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电科院配电所主任吴鸣:通过虚拟同步机储能装置 微电网成本可降低40%以上

北极星储能网  来源:北极星储能网    2018/10/26 10:41:05  我要投稿  

北极星储能网讯:“虚拟同步发电机,把传统的无惯性的变成以前的同步机一样的装置,跟电网进行实时的互动,这项技术对储能而言,他是真正的把发电装置从本质上就跟电池融为一体了,它也是未来电力电子化或者固态化微电网的一个模式,这个装置就是把、源、荷、储,把储能融入到里面,这是未来发展的一个方向,至少对我们微电网而言能降低成本40%以上。”

——摘自2018中国分布式储能峰会吴鸣发言

2018年10月26日,北极星电力网、北极星储能网、中关村储能产业技术联盟在北京西国贸大酒店联合举办2018中国分布式储能峰会,在上午“主旨报告”环节,中国电力科学研究院配电所主任吴鸣作了“储能支撑分布式能源及微电网发展”主题报告,以下为演讲全文。

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很高兴参加今天这个会议,接到北极星邀请今天和大家分享一下我们2018年最新的研究成果,我本人来自中国电科院微电网研究室,我们目前国网公司和上海也成立了一个国网上海能源互联网研究院,一个新的单位,微电网研究室正式更名为研究中心,今天很高兴跟大家分享一下我们最新的研究成果,包括三个主要部分:

第一,目前分布式电源的发展。随着十八大、十九大以来,我们国家发改委、能源局的政策相对来说更集中、一致了,在新能源开发格局上,输电、配电大量新能源的发展,已经成为不可阻挡的趋势,习总书记也提出了四方面的革命,四个能源体制和一个合作,都在促进新能源和储能的快速发展,这些年我们团队也在分布式并网、微电网方面做了一些工作。

针对大规模分布式发电进入配网的问题,针对大规模分布式光伏发电接入配电网带来的诸多问题,在众多解决方案中,集中或分散的配置一定容量单一或混合储能,是对光伏间歇性进行多时间尺度平抑、改善电能质量、提高经济效益最直接的手段。这些方案做了以后有很多成功的案例,也有很多隐患,包括电网之间的互动和控制问题,也在逐渐的产生,储能并不是在电网里面装块电池就可以了,很多还有复杂的多层次的控制问题。这个里面存在着储能接入以后,其实储能在我们国家的研究里面,分布式储能和微电网一直都是相辅相成的,我们中国的微电网产业一直和分布式化学储能是紧紧绑在一起的,因为不像美国和欧洲他们用燃气三联供来作为主供电源,中国80%的微电网工程都是用锂电池或者其他的化学电池构成电压源,这个基础上配风光的发展,中国的微电网模式和储能是密不可分的,无论是示范工程还是国网、南网大家会有认识。

微电网的发展,目前我们对微电网的认识或者说国家能源局对微电网的概念也逐渐在明确,也与这两大电网公司达成了基本的共识,就是微型、自治、清洁、友好,电压等级一般在35千伏及以下。对于我而言,虽然我来自国家电网公司,我认为微电网的发展不应该太高, 这种提法其实并不利于分布式储能和微电网技术的发展,为什么呢?因为高电压等级以后更多的精力就会一些特高压问题以后,反而不利于我们微电网技术的聚焦了能力,所以我们认为放在35千伏及以下是比较合理的规模、也是比较合适的电压等级,可以让我们把更多的精力放在10兆瓦、百兆瓦以下的储能和微电网配置上,这样他的能力相对来说就比较好实现。当时能源局说微电网100V,什么概念?除了一些大城市以外,总不能一个城市就是一个微电网吧,我们在座还有很多配网专家,不利于储能和微电网的发展。第二个自治,所谓的自治,我们都知道这个系统肯定不大,采用自治化的系统,然后清洁、友好,友好这里面和储能相关,你既然友好,对上对电网要负责,对下要对负荷负责,同时,跟你相关的分布式电源也有一定的能力,这里面储能的作用是完全分不开的。

这个地方分析一下微电网和传统电网的区别。我们微电网的渗透率相对比较多,微电网里面光伏、风电或者燃料电池都是电力电子方向,稳定特性其实也离不开储能,同时过载能力比较强,因为都是电力电子的,他就需要更加精细化的控制,更加精细化控制的基础也是我们储能的背景,为电力电子的架构还有电力质量的问题,这就是我们微电网和传统电网的区别。

微电网的重要性作用六大,最大程度接纳分布式电源,节能降耗,提高能效,解决无电地区供电等等。应该说微电网技术保证储能,这几年在我们国家还是比较成熟的,举个例子,在四川两任政府的总理都亲临过灾区进行抗灾,地震以后同样,据说两任总理都是下午三四点钟的时候从北京赶到了灾区,但是当李克强总理到当时的四川灾区的时候,下午4点多,去帐篷开会,他开完会出来的时候7点多,整个县城已经华灯初放了,为什么?经过发展,储能集装箱的主网技术已经很成熟了,为这个总理表扬了他们,因为仅仅3个小时电网就恢复了,说明我们国家在配网、微电网的分布式电源技术发展还是很快的。

这是微电网的控制架构,包括风光储、调度等这个技术我们已经做的很成熟,这个地方我想讲一下时间尺度,跟储能很有关系。在设备层,我们最近也在反复的研究,有段时间我们有一种叫复合储能,化学电池和超级电容或者铅炭铅酸和超级电容,有一段时间大家认为复合储能是伪命题,随着现在直流技术的发展,我们现在国网公司也做了很多直流配电工程,把储能通过DC/DC直接简单的划在这个补贴,发现这个时间尺度又不一样了,如果想保持一个直流补贴,超级电容的优势还是能够更加明显一点,储能的特性,随着我们电网需求的变化,其实市场潜力也在变化。有一段时间我们建微电网不再买超级电容了,那个花钱贵、能量密度又低,现在超级电容成为标配,配的不大,但是可以快速的平抑,又能够延长我们铅炭的寿命,又成了新的模式。同时,也能把铅酸、铅炭、锂电配置的更加合理一些,这个时间尺度、电网形态变化。

到了控制级,到了小时级、分钟级、秒级以后,能量管理层面,可能大量的锂电,大量的我们其他常规的电池,开展更好的用途。再往上到能量管理的时候,我们的压缩空气储能或者其他项目里面发挥作用。随着微电网形态和配网形态的发展,我们对储能的需求也是在变化,如果说未来电动汽车快速发展,不管电动汽车里面的电源是什么,对电网的需求肯定是增大的,这个时候对我们电网形态肯定是很大的冲击,因为我们要保证的是怎么样实现区域能量的快速平衡和功率的冲击,因为这个地方可以做个测算,在一个小区里面装一台慢充桩,当他充电的时候相当于小区居民一家一户居民的用电瞬时全部打开,如果开一台30千瓦的快充桩相当于这个小区里5户居民的电同时打开,如果打开120千瓦的快充桩,相当于这个小区里面6层用户所有的负荷空调全部打开,对小区的冲击很显然是很大的。你想想大家用电动汽车的用电习性基本上一致,因为大家上班下班时间基本上一致,如果快充桩在小区里有5台,小区的电压能力肯定是不够的,我们在小区的配置里的储能配置就成了非常迫切的问题。因为用户侧也不会投资大容量把电网提升一倍,这是很难的,这时候小时级的优化跟不同层级的储能之间未来场景也会促进新的储能需求。

储能加电网,在配网里面这些功能,在微电网里面可能未来新的状态、新的场景我们储能应用模式会有新的变化,因为有应用模式才能创造新的商业模式,如果没有应用模式空谈商业模式其实是很难的。储能技术在微电网中,这个地方不想讲,因为在座厂家都知道应用,包括间歇性能源的接纳,包括在孤岛里面的能力是怎么实现的,提高电压、控制模式。

我们最近有一些项目,最近储能项目我发现今年变化很大,其实以前一些储能技术,以前我们研究过,包括超导以前研究过,也有过定型的解读怎么用,随着需求开始以后各种储能基本上发生了新的变化,也有新的产业或者应用的技术。

这个是包括提高电能的利用效率,随着我们配售电市场的放开,电能储存的机会。

这是综合储能我们做的一个蒙东项目,这里面通过优化辅助的模式,110户居民,只配了50千瓦的储能,已经用了8年了,这个项目已经运行了8年,这个项目法国电网公司、澳大利亚电网公司还引进这个微电网技术,这里面核心技术就是一块50千瓦时的储能。这是整个架构,当时储能比较贵,农村不可能买大规模的储能,我们在最合理的地方配置一块电池,保证了整个电网的运行,整个村是100户的居民。所以说这个微电网在我们国家微电网历史上是比较有名的微电网,但是这个微电网也离不开储能,其实我们所有的微电网都跟化学电池储能分不开的,这是我们国家的特性,因为我们国家天然气,因为我们政策特性,我们的燃气和电网结合不是很紧,所以我们的微电网储能都是我们的电化学储能。

这个是以储能为核心的电网模式。

我可以给大家分析一下,我们国家微电网的发展历程,跟我们储能的容量规模是非常一致的,这里面所有的微电网都是我们参与设计或者比较知名的微电网工程,所有的微电网里面都有电化学储能,所有的微电网,熟悉微电网的大家如雷贯耳的一些微电网项目,包括浙江的微等都是很有名的,伴随这条曲线也是我们国家在储能的产线上电网里面用的基本上也是这个曲线。

我是做微电网的,2014年以后两大电网公司基本上不投微电网了,因为两大电网公司基本上把基础都掌握了。到了2015年以后民间资本在电网公司的一些支持下开始有些微电网,2016年、2017年,尤其今年,很多厂家,包括在座的,我们开始走向国外去做海外的微电网模式,大家经常说的,比如说我们一些亚洲的海岛,比如说我们非洲的通信系统,还有甚至到南美,昨天巴西电网公司还到我们这里来跟我们谈,将近4千万的微电网工程,基本上中国的微电网和中国的储能,当然在座的肯定更多的走向世界了,只要是中国输出的微电网,一定是配电化学储能的,很少是说跟当地天然气结合的,因为目前燃气和电网不同的技术,在中国还停留在大学研究的模型里面,这就是我们的现状,所以说中国的储能微电网一直是相辅相成的。

未来的发展趋势,以前大家看到这个变化,以前的微电网我们讲分布式发电、储能、多能互补、冷热电联供,未来包括储热、云储能,最新的报道是云储能,其实云储能和需电厂有点像,把分布在更广泛区域内的储能,通过能源互联网技术或者能源互联网理念连接起来,跟电网形成更好的互动关系或者形成更好的交换电站的平台,可能是未来发展的趋势。因为未来的配电网也好或者我们的电网也好,互动性肯定会进一步的加强,但是这里面伴随着电力基础的发展,储能会成为逐渐逐渐发展的跟电网进一步紧密结合的一个不可或缺的因素。

讲一讲虚拟同步发电机。为什么讲这个呢?我们以前都做逆变器,就是光伏板接上以后跟电路板一并联,现在做同步机,我们要把传统的无惯性的变成以前的同步机一样的装置,跟电网进行实时的互动,这个其实很重要,为什么?他为什么能够跟电网实时互动?因为他有一定的能量储存环节,因为他有储能模块。这项技术对储能而言,他是真正的把发电装置从本质上就跟电池融为一体了,未来这也是我们比较主推的一项技术,因为它也是未来电力电子化或者固态化微电网的一个模式,以后的微电网未必要去买一台光伏逆变器、买一台PCS、控制终端、能量管理、做微电网。这个装置就是把、源、荷、储变成一个,把所有的IGBT器件综合处置,把储能融入到里面,我觉得这个是未来发展的一个方向,至少对我们微电网而言能降低成本40%以上,建同样规模的微电网,采用别的技术可能100万,如果采用这个基础可能60万。

后面讲一下台区微电网,我们未来的配网里面一定都是有储能的,所谓的低压台区可能就是微电网的性质,时间关系这里不展开讲了。未来的配网里面含有储能以后一定是变成一个调节型很好的配网,分三层:第一层是自治,台区内最大化的分布吸收能源。第二层是可以协调,因为我这里面有各种各样的微电网和储能有关,这是未来发展的模式。第三层是更大范围的优化。

未来的储能和微电网的发展一定有这几个,最关键的还是设计,就是模式,商业模式、控制模式的设计,有一些商业装置,通过复杂的子化的接口,变成安全可靠、高效智能、经济的系统,可能是未来发展的方向。

这就是虚拟同步机,这个一定是未来发展的颠覆性技术,我们现在经过两年研究也意识到,电力电子化和硬件软件化、软件模块化、模块APP化,一定是未来发展的一个趋势,因为它能降低成本,而且能够跟能源互联网更加紧密的结合。

这里面包括一些即插即用功能,就是我们电力电子技术以后发展的方向。

能量路由器,它末端能替代微电网就可以了,实现交换,是集约化的发展方式。

就说这么多。谢谢大家!

(以上根据北极星储能网速记整理,未经嘉宾审阅)

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