储能在电力系统的应用及现状解析

2018-12-17 09:10:02
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近年来,随着储能技术经济性的不断提升,储能在可再生能源发电、智能电网、能源互联网建设中的作用日益凸显,我国也相继出台政策鼓励储能技术的建设与应用。根据接入方式及应用场景的不同,储能系统的应用主要包含集中式与分布式两种形式。集中式应用的储能系统一般在同一并网点集中接入,目前,在大规模可再生能源发电并网、电网辅助服务等方面主要采用此形式,具有功率大(数兆瓦到百兆瓦级)、持续放电时间长(分钟级至小时级)等特点。分布式应用的储能系统接入位置灵活,目前多在中低压配电网、分布式发电及微电网、用户侧应用。分布式储能的功率、容量的规模相对较小。

1分布式储能在电力系统的应用场景

1.1削峰填谷

近年来,电网负荷峰谷差日益增大,可再生能源发电在电网渗透率的不断提高又进一步导致电网调峰压力增大。利用储能装置在负荷高峰时期放电,负荷低谷时期从电网充电,减少高峰负荷需求,节省用电费用,从而达到改善负荷特性、参与系统调峰的目的。通过实施削峰填谷,可以提高电力系统设备的利用率并且延缓或减少发-输-配电环节设备的扩容与升级。

根据实施主体的不同,储能系统进行削峰填谷的目标也有差异:①当储能系统实施主体为电网时,从电网调峰角度考虑,为减少常规发电机组的开停机次数以及旋转备用的容量,储能系统削峰填谷的目标应为负荷波动小、峰谷差小。②当储能系统实施主体为用户或者第三方投资方时,储能系统削峰填谷的目标则变为节省电费、最大限度套利。目前的储能系统削峰填谷控制策略多以负荷波动最小为目标函数,并辅助经济性分析,从而实现储能系统充放电的优化管理。

1.2提高供电可靠性和电能质量

为防止电力系统的重要用户在电网故障或停电时的经济损失,通过配置一定容量的储能系统作为应急电源或不间断电源,可有效提高供电可靠性。另外,储能系统可实现高效快速地有功和无功控制,快速响应系统扰动,调整频率与电压,补偿负荷波动,提高系统运行稳定性,改善电能质量。

1.3调频

储能系统尤其是电池储能技术具备响应速度快、双向调节能力等优点,比传统的调频手段更加高效。但由于储能系统经济性的制约,电池储能系统的容量比传统调频电源小,因此储能系统参与系统调频一般是与传统的调频电源进行组合使用。在储能参与系统一次调频方面,有文献对储能系统辅助常规机组进行一次调频的控制策略进行了研究,主要使用了改进下垂控制方法。储能系统也可与风电联合提高风电机组的一次调频能力,。此种模式下,也会相应减小风电场弃风量。在储能参与系统二次调频方面,针对传统调频中,火电机组响应速度慢、机组爬坡速率低等问题,主要从储能系统辅助调频的角度,提出了基于模糊控制、遗传算法、灵敏度分析的储能系统参与调频控制方法,从而改善电网调频性能。

1.4分布式可再生能源消纳

分布式风电、光伏等可再生能源发电的随机性、波动性特点将会对其接入的配电网运行控制产生冲击。储能系统可平滑分布式风光发电的有功功率波动、改善电能质量、提高跟踪计划出力的能力,从而减小分布式风光发电对电网的冲击,促进电网接纳高渗透率分布式可再生能源发电的能力。目前,储能系统提高集中式大规模可再生能能源发电方面,主要开展了平滑风光出力波动、跟踪计划等方面的控制技术研究,成果较多。分布式可再生能源发电由于接入位置、利用方式与集中式发电不同,因此控制需求也有差异,这方面的研究目前刚处于起步阶段。

2分布式储能系统配置技术

储能系统在微电网、配电侧、用户侧的分布式应用已通过理论及实践验证了可行性。现阶段,储能成本相对较高,储能的经济性问题仍是制约其大规模商业化应用的重要因素。但若考虑储能系统的附加价值,从技术指标、经济效益、社会效益方面综合分析评估,对储能系统进行优化配置,并对储能系统的运行策略进行优化,将会有力促进分布式储能的应用。储能技术是微电网的重要组成部分,近年来微电网的理论与实践成果较多,储能配置技术的研究也比较成熟。一般以微电网内部的功率平衡、分布式可再生能源发电利用率以及微电网可靠性等技术指标以及系统经济性作为优化目标函数,采用优化算法求解得出储能容量配置方案。

3分布式储能系统的应用案例

分布式储能在电力系统的应用取决于储能技术特征与应用场景需求的对应性。不同的应用场景对分布式储能系统功率、能量方面的技术需求存在差异。对比目前几种类型的储能技术,除抽水蓄能电站由于受地理条件的限制无法以分布式储能的形式灵活应用之外,其余类型储能技术,如电化学储能、超级电容器储能、超导储能、压缩空气等均有进行分布式应用的潜力。储能在分布式发电以及微电网中的示范项目数量较多。据CNESA统计,不考虑抽水蓄能和储热项目,截至2016年,应用于分布式发电及微电网领域储能系统装机量占全部装机的比例为57%。而在配电网侧、用户侧的应用还比较少。储能在微电网中应用主要体现在提供应急电源、提高分布式电源接入能力、改善电能质量、联络线功率控制等方面。以城市微电网-新能源产业基地八达岭新能源孵化器智能微电网项目为例,介绍储能系统在其中应用情况。该微电网包括开闭所、配电室、建筑能源小屋、光伏车棚能源小屋,总计29个子微电网,组成三级微电网群,其中光伏2MW、风电60kW和储能系统2.5MW,储能系统由全钒液流电池、锂离子电池、超级电容器3种类型电池组成。储能系统主要用于平衡分布式电源及负荷突变、提升分布式风光发电的稳定性。储能系统在配电侧应用主要以削峰填谷、提高分布式电源接纳能力、改善电压质量、提高设备利用率等为主。国内储能在配电网侧的应用较早且比较大的储能电站是深圳宝清电池储能电站。

4分布式储能系统的前景及关键技术

随着储能系统尤其是电池储能技术经济性的不断提高,必将推动分布式储能系统的推广应用。目前的技术储备尚不能支撑大量的分布式储能系统接入电网的应用,分布式储能系统在电网的应用还有很大的研究需求。(1)分布式储能提高分布式风光可再生能源并网消纳技术研究。从分布式风光发电引起的配电网电能质量改善、调峰等需求为切入点,开展分布式储能容量配置、经济性分析以及控制技术的研究,通过两者联合,提高配电网的运行水平。(2)分布式储能系统在电网的统一调度管理技术研究。电网中接入的分布式储能系统数量达到一定规模时,对分布式储能系统进行有序的调度管理,使其不仅满足就地的功能,同时还能通过统一的协调控制满足电网级的应用,最大限度发挥分布式储能系统的作用。(3)储能系统分布式应用的优化配置及经济性分析技术研究。目前的分布式储能优化配置多是针对特定的接入点进行功率与容量的优化配置。未来,以电网角度进行统一布置时,应开展对分布式储能系统有序规划与配置技术研究,充分发挥多点分布式储能聚合效应,实现对电网多种需求的支撑能力,并产生一定的经济、社会效益。

5结语

分布式储能技术在配电网、用户侧、微电网、分布式发电等方面应用可产生显著的经济和社会效益,应用潜力巨大。本文从储能系统分布式应用的角度,总结分析了分布式储能系统在电力系统中的应用场景。最后从提高分布式可再生能源消纳、分布式储能系统统一调度的角度,分析了未来分布式储能系统需关注的关键技术。

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