1、-面向新能源应用的储能技术面向新能源应用的储能技术第第470次香山科学会议次香山科学会议华中科技大学华中科技大学2013.10.17文劲宇文劲宇-汇报提纲汇报提纲n新能源定义与规划新能源定义与规划n新能源并网中的科学问题新能源并网中的科学问题n基于储能的解决方法基于储能的解决方法n一些认识一些认识- 以新技术和新材料为基础，使传统的可再生能源以新技术和新材料为基础，使传统的可再生能源得到现代化的开发和利用，用取之不尽、周而复始的得到现代化的开发和利用，用取之不尽、周而复始的可再生能源，取代资源有限、对环境有污染的化石能可再生能源，取代资源有限、对环境有污染的化石能源，重点开发太阳能、风能、生物
2、质能、潮汐能、地源，重点开发太阳能、风能、生物质能、潮汐能、地热能、氢能和核能热能、氢能和核能新能源定义新能源定义 联合国新能源和可再生能源会议（联合国新能源和可再生能源会议（1980年）年） - 欧洲的目标欧洲的目标 20:20:20 20% reduction in emissions 排放减少20% renewable energy 新能源利用By 2020 compared to 1990新能源规划新能源规划- 美国美国 新能源规划新能源规划 能源部：2030年，风能为美国提供20%的能源 WWF：2050年，100%的可再生能源- 中国：可再生能源发展中国：可再生能源发展“十二五十二
3、五”规划规划新能源规划新能源规划 主要指标（2/4）1. 可再生能源发电在电力体系中上升为重要电源，2015年电量达到20%以上；4.分布式可再生能源应用形成较大规模，30个新能源微网 2020年，累计并网风电装机达到2亿千瓦，年发电量超过3900亿千瓦时，其中海上风电装机达到3000万千瓦，风电成为电力系统的重要电源 2020年，太阳能发电装机达到5000万千瓦，太阳能热利用累计集热面积达到8亿平方米-汇报提纲汇报提纲n新能源定义与规划新能源定义与规划n新能源并网中的科学问题新能源并网中的科学问题n基于储能的解决方法基于储能的解决方法n一些认识一些认识- 新能源发电的大规模应用：新能源发电的
4、大规模应用：并入电网并入电网 可再生能源法：可再生能源法：全额收购全额收购 可再生能源法修正案：可再生能源法修正案：全额保障性收购全额保障性收购 过去：电网能接纳多大比例的风电过去：电网能接纳多大比例的风电 现在：在高比例新能源发电并网条件下现在：在高比例新能源发电并网条件下如何保证电力系统如何保证电力系统可靠运行可靠运行 对电网的影响：对电网的影响：风电、太阳能风电、太阳能 特点：特点：波动，随机（但部分可预测）波动，随机（但部分可预测）新能源并网新能源并网-发电发电 输电、变电、配电输电、变电、配电 用电用电 电能难以大规模存储 发出电能需即时传输 发电负荷实时平衡电力系统的特点电力系统的
5、特点电力系统：电力系统：刚性刚性（充裕性、稳定性）（充裕性、稳定性）调度调度-发电发电（稳定、可控）（稳定、可控） 输电、变电、配电输电、变电、配电 用电用电（随机、不可控、可预测）（随机、不可控、可预测） 充裕性：发电侧输出功率稳定且可控，用电侧负荷随机性大 稳定性：以同步发电机为基础，同步运行，3000r/min火电水电核电传统电力系统的特点传统电力系统的特点调度调度-传统电力系统的特点（续）传统电力系统的特点（续）传统电力系统一直在解决传统电力系统一直在解决负荷的波动性和随机性负荷的波动性和随机性问题！问题！ 充裕性：一组可控变量跟随一组随机变量 调频，调峰-传统电力系统的特点（续）传统
6、电力系统的特点（续）传统电力系统必须应对传统电力系统必须应对一台机组脱网或更严重的故障一台机组脱网或更严重的故障！ 稳定性：惯性稳定（发电机转子惯性，自稳） 电压稳定（无功控制） 振荡稳定、功角稳定（有功控制） 严重故障（切机切负荷 解列，被动致稳）-发电发电（稳定、可控）（稳定、可控） 输电、变电、配电输电、变电、配电 用电用电（随机、不可控、可预测）（随机、不可控、可预测）火电水电核电新能源电力系统的特点新能源电力系统的特点大规模风电并网：大规模风电并网：对电力系统的运行特性有深刻影响对电力系统的运行特性有深刻影响调度调度 千万千瓦级大型千万千瓦级大型风电基地并网风电基地并网 大规模分布式
7、大规模分布式风电场并网风电场并网 风电风电（随机、不可控、难预测）（随机、不可控、难预测）-负荷与风电：负荷与风电：两组随机变量的平衡两组随机变量的平衡问题！问题！ 充裕性：波动范围增大，爬坡增大，不确定性增大新能源电力系统的特点（续）新能源电力系统的特点（续）2周内的单日波动范周内的单日波动范围从围从19.3GW/天增天增大到大到26.2GW/天）天）风电的不确定性风电的不确定性增大了净负荷的增大了净负荷的不确定性不确定性净负荷爬坡（从净负荷爬坡（从4052MW/h增大增大到到4560MW/h）-通过变频器控制，通过变频器控制，风电机组特性可优于同步发电机风电机组特性可优于同步发电机！ 稳定
8、性：惯性稳定（风轮惯性；光伏发电单元无惯性，储能？） 电压稳定（可有帮助） 振荡稳定、功角稳定（可有帮助） 脱网故障（单机风场/群，与常规电网类似）新能源电力系统的特点（续）新能源电力系统的特点（续）-发电发电（稳定、可控）（稳定、可控） 输电、变电、配电输电、变电、配电 用电用电（随机、不可控、可预测）（随机、不可控、可预测）火电水电核电未来电力系统：未来电力系统：多组随机变量的平衡多组随机变量的平衡！风光电、微网的高渗透将使电力系统运行方式发生深刻变化！风光电、微网的高渗透将使电力系统运行方式发生深刻变化！调度调度大规模风电、太阳能大规模风电、太阳能（随机、不稳定、（随机、不稳定、难预测、
9、难控制）难预测、难控制） 电动汽车、新能源微网电动汽车、新能源微网（随机、移动、（随机、移动、不可控、难预测）不可控、难预测）未来电力系统的特点未来电力系统的特点-汇报提纲汇报提纲n新能源定义与规划新能源定义与规划n新能源并网中的科学问题新能源并网中的科学问题n基于储能的解决方法基于储能的解决方法n一些认识一些认识-发电发电（灵活灵活可控）可控） 大电网大电网 用电用电（部分部分可控）可控）火电水电核电储能：储能：多种应对方法中的一种多种应对方法中的一种！优化优化调度调度大规模风电、太阳能大规模风电、太阳能（提高提高预测精度）预测精度） 电动汽车、新能源微网电动汽车、新能源微网（随机、移动、（
10、随机、移动、不可控、难预测）不可控、难预测）应对大规模风电并网的方法应对大规模风电并网的方法储能储能- 电力系统的主要控制：有功功率，无功功率电力系统的主要控制：有功功率，无功功率 传统控制设备：发电机传统控制设备：发电机 FACTS设备：无功，分散布置设备：无功，分散布置 电力系统储能：有功电力系统储能：有功+无功，无功，“全能全能”，主动致稳主动致稳储能对电力系统的作用储能对电力系统的作用储能储能使传统的使传统的“刚性刚性”电力系统变得电力系统变得“柔性柔性”！- 储能把发电与用电从时间和空间上分隔开来储能把发电与用电从时间和空间上分隔开来 发出的电力不再需要即时传输发出的电力不再需要即时
11、传输 用电和发电不再需要实时平衡用电和发电不再需要实时平衡电力系统储能带来的根本变化电力系统储能带来的根本变化储能储能将使电力系统运行方式发生根本变革将使电力系统运行方式发生根本变革！-储能作用示例：风电参与调频储能作用示例：风电参与调频 模拟惯量控制模拟惯量控制 下垂控制下垂控制 转子转速控制转子转速控制 转子桨距角控制转子桨距角控制 综合控制（对应不同风速）综合控制（对应不同风速） 储能（储能（case：必须最大功率跟踪；风电场参与调频）：必须最大功率跟踪；风电场参与调频）-储能作用示例：风电波动抑制储能作用示例：风电波动抑制 综合控制（对应不同风速）综合控制（对应不同风速） 储能（储能（
12、case：必须最大功率跟踪）：必须最大功率跟踪） 大范围消纳可平抑波动大范围消纳可平抑波动 波动范围限值是否合理？为何必须最大功率跟踪？波动范围限值是否合理？为何必须最大功率跟踪？风电场装机容量风电场装机容量10min最大变化最大变化1min最大变化最大变化15010030风电场出力波动限值（风电场出力波动限值（MW）-储能辅助提高负荷跟踪机组储能辅助提高负荷跟踪机组载荷水平示意图载荷水平示意图储能作用示例：调峰储能作用示例：调峰-储能辅助提高负荷跟踪机组储能辅助提高负荷跟踪机组载荷水平示意图载荷水平示意图储能的作用示例：调峰（续）储能的作用示例：调峰（续）储能辅助提高基荷机组运行储能辅助提高
13、基荷机组运行容量示意图容量示意图-储能辅助提高负荷跟踪机组储能辅助提高负荷跟踪机组载荷水平示意图载荷水平示意图储能的作用示例：调峰（续）储能的作用示例：调峰（续）储能辅助提高基荷机组运行储能辅助提高基荷机组运行容量示意图容量示意图（1）提高常规机组调控能力）提高常规机组调控能力（2）利用储能）利用储能哪个更经济？哪个更经济？-飞轮电池飞轮电池 电池抽水蓄能电池抽水蓄能 抽水蓄能抽水蓄能惯性、稳定性、波动惯性、稳定性、波动波动、爬坡、调频波动、爬坡、调频负荷跟随、调峰负荷跟随、调峰储能需求分析：大电网应用储能需求分析：大电网应用电力系统储能：电力系统储能：多元复合储能（功率型，能量型）多元复合储
14、能（功率型，能量型）-风电风电光伏光伏储能储能冷热电联供冷热电联供冷热电联供冷热电联供微网微网边界边界热、冷热、冷热、冷热、冷中央中央控制控制输电网络高压配网110KVGGGG中压配网35/10KV低压配网0.4KV负荷负荷MGMGMGMGMG微网可独立运行微网可独立运行储能需求分析：微网应用储能需求分析：微网应用储能可能将首先在微网中得到广泛应用！储能可能将首先在微网中得到广泛应用！- 风电的装机与出力变化特性风电的装机与出力变化特性 并入电网与其他电网的互联状况及相互支援能力并入电网与其他电网的互联状况及相互支援能力 常规备用容量状况常规备用容量状况 需求侧管理状况需求侧管理状况 辅助服务
15、（备用、电能质量等）的成本辅助服务（备用、电能质量等）的成本 能源市场中的时移套利可能性能源市场中的时移套利可能性 各种可用储能技术的特性各种可用储能技术的特性 储能需求分析：需要考虑的因素储能需求分析：需要考虑的因素-汇报提纲汇报提纲n新能源定义与规划新能源定义与规划n新能源并网中的科学问题新能源并网中的科学问题n基于储能的解决方法基于储能的解决方法n一些认识一些认识- 大规模风电、太阳能并网为储能在电力系统中的规模化应用提供了新的机遇，但目前还不明确是否存在储能在解决某些问题上的不可替代性 长远来看，风电在电网中的渗透率能够达到什么水平最终取决于风电出力与负荷的相关性及降低电网中常规发电机组出力的能力 在储能的规模化应用之前，势必存在常规发电机组装机容量过大及过度限制风电出力的问题一些认识一些认识- 在风电、太阳能渗透率达到什么水平时储能才会成为最为经济的解决措施目前尚不存在简单的答案 储能的规模化应用将最终取决于个关键因素： 储能的各种功能对于电网的经济价值的量化； 储能技术本身可靠性的提高及成本的降低总结总结-谢谢 谢！谢！ 欢迎来欢迎来华中科技大学华中科技大学参观指导参观指导
