以減少光伏的比例,節(jié)省收益??梢辕B加各種模式,可以減少投資風(fēng)險。這是我們做的實驗,聯(lián)絡(luò)線功率是可控的,藍色是原有的曲線,黃色是我對這個聯(lián)絡(luò)線的體現(xiàn)。紅色線是實際跟蹤的情況,聯(lián)絡(luò)性功率可以實時可控的,因為我通過能量系統(tǒng),加上需求響應(yīng)是一個疊加,另外也可以通過電價提升基本價格。

這是特變電工自主研發(fā)的能量管理系統(tǒng),可以做發(fā)電和用電功率預(yù)測,包括日前和四小時的,預(yù)測?;谶@個預(yù)測,我們剛才說到要實現(xiàn)聯(lián)絡(luò)線的功率控制,根據(jù)電價政策進行聯(lián)絡(luò)線的響應(yīng)。只要我在響應(yīng)互動服務(wù)設(shè)立響應(yīng)目標(biāo),就可以實現(xiàn)聯(lián)絡(luò)線的功率控制。

特變電工能量管理系統(tǒng)其中核心技術(shù)就是用幾種算法,第一個用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提高預(yù)測精度,目前第一代是85%,第二代達到了90%。這個是優(yōu)化調(diào)度軟件來實現(xiàn)需求響應(yīng),這個也是根據(jù)調(diào)度曲線和電價政策做光伏、儲能等等,大家聯(lián)絡(luò)線控制的目標(biāo)。

另外一個核心是電能路由器,2005年開始研發(fā),目前可以做到2000瓦到2兆瓦,從兩端口到四端口,現(xiàn)在研發(fā)6端口等等一系列產(chǎn)品。模塊化實現(xiàn)智能冗余技術(shù),這樣可以提高設(shè)備可靠性,可以在線投入冗余模塊系統(tǒng)可靠性。另外一個是高效率,效率直接影響系統(tǒng)成本,把效率提高了,降低損耗。我們這個行業(yè)兩大核心:一定要可靠和高效,實現(xiàn)高效產(chǎn)生碳化硅高效率產(chǎn)品。

這是珠海首批能源互聯(lián)網(wǎng)+示范工程里面實現(xiàn)了直流微網(wǎng)的應(yīng)用,通過2兆瓦,三端口路由器,接入光伏、儲能和充電裝,這是完全可控靈活的儲能,這是一個雙向可控的功率響應(yīng)。在東莞交直流混合微電網(wǎng),接入光伏、儲能、充電裝,還有其他光熱去給它送電。 在特變電工西安產(chǎn)業(yè)園也建設(shè)了2兆瓦的微網(wǎng)工程,2兆瓦光伏、1兆瓦時的儲能電池+960千瓦的充電裝,它是完全可控的,歡迎各位專家領(lǐng)導(dǎo)去參觀一下,謝謝各位。

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