国家电网PPT：风光储联合发电技术研究与示范

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风光储联合发电技术 研究与示范 2021年5月26日 01 02 03 04 示范工程建设情况 风光储联合发电技术研究 储能在规模化新能源并网中的应用 储能存在的问题及建议 3 一、指南响应情况 示范工程建设情况 ➢ 推动能源发展方式转变，构建安全、稳定、经济、清洁的能源供应体系，变得愈发重要。加快发 展风能、太阳能等新能源成为全球关注的重点方向； ➢ 风能、太阳能具有波动性，间歇性和随机性等特点，如何实现连续稳定的电力输出，促进新能源 大规模开发利用，成为世界各国面临的共同难题； ➢ 为探索新能源与智能电网和谐发展，推动我国新能源事业又好又快发展，经国家科技部、财政部 、能源局批准，国家电网公司积极响应，国家风光储输示范工程应运而生。 示范工程建设目的 4 一、指南响应情况 示范工程建设情况 ➢ 示范工程采用全球首创风光储输联合发电技术路线，建设风电500MW,光伏100MW，储能33MW, 成为全球规模最大的集风电、光伏、储能及智能输电于一体的新能源示范工程。 示范工程基本情况 5 一、指南响应情况 示范工程建设情况 ➢ 风电示范应用了国内最典型的6种型号风机，包括陆上最大5MW直驱风机，机型均系首台首套， 引领风电技术向大容量、高效率发展； ➢ 示范工程在国内首次提出包含直驱、双馈型风电机组高电压穿越、虚拟同步机等友好并网技术， 具备电压频率支撑、数据支撑等功能。 风电场基本情况 6 示范工程建设情况 单晶硅 多晶硅 背接触式 非晶薄膜 高倍聚光 双轴跟踪 平单轴跟 踪 控制型斜单 轴 自适应型斜 单轴 级联式斜 单轴 跟 踪 方 式 光 伏 类 型 ➢ 光伏电站是国内首个多类型并网功率调节型光伏电站，集中展示多种跟踪方式、多种类型组件组合 发电，具有多种比较、多种展示功能； ➢ 5种不同类型的光伏组件：单晶硅、多晶硅、背接触式、非晶薄膜、高倍聚光； ➢ 4种不同的跟踪方式：双轴跟踪、平单轴跟踪、控制型斜单轴、自适应型斜单轴、级联式斜单轴； ➢ 通过积累宝贵的运行、试验数据，为国家推进光伏产业发展提供可信赖技术支撑，也为大规模光伏 电站并网起到示范引领作用。 光伏电站基本情况 7 示范工程建设情况 磷酸铁锂 14MW/63MWh 铅酸电池 2MW/12MWh 液流电池 2MW/8MWh 钛酸锂电池 1MW/0.5MWh 梯次利用电池 3MW/9MWh 储能虚拟同步机 10MW/3.3MWh 一 期 二 期 ➢ 为了验证多种不同技术类型电化学储能技术在新能源并网领域的应用，推动国内总装水平的提高， 示范工程采用了5种不同类型的电化学电池储能方式； ➢ 为了实现电池储能全链条检测认证，二期储能将建设国家级储能试验检测和实证平台，从单体到模 块再到系统进行全方位的检测，引领储能行业健康有序良性发展。 储能电站基本情况 17MW储能实证 示范平台 待建37MW储能 10MW储能多场 景示范应用平台 10MW储能检测 与认证平台 超级电容 1MW/1MW*15s 8 示范工程建设情况 ➢ 以国家风光储示范工程为试点支撑，风光储联合发电标准体系已初步建立完成，已发布国家标准13 项、行业标准21项；在编国家标准3项，行业标准5项； ➢ 示范工程相继荣获“全国五一劳动奖状”“中国工业大奖”“国家优质工程金质奖”等多项殊荣； 《大容量风光储联合发电关键技术研究及示范应用》荣获中国电力行业科技进步一等奖。 示范工程取得的成果 国家标准13项（发布） ➢ 风电场接入电力系统技术规定 ➢ 风力发电机组功率特性试验 ➢ 风力发电机组电能质量测量和评估方法 ➢ 光伏发电站接入电力系统技术规定 ➢ 光伏发电系统接入配电网技术规定 ➢ 光伏发电站无功补偿技术规范、 ➢ 光伏发电系统接入配电网检测规程 ➢ 光伏发电站太阳能资源实时监测技术要求 ➢ 光伏发电输入配电网设计规范 ➢ 光伏发电站接入电力系统设计规范 ➢ 光伏发电站接入电网检测规程 ➢ 光伏发电站监控系统技术要求 ➢ 电化学储能电站设计规范 国家标准3项（在编） ➢ 电化学储能电站施工及验收规范 ➢ 电化学储能电站运行维护规程 ➢ 电化学储能电站安全技术导则 ➢ 大型风电场并网设计技术规范 ➢ 风电场电能质量测试方法 ➢ 风电功率预测功能规范 ➢ 光伏发电站功率预测技术要求 ➢ 风力发电场调度运行规程 ➢ 风电机组电气仿真模型建模导则 ➢ 风电场低电压穿越能力测试规程 ➢ 风电机组电网适应性测试规程 ➢ 光伏发电站防孤岛效应检测规程 ➢ 光伏发电调度技术规范 ➢ 光伏发电站电压与频率检测响应检测规程 ➢ 光伏发电站功率控制能力检测技术规程 ➢ 光伏发电站逆变器电能质量检测技术规程 ➢ 光伏发电站逆变器防孤岛效应检测技术规程 ➢ 电化学储能系统接入配电网测试规程 ➢ 风电场理论发电量与弃风电量评估导则 ➢ 光伏发电站太阳能资源实时监测技术规范 ➢ 光伏发电站低电压穿越检测技术规程 ➢ 光伏发电站逆变器电压与频率响应检测技术规程 ➢ 光伏电站并网性能测试与评价方法 ➢ 光伏发电站电能质量检测技术规程 行业标准21项（发布） 行业标准5项（在编） ➢ 电化学储能电站检修规程 ➢ 电化学储能电站锂离子电池维护导则 ➢ 高寒地区电化学储能设施运行维护技 术规范 ➢ 电源侧调频用电化学储能系统运行 管理规范 ➢ 用户侧锂离子电池储能系统运行状 态评估规范 01 02 03 04 示范工程建设情况 风光储联合发电技术研究 储能在规模化新能源并网中的应用 储能存在的问题及建议 风光储联合发电关键技术研究 国家科技支撑计划 ➢ 风光储输示范工程关键技术研究 ➢ 大型风电场智能化运行维护关键技术研究及示范 ➢ 太阳光伏系统户外试验场技术研究与示范 ➢ 风电、光伏发电并网检测技术及装置开发 863计划 ➢ 多类型储能系统协调控制技术及示范 ➢ 间歇式能源发电多时空尺度调度系统研究与开发 国家自然科学基金 ➢ 基于多类型大容量电池储能系统的风光发电平 滑控制策略研究 ➢ 改善大型风电场电压稳定性的无功电压闭环控 制策略研究 河北省科技项目 ➢ 多类型储能装置在新能源发电中的示范应用 ➢ 高效高可靠低压交直流微电网关键技术及示范应用 ➢ 国家风光储输示范电站低频谐振分析及治理关键技 术研究 国家电网科技项目 ➢ 多类型储能装置的工程化示范 ➢ 电池储能规模化系统集成及接入关键技术深化研究 ➢ 国家风光储输示范工程精益化运行技术研究 ➢ 梯次利用动力电池规模化工程应用关键技术 ➢ 电网侧大容量电化学储能电站运行状态评估及智能 化维护关键技术研究及应用 ➢ 大容量电化学储能电站并网检测及运行评价关键技 术研究 ①所列科技项目为示范工程牵头或参与的部分科技项目 示范工程科技支撑情况 11 风光储联合发电关键技术研究 探明了大规模风光储联合发电出力互补规律，建立了联合发电系统容量配比模 型。完成了风光储联合发电系统规划设计技术研究。 1 风光储联合发电互补机制及系统集成 首次实现了智能电网调度技术支持系统基础平台在新能源场站的应用，可实现 七种运行方式和新能源发电的精益化控制，电能品质已接近常规能源。 风光储联合发电全景监测与综合控制 高精度风光一体化发电功率预测技术 风光储联合发电的网源协调技术 电池储能装置大容量化及储能系统电站化集成 提出了风光影响数值天气预报最优参数化方案，建立了数值预报生产系统，建 立了全天候、多时空尺度风光联合发电功率预测模型。 提出多优化目标、计及风光储与常规电源联合优化调度方法，研制了风光储联 合发电系统稳控装置，可实现新能源发电与电网调度友好互动。 首次提出了多类型电池动态大容量成组及级联集成技术。 2 3 4 5 五 大 核 心 技 术 12 风光储联合发电关键技术研究 储能环节取代一次能源 储能环节 负荷 DC AC 电力电子变换器 ➢ 示范工程建设风机虚拟同步机118MW、光伏虚拟同步机12MW、容量集中式虚拟同步机10MW， 是世界上首个且容量最大的虚拟同步机示范工程； ➢ 示范工程虚拟同步机技术率先提升了响应电网频率变化的惯性支撑和一次调频等主动支撑能力，为 我国新能源大规模高比例接入带来的电网安全稳定问题展现了“源”端样本。 虚拟同步机技术 主控系统负责惯性调频控 制和一次调频控制 DFIG 电网 虚拟同步控制系统 主控系统 齿轮箱 变桨系统 690V/35kV 机侧变流器 网侧变流器 新型 风机 控制 系统 变流器负责自 主调压控制 风机虚拟同步机在变流器控制上引入同步发 电机转子运动与机电暂态方程，通过控制转 子动能的存储和释放来提供有功支撑，抑制 频率的突变 光伏虚拟同步机将同步发电机数学模型移植 到DC/DC控制算法中，通过电池储能单元有 功功率的存储或释放，抑制系统频率突变和 阻尼功率振荡 电站式虚拟同步发电机采用电压源型控制 方案，快速响应并网点频率和电压变化， 提供场站级惯量/阻尼和调压调频能力 DC AC DC DC + - DC DC 光伏阵列 惯性储能单元 虚拟同步逆变器 输出滤波器 电网 13 风光储联合发电关键技术研究 ➢ 首次提出了多类型电池动态大容量成组及级联集成技术，电站整体能量转换效率>90%； ➢ 开发了基于电站集中控制与储能单元就地调控耦合分层架构的储能电站监控系统，实现储能电站全 功率快速响应，实现储能电站全功率响应时间<900毫秒、出力偏差<1.5%。 多类型电池动态大容量成组级联集成技术 储能电站监控界面 电站集成示意图 01 02 03 04 示范工程建设情况 风光储联合发电技术研究 储能在规模化新能源并网中的应用 储能存在的问题及建议 15 储能在规模化新能源并网中的应用 ➢ 新能源消纳问题突出：2020年全年平均弃风率3.5%，弃光率2%，仅2020年，风机光伏弃电量 累计218.7亿千瓦时 ，未来新能源消纳压力越来越大； ➢ 电力系统失稳风险突出：新能源机组不具备频率和电压主动支撑能力，导致系统失稳风险加大。 新能源发展遇到的问题 储能具有灵活快速调节特性，是提升消纳和解决主动支撑能力不足的重要技术手段 功能 常规机组 新能源 惯量支撑 一次调频 主动调压 阻尼振荡 0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 实际发电量 理论发电量 2020年风光储公司风机弃电量统计 单位： 97108 114262 弃风率：15% 1000 3000 5000 7000 9000 11000 13000 15000 17000 实际发电量 理论发电量 2020年风光储公司光伏弃电量统计 单位： 15266 16849 弃光率：9.4% kWh kWh ②《2020年光伏发电并网运行情况》、《2020年风电并网运行情况》国家能源局 16 储能在规模化新能源并网中的应用 ➢ 储能电站具有跟踪计划、削峰填谷、平滑出力、系统调频四大功能，可以针对风光发电的随机性、 波动性和间歇性，实现风、光、储多时间尺度的出力互补，提高新能源发电的可预测、可控制、可 调度性，使之达到或接近常规电源。 储能在新能源并网中的应用 系统调频 跟踪计划 削峰填谷 平滑出力 49.1Hz 49.2Hz 48.816Hz 0.1Hz/s恢复 17 储能在规模化新能源并网中的应用 ➢ 储能技术包括物理储能、电化学储能、电磁储能和相变储能等； ➢ 与其它储能方式相比，电化学储能电站建设不受场地限制，较为适合应用于新能源场站。 不同电化学储能类型的特征及应用 磷 酸 锂 电 池 单 体 容 量 可 达 几 百 安 时，能量密度高， 在 一 定 的 荷 电 状 态 区 间 内 ， 可 以 频 繁 的 进 行 不 同 工 况 的 充 放 电 ， 满 足 新 能 源 并 网 功率和能量需要 全钒液流电池可以进行 深度的充放电以及具有 长寿命，提供功率的电 堆和提供能量的储液罐 可以依据需求灵活配置。 适合应用于规模化储能 电站当中，是一种比较 先进的技术路线 胶体铅酸电池与常规的 铅酸电池相比较，由于 内阻降低、充放电效率 可以高出25%以上，电 池制造工艺成熟、单体 容量可达几千安时 钛酸锂电池作为典型的 功率型电池，可以进行 高倍率的放电，放电倍 率是普通电池的10倍以 上 超级电容循环寿命长、 能瞬间进行大功率响应， 可以配合常规的化学电 池储能系统，有效的应 用于新能源出力波动控 制领域 18 储能在规模化新能源并网中的应用 ➢ 随着我国电动汽车产业进入快速发展期，动力电池的退役量快速增加，大批量动力电池不断退役， 为电力储能的低成本化带来机遇； ➢ 梯次利用电池技术立足循环经济，利用电动汽车退役下来的动力电池，继续应用于电力储能，最后 报废回收，寻求电力储能需求、成本、环保的平衡点，破解储能成本过高难题； ➢ 梯次利用电池技术的推广将对降低电动汽车使用成本、降低电力储能投资、减轻和控制污染气体排 放方面起到重大作用，是落实国家绿色健康发展理念的切实体现。 动力电池梯次利用 19 储能在规模化新能源并网中的应用 ➢ 新能源电站较之其他常规电站，往往地处偏远，实施“自救”能力有限，一旦外部电网发生故障， 将对电站正常安全生产造成极大影响； ➢ 新能源电站在失去外部电网供电的情况下，储能可作为电压源向其他发电单元送电，最终实现新能 源电站自启动。 黑启动 20 储能在规模化新能源并网中的应用 ➢ 电站式虚拟同步机通过模拟常规同步发电机的机电暂态特性，能够快速、主动参与电网的有功调频 、无功调压，并提供虚拟惯量，提升系统抗扰动能力； ➢ 电站式虚拟同步机同时兼具传统储能系统调峰填谷功能，为有效改善新能源机组并网友好型和稳定 性提供了坚强支撑。 电站式虚拟同步机 指标 启动时间/s 响应时间/s 调节时间/s 有功功率误差/% 最大支撑幅值 /% 虚拟惯量 / ≤0.05 / ≤0.5% ±100% 一次调频 ≤0.05 ≤0.1 ≤0.5 ≤0.5% ±100% 电压型储能虚拟同步发电机控制结构 01 02 03 04 示范工程建设情况 风光储联合发电技术研究 储能在规模化新能源并网中的应用 储能存在的问题及建议 22 储能发展存在的问题及意见 储能发展存在的问题 ✓ 储能发电没有单独的价格机制，严重影响新能源场站配置储能的积极性； ✓ 储能电站安全隐患等问题凸显，严重影响电力储能产业健康发展； ✓ 储能标准体系不够健全，储能市场发展较为混乱。 相关意见 ✓ 形成储能单独的价格机制，提高新能源场站配置储能的积极性； ✓ 开展规范化储能试验检测和实证，实现电池储能全链条检测认证，引领储能行业健康有序良性发展； ✓ 尽快完善储能标准体系，规范储能市场的发展。 安全隐患问题 无价格机制问题 标准体系不健全问题 23 敬 请 各 位 专 家 批 评 指 正 谢 谢！