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国电投上游黄河水电庞秀岚:新能源电站储能设计研究与实证

北极星储能网  来源:北极星储能网    2019/5/19 15:24:14  我要投稿  

北极星储能网讯:“储能电池装上去必须满足四种用型模式:最基本能量的搬移、调峰调频、平滑新能源的出力的波动型、跟踪调度出力曲线。”

——国家电投集团黄河上游水电开发有限责任公司工程技术部 庞秀岚

聚焦“技术应用双创新,规模储能新起点”,通过组织主题演讲、展览展示、创新大赛、专题研讨、项目考察、新品发布、技术交流等多种活动,多维度精准对接全球储能市场与应用,助力中国储能企业与国际接轨,为储能企业搭建与政策制定者、规划者、电网管理者、电力公司、能源服务商的交流互动平台。2019年5月18-20日,中关村储能产业技术联盟、中国科学院工程热物理研究所举办“ESIE2019储能国际峰会暨展览会”,北极星储能网、电力头条APP全程直播。

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国家电投集团黄河上游水电开发有限责任公司工程技术部 庞秀岚

我要跟大家分享的内容是“新能源电站储能设计研究与实证”,原先是电网侧研究的比较多,我主要是从电源侧来跟大家分享。主要是依据黄河公司在两个电站实际的运行数据和一些实证性的数据和大家来分享。

主要是从以下几个方面,首先是光伏风电的出力特性的研究、储能电池特性的研究、光伏电站系统和储能、系统匹配性的研究,最后有一部分实证数据和大家分享。

黄河公司是一家大型的综合性能源企业,主要是拥有水电17座,容量1083万,光伏是37座,3.8GW,风电16组,94万,还有火电、电解铝、电子技的多晶硅,光伏的电池组建、遐迩哈姆镍矿的开发。黄河公司主要是电力的开发,新能源、光伏风电拥有设计团队、建设团队、安装调试团队和运维团队。整个产业链都有自己的专业队伍,所有的实证性的数据都是来源于自己的团队和自己的电站。

为什么要做实证性的研究,大家都知道不同发电系统出力特性和用型特性差距比较大,特别是光伏系统有固定、凭单、斜单、双伏系统,组建有常见的单晶硅和高效的N型薄膜组件和单面和双面,他的发电出力的差异还是比较大的。

另外储能系统大家也知道行业里边有锂电池、液流电池还有超级电容还有燃料、钠硫等等,种类非常的多,它的特性也是差异比较大的。而且同一种技术不同的厂家的特性也是差距比较大的。储能装上去必须满足四种用型模式:最基本能量的搬移、调峰调频、平滑新能源的出力的波动型、跟踪调度出力曲线。在这么多种变量、这么多种系统、这么多不同的产品的特性下,发电系统和储能电池系统如何匹配?如何使电池高效的用型?这是两个要解决的问题。

光伏+储能工程,在四种运行模式下开展,不同的光伏发电系统,不同的储能逆变,不同的电池、不同的接入方式的实证性的对比。

黄河公司共河有一个百兆瓦的基地,这里面所有的光伏发电的技术都装有,我们调用了多年的所有的发电系统的特性曲线,这个是给大家展示的是实际的运行曲线,有固定单面、双面、垂直双轴、垂直单轴、斜单轴,还有其他的系统等等。

我们对不同的发电系统研究完了以后,调用的我们在青海海西、海南装的从2011年开始运行所有的光伏电站多年的日用型发电曲线以后,分析出来总结出来在不同的典型天气下的运行曲线。下面给大家展示的是多云、晴天、晴转多云、阴天、阴转多云等等天气,除了晴天以外,其他的天气波动比较大,还有其他的沙尘天气等等没有展示出来,海南全晴天175天,海西161天,其他的天气波动性都是比较大的。

全年光伏发电特性总结下来:春秋发电处理比较大,夏天和冬季的时候相对低,冬季发电低是因为那个地方温度是36度,因为太阳方位角的问题。夏季因为环境温度的影响,反而光伏发电的出力是低的,因为温度对电池组件的发电影响是比较大的。

下面是风电出力特性的研究,青海装有10万和45万的风电,分别配有储能是20MWh和90MWh,在四种不同的运行方式下,对比不同的风力的发电系统和电池的运行特性。我们调用了海西、海南所有运行的风电的多年的日运行特性曲线,这里边只是给大家展示一部分。

这是2017年一年月平均风速,1-5月份风速最好,其实是6-7月份,接下来是8-9月份,10-12月份较低,四季发电差异比较大。通过季节性和每日的日出力曲线和发电量的特性,我们总结了一年24种典型风电厂的日出力曲线,春夏秋冬分别是高出力和高发电量,高出力的时候,高发电量、中发电量和低发电量,低出力的时候,高发电量、中发电量和低发电量我们总结出来24种典型的日出力曲线。这是24种典型天气下不同的日发电出力曲线,大家可以看一下波动性还是比较大的。

这是一段典型的天气的研究,连续4天大风天气下风电的出力特性,相对来说还是比较平稳的。

下面是风速变化比较大的时候的连续3天的风电的出力特性曲线,这个出力特性在风电里面概率是比较高的,正因为它的波动性使得风电的发电,储能的系统的设计是难度非常大的。容量如何匹配?控制策略如何制订,需要很深的研究。假如你做不好的话,可能该充的时候充不上,该放的时候放不出来,所以使得储能系统不会高效的运行。

这是统计的全年的功率的的概率值,可以从这张表上看一下,高出力的概率实际上是比较低的,低出力时概率比较高,当然与青海的风资源也有关系。

前面把风电和光伏的出力特性研究透了以后,还要研究一下储能的电池的特性。这张是一个常规的,只是展示一下趋势,数字不一定非常准确。我们研究了锂电池、液流电池、超级电容和铅酸电池。电池的特性还是差距比较大的。

锂电池:寿命比较短,但是效力是比较高,到90%多。

液流电池:寿命比较长,但是系统效率基本上是70%多。

超级电容:寿命很高、效率很高,但是成本非常高。所以还是要综合形成的从性价比上进行选择。这是展示的锂电池和液流电池实际的出力曲线,差距比较大。

这是气光电量光伏和储能的设计研究,首先做的是气光电量和储能容量的匹配性的研究,我刚才也介绍,调用了所有的日出力曲线以后,中午大家都是大发,早上少发,晚上不发,随着光伏大规模的投入,中午大家都大发的时候必然会限定,因为电网是消纳不了的。所以我们研究了中午限功率,不是限电量,限功率10%、20%、25、30%、40%的情况下,在不同的发电光伏的发电容量下,日受限发电量和日受限时长,整个统计分析出来以后,根据这几组数据来设计储能电池的容量和它的充放电的时间。

这是最后,我们通过前面的分析和研究,最后选定的光伏储能的技术参数。左边这个是不同的发电系统,实际上现在常规整个这个行业里边性价比最好的几组发电系统,电池类型主要是锂电池和液流电池,厂家有阳光三星、时代新能源、松下,在不同的限发功率,20、25、30、40下,电池的容量,每一种系统电池的容量是不一样的,还有带小数点的,这实际上是我们计算出来的。

这是集中式储能也是分液流和锂电池的几种性能。风电储能的研究,这是10万风厂的研究,最后通过四种模式下计算出来一个理论型的最优的容量值,算出来是10MW,13个小时是较优的,最后选择从价格上来说选择10MW,2个小时,就是20MWh,45万的风电,同样计算出来是135MWh,最后性价比考虑2个小时,90MWh。

分散布置,分散控制和集中控制,集中控制和集中布置,为什么这么研究?当时110MWh布置下来的,几十个足球场那么大,从安全性考虑还是比较大的,所以我们最终选择了分散布置和集中控制,为什么集中控制?前面讲了风电的运行策略是很难确定的,我们选择了这种模式的时候,应该是电池可以高效的应用起来。

这是后面几组实证性的数据,液流电池和锂电池充放电特性曲线的展示,液流是可以100%的充放,锂电池也可以,但是由于寿命的关系,还是要严格的按制造厂的要求来。

这是不同倍率的电池的温度特性的测试,可以看2C要比1C和0.5C,从温度和温差上面都要高一些。

这是几组不同的天气下,晴天、阴天、限价条件下和跟踪调度出力曲线,四种模式下实证的数据。最底下的曲线是电池的,有波动型和馒头状的是光伏的特性曲线。

为什么要这样实证形成的去做新能源的储能?因为运行的很少,而且电池的特性在实验室里边做的都比较好,但是把它装在现场的时候问题比较多。所以我们总结分析已用电站的特性,计算出来理论型的,装上去以后经过长时间多年的实际运行反过来再修正,理论性的计算,最后总结出来一套数据,为整个新能源光伏风电的设计,设备选型、用型等等提供一些实证性的数据。

本文来自嘉宾演讲速记整理,未经本人审核。

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