甘肃省电力汪宁渤：风电场加装储能系统弃风储电年收益可达近百万

1MW/1MWH锂电池储能系统加装到直流母线上，通过现场的平滑动力出力测试，以及充放电的效果，加装超级电池以后，在分钟级/甚至秒级的有功变化大幅度降低，并且能够有效的控制风电的出力，在我们研究后发现，实际上后期风电场也直接把这套储能装置用于弃风情况下的储电，到不弃风时候的放电，一年也能够获取近百万的收益。

——甘肃省电力公司风电技术研究中心主任汪宁渤

2019年9月25日-26日第二届中国储能西部论坛在青海举办。本次会议由中国能源研究会储能专委会，青海大学，黄河上游水电开发有限责任公司，国网青海省电力公司，青海能高新能源有限公司，华能清洁能源技术研究院，中关村产业技术联盟联合会，中关村海东科技园等联合主办，青海省清洁能源高效利用重点实验室、中关村储能产业技术联盟承办。北极星储能网对论坛进行全程直播。

甘肃省电力公司风电技术研究中心汪宁渤主任在分论坛“储能参与辅助服务的路径与方式探讨”中，做了题目为“储能改善风电长并网技术性能研究”的演讲。

甘肃省电力公司风电技术研究中心主任汪宁渤：

很高兴在这儿跟大家再次交流储能和新能源发展的关系。我今天跟大家交流的是储能改善风电场并网性能研究。

首先，结合甘肃的一些新能源发展情况，谈一下储能的需求，首先在甘肃目前是在酒泉，其中敦煌变电所是国内外并网规模最大的新能源基地，在这样一个集中并网1500多万风光电的地区，又是距离兰州负荷中心1千公里，所以是集中并网规模最大，送出距离最远的新能源基地。在这样一个长条形的链条当中，形成了两头大，中间薄弱的点，在这样一个1000公里的双回输电线路过程中，由于源端的风电大幅度的有功的波动，会导致整个系统，包括有功和无功大幅度的波动，会使得整个运行控制非常的困难。

前几年，酒泉到湖南湘潭的特高压直流输电线路2400多公里的一条正负800输电线路投运，直到目前为止完全没有火电配套电源，完全由风电、光伏组成的送端电网的情况下，使得这条直流输电通道控制也是存在诸多问题、困难和挑战。

首先介绍一下大规模新能源基地的特点，除了刚才讲的情况以外，在整个中国新能源的发展状况，也是与欧美国家显著不同，资源与市场逆向分布，大规模集中开发，远距离送出的特点，包括甘肃、青海、新疆等等都是这样的一些特点。高比例、远距离外送的特点比较突出，像甘肃、新疆、青海、宁夏西北这几个省份的新能源的装机均超过30%，其中青海和甘肃已经都超过40%，甘肃的41.4%与国际上的小的国家相比，包括丹麦和德国相比，已经超过了他们的装机比例的水平。

在这样一个情况下，甘肃由于处在特殊的地理位置，所以在开发新能源方面，有一些特殊的优势，当然在青海也同样跟甘肃有很多地方比较类似的优势。

酒泉发展风电的优势，主要是风资源相对于其他地方比较稳定，场地平整，主要集中在开阔宽广的戈壁滩，而且交通条件比较好，国道、铁路都从风电场中心穿过，又是站在输电走廊的集中的位置，使得它具有比较好的大规模集中开发的新能源的特点和优势。

甘肃在新能源发展的过程中，大家可能听到有很多正面也有很多负面，但是从主要指标来看，年发电量占全省总发电量的23.7%，接近1/4，占全省用电量的32.9%，接近1/3，最大的月发电量已经到30%，装机容量占到41.5%，最大出力占全省最大用电负荷的80%以上，而且最大日发电量占全天日日发电量的55%，这些指标拿到世界范围内都是处在领先水平的，而且整个风电的发展过程中，也在积极探索高比例可再生能源发展的一些极限，到底在什么地方。

近几年，新能源的超常规发展，10年增长了200多倍，光伏6年增长了300多倍，同时新能源的总装机容量已经远远超过全省最大用电负荷，如果按照穿透率的概念来讲是141%，市场消纳能力严重不足的矛盾十分突出。同时，在前面讲的甘肃90%的风电集中在河西走廊，其中绝大部分集中在酒泉地区。需要通过750千伏电网输送到1000公里以外的兰州，是全世界并网最大规模的新能源基地。

导致这样一些问题，实际上带来的弃风弃光问题比较严重，整个国家的弃风2018年400多亿，相当于8个刘家峡电场的发电量，同时酒泉地区2011年也发生了100多次拖网事故，整个脱网事故频发，这些问题比较突出。

新能源的发展是一个机会与挑战并存的，从大的趋势来看，新能源发展的趋势又不是不可逆转的，如何来研究新能源的问题，我们首先从出力特性来研究，这是我们统计酒泉地区一个风电基地，风电整个平均利用小时数占到全年利用小时数的1/4-1/3，大概是30%左右，同时最高出力的的点是个别时段，整体呈现了大幅度波动的态势。

我们再看一下典型风电场的出力特性，也是有这样的特性，它的出力波动的幅度比较大，旁边是光伏的，大家知道光伏应该比较平滑，为什么不断的出现毛刺呢，实际这是一个多云的天气，云一遮，太阳立刻就降下来了，云一走，立刻就上来了，所以形成大幅度的波动比较突出，而且跟风电自我互补性不一样，光伏是一片云遮太阳，一片光伏的整体出力都呈现这样的特性。

同时整个风电又存在群体效应，也就是整个风电在整体的时间里，单台机组和单个风电场的浮动变化率更快一些，到整个大的风电基地总的风率呈现自我平滑效应。

这是整个出力平均的时间，99%以上的时间，整个酒泉风电基地的出力不超过60%，也就是它的平均出力水平比较低，只有不到1/4，25%左右，但是最大出力实现的时段非常少。

这个是整个发生事故情况，一个是电压跌落的电流变化和模拟功率的有功功率的曲线，在这样的过程中，会导致整个单个风电场发生事故，甚至有可能引起连锁故障，在整个酒泉2011年的时候，先后发生过100多次事故，风电最大的脱网3次严重的事故，最大的脱网达到了153万，相当于同时甩掉了5台30万的机组。实际上，对整个系统的电压和频率，电能质量，以及系统安全稳定都造成了很大的影响。为什么会对系统安全稳定影响呢？主要是是在运力负荷中心1千多公里的地方，当地没有常规电源支撑，突然甩掉150多万的负荷，必然会导致功率缺额难以弥补，对系统造成很大的冲击。

整个新能源出力的整体在极端情况下，新能源占比非常高，这是理论出力还原以后，最大的一天风光电的出力，包括全省用电负荷70%，实际上没有发生过这种情况，主要是发不出来这么多，已经弃掉了一部分，如果真发生这种情况，高比例新能源的发展会有一个比较大的越级。

这是风电的典型波动的情况，单台风电机组，风电场群，和整个酒泉，以及全省的风电变化幅度，大家可以看到，单场和单机波动幅度非常大，但是就全网或者酒泉地区有自我平滑效应，这个特点在风电当中普遍存在，也就是风电具有时空互补特性，这种互补特性是使得风电的整体的个性既不像我们想象的那么好，也不像我们想象的那么差，典型技术研究，我们主要是探索了一个风型储能提高风电储能的技术研究，通过锂电池和风电机组，风电机组+超级电容两种方式，两种方式都按照功率型储能的方式来运行，主要是改善风电并网的出力波动，电压支撑，可调性能和展态能力的支撑方面做了一些探索性的研究。

选择的是在酒泉基地西段的一个鲁能风电场，是3兆瓦的风电机组，在一端母线按照1MW/1MWh的箱式锂离子电池储能系统，实行平抑风电功率分钟级波动，跟踪计划出力。

这是我们接的锂电池储能系统内部的一个结构图，就是1MW/1MWH接到35千伏母线上。

这个储能的工作策略，通过研究，主要是进行平滑出力，并且通过充放电来应对一些紧急的缓解风电的出力波动，同时，可以探索削峰填谷，工艺增益和差值控制等等研究方法，这是风电机组加装超级电容的一个示意图，由于3MW用两个1.5MW的变频器并上的，相当于在两个变频器之间的直流母线上加了一个超级电容，只要在这个地方加装一个类似于储能的元件，同时能提供有功和无功支撑，对整个风电机组的性能改善肯定有比较大的帮助

这个是风储联合运行的模拟图，也就是说，在运行过程中，通过储能的工作，平抑毛刺浮动，但是变化的幅度整体不大，因为储能整体的容量比较小，只能起到这样的作用。

这是在风电机组上加装超级电容，并且在里面加装电力控制界面，在两个变流器之间的直流母线上分别加装两个150千瓦的超级电容，通过超级电容的激装，超级电容由于是瞬间的快速充放电，既能够吸收一定的有功，也能够释放出无功，在这个过程中，在电压跌落的过程中，我们选择的不同的测试，在接近额定功率70%左右的电压跌落情况下，能够保证5秒钟充电机组继续发出有功，这个是很好的电压耐受和展开支撑能力，整个通过超级点肉的作用，大幅度提升了风电机组的并网特性。这个是出口电压和无功变化，持续的时间是5.1秒，跌落有功整体的结束的时候，有功功率和无功的变化都完整的记录下来，证明在电压跌落到70%左右额定电压的情况下，具备能够继续平稳的输出有功的功能。

这个是整个记录波形图，并且在过程中，超级电容吸收了这么多有功，降低了母线电压的升高幅度，从而大幅度提高了机组的电压耐受能力和展开支撑能力，风电机组在这种情况下，可以有效的以继续输出有功，提升整个发电的特性。

1MW/1MWH锂电池储能系统加装到直流母线上，通过现场的平滑动力出力测试，以及充放电的效果，加装超级电池以后，在分钟级/甚至秒级的有功变化大幅度降低，并且能够有效的控制风电的出力，在我们研究后发现，实际上后期风电场也直接把这套储能装置用于弃风情况下的储电，到不弃风时候的放电，一年也能够获取近百万的收益。风电尽管在大风的时候，普遍弃风，但是大量的时间，不来风的时候，整个又是不限电的，大风的时候充满，没风的时候再放出去，较好的发挥了作用，从技术角度没什么可言的，但是从经济上，一年的运行效果还是不错的。

这个策略是我们在绝对功率控制下，风电整体按照这样的控制策略来进行执行，使得储能降低弃风率，并且能够动态调整它的运行状态，通过控制平台，来实现充放电的有序的控制。当然这套控制系统也可以进行人工控制，比如弃风条件下的充放电，后期我们风电场自己改变的。

通过这样一些探索，功率型储能，通过锂电池和超级电容的组合，可以大幅度的改善现有风电场的一些技术性能，尤其是在展台支撑能力和电压耐受能力，以及抗干扰能力方面，具有明显的效果，使得风电场和风电机组预备某些常规电源的特色。在高比例新能源发展过程中，对于改善风电并网特性或者是风电光伏的适应能力，逐步的提出了更多的需求，我们这个研究正是从这些方面进行有益的探索。

我的汇报到此结束，谢谢大家！