中國儲能網(wǎng)訊：
01
研究背景
截至2024年底，我國新能源裝機已突破14億kW大關，風光波動性與系統(tǒng)靈活性不足的矛盾日益突出，電力系統(tǒng)面臨“保供電”與“促消納”的雙重挑戰(zhàn)。儲能(本文主要指新型儲能)作為“能量調節(jié)器”成為破局關鍵，但在電力電量平衡中的作用機理及配置策略仍缺乏系統(tǒng)性分析，行業(yè)亟需回答相關的核心問題。為此，本文依托中國電科院自主研發(fā)的新能源電力系統(tǒng)規(guī)劃配置軟件，深入探索儲能在“碳達峰、碳中和”場景下的優(yōu)化潛力，為新型電力系統(tǒng)中新型儲能的規(guī)劃建設提供科學依據(jù)。
02
主要內容及創(chuàng)新點
1）技術突破：基于8760h全局優(yōu)化與深度強化學習的規(guī)劃技術。
中國電科院新能源研究所依托新能源電力系統(tǒng)生產模擬平臺(REPS)，自主研發(fā)了新能源電力系統(tǒng)規(guī)劃與配置軟件，融合數(shù)學優(yōu)化與深度學習算法，實現(xiàn)了8760h全局快速優(yōu)化規(guī)劃計算，具備風、光、常規(guī)電源(火電)、儲能、可調節(jié)負荷以及輸電線路容量協(xié)同優(yōu)化配置等功能。在性能方面，可將省級電網(wǎng)規(guī)劃計算時間壓縮至1h內，誤差控制在1%以內，為“雙碳”目標下的電力系統(tǒng)規(guī)劃提供了科學有效的計算工具。
依托該軟件，團隊圍繞儲能促進新能源消納、儲能優(yōu)化火電裝機及運行、儲能優(yōu)化交/直流聯(lián)絡線等場景開展計算分析，揭示了儲能在電力電量平衡中的作用機理，并分析了儲能配置時長規(guī)律與運行特性等。
新能源電力系統(tǒng)規(guī)劃與配置軟件見圖1。
圖1 新能源電力系統(tǒng)規(guī)劃與配置軟件
2）儲能如何促進新能源消納？
隨著新能源裝機占比的持續(xù)增加，新能源利用率持續(xù)下降，合理優(yōu)化配置儲能是提升新能源利用率的重要手段。研究發(fā)現(xiàn)：儲能配置規(guī)模取決于儲能與新能源成本的比值、新能源理論發(fā)電小時數(shù)、新能源發(fā)電量占比。儲能與新能源成本比值越小、新能源理論發(fā)電小時數(shù)越小、新能源發(fā)電量占比越低，儲能配置規(guī)模越大(圖2和圖3)。但隨著儲能配置規(guī)模的增加，減少1kW新能源裝機所需的儲能容量逐漸增大，即增配儲能的作用呈邊際遞減效應(圖4)。
圖2 不同成本比值下儲能配置容量
圖3 不同新能源電量占比下儲能配置容量
圖4 儲能作用邊際遞減效應
3）儲能如何優(yōu)化火電裝機與運行？
儲能成本與常規(guī)電源成本比值越小、新能源發(fā)電量占比越高，儲能配置規(guī)模越大，即可減少或替代的常規(guī)電源裝機規(guī)模越大(圖5)。減少1kw常規(guī)電源需要的儲能容量在3~7kW左右，隨著常規(guī)電源裝機的減少，儲能的優(yōu)化作用越來越弱(圖6)?；痣娔昀眯r數(shù)隨著儲能規(guī)模的增加而增加，當火電減少的裝機規(guī)模占最大負荷比例超過15%時，年利用小時數(shù)可提升1000h以上(圖7)。
圖5 不同成本比值下常規(guī)電源裝機減少的規(guī)模
圖6 減少1kW常規(guī)電源裝機需要的儲能容量
圖7 常規(guī)電源在不同裝機減少規(guī)模下的年利用小時數(shù)
儲能優(yōu)化常規(guī)電源裝機主要體現(xiàn)在兩方面：一是負荷高峰時段放電增加頂峰能力(圖8)；二是充電后提供系統(tǒng)旋轉備用(圖9)。通過雙重作用減少火電開機需求。
圖8 典型周系統(tǒng)功率平衡結果
圖9 典型周系統(tǒng)備用供需結果
4）儲能如何降低輸電線路容量需求？
①儲能對網(wǎng)內輸電線路的優(yōu)化作用。新能源發(fā)電量占比較低時，儲能集中配置在新能源側平抑新能源出力波動；新能源發(fā)電量占比較高時，儲能優(yōu)先配置在負荷側進行削峰填谷，且隨著儲能單位造價降低，新能源側的儲能配置規(guī)模隨之增加；常規(guī)電源側無需配置儲能。(圖10)
(a)新能源發(fā)電量占比25%
(b)新能源發(fā)電量占比50%
圖10 儲能對網(wǎng)內輸電線路優(yōu)化作用的容量配置結果
②儲能對基地外送直流線路的優(yōu)化作用。新能源發(fā)電量占比較低時，儲能主要配置在受端，降低負荷峰谷差；新能源發(fā)電量占比較高時，儲能主要配置在送端，平抑新能源波動的同時促進新能源消納(圖11)。
(a)新能源電量占比25%
(b)新能源電量占比50%
圖11 儲能對基地外送直流優(yōu)化作用的容量配置結果
5）新型電力系統(tǒng)下儲能的運行特性。
①儲能充電集中在負荷低谷疊加新能源大發(fā)時段，放電集中在負荷晚高峰和光伏出力爬升/爬降時段(圖12)。
②儲能深度充放電(接近滿容量狀態(tài))占比不足兩成，而半容量以下的淺層充放電操作占據(jù)主導地位(圖13)。
圖12 儲能充放電時段概率分布圖
圖13 儲能充放電SOC概率分布圖
03
研究結果及結論
1）儲能在新型電力系統(tǒng)中的作用：減少常規(guī)電源裝機>減少新能源裝機(消納棄風棄光)>減少輸電線路，因此儲能主要用于優(yōu)化新型電力系統(tǒng)的電源結構。
2）單位容量成本和新能源發(fā)電量占比是影響儲能配置規(guī)模的重要因素，儲能自身有明顯的內卷效應：儲能配置容量越大，效益越差。
3）風/光常規(guī)出力場景下，儲能配置時長普遍為4~9h，9h以內儲能可滿足大部分場景需求，儲能年平均循環(huán)次小于200。
04
后續(xù)研究方向或討論話題
本文研究結論適用于風/光典型代表年出力場景，后續(xù)將針對新能源長時間間歇等小概率極端場景，開展儲能等多種靈活調節(jié)資源配置的研究。
