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国网冀北电科院刘辉:新能源到底需要怎样的储能?

北极星储能网  来源:北极星储能网    2019/12/6 9:54:38  我要投稿  

北极星储能网讯:“新能源到底需要怎样的储能?刚才说刚需。刚需是谁?像买房年轻人一样,新能源是储能的刚需。新能源需要解决问题:移峰+二次调频+主动支撑。主动支撑是最近一两年提起来的,到底需要什么样的储能?多种类型协调。我们不建议仅针对主动支撑配置储能,是不划算的,不是未来应用的模态。”

——国网冀北电科院所长刘辉

为引领和推动储能产业高效创新发展,中国能源研究会年会2019于12月5日在北京召开以“构建储能高效发展新模式”为议题的储能分论坛。论坛从储能产业实际问题和需求出发,围绕年度储能产业发展,就政策、前沿技术、应用、电力市场、安全等方面开展研讨。北极星储能网对会议进行全程直播。

现场直播丨中国能源研究会年会2019储能分论坛

会上,国网冀北电科院所长刘辉作了“冀北电科院在储能在新能源主动支撑方面的应用实践”的主题报告,以下为报告全文。

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国网冀北电科院所长刘辉

以下为发言实录:

听了刚才几位领导汇报收获很大,今天我给大家汇报的是讲讲我们储能刚需的一个方面。最近储能行业处于一个特殊的阶段,网上讨论我们储能成为刚需的时候,谁也离不开我们,那就是我们储能大规模发展、规模化发展的时期。关于储能的刚需的提法,最近网上也开始讨论,我在会议室见到郭总还跟我交流刚需的问题。我本人是搞新能源并网的,这几年关于新能源储能联合运行做了一些工作。这个片子在不同地方都讲,去年年会我大概说过,但是今年有一些新内容,今年主要是讲需求,讲我个人从新能源并网角度的一些思考,主动支撑示范应用的情况简单给大家汇报一下。

我们知道新能源和储能的联合大规模是从国家风光储示范工程开始的,从09年开始酝酿,12年建成。当时要解决的问题,新能源波动性和间歇性的问题,当时大家认识是这样。风光储的工程是这样干的,主要解决新能源参与调峰和二次调频问题。

最近行业内较热的是新能源主动支撑问题?主动支撑是什么?它不是解决波动平衡、间歇性的问题,它是一个新的概念。我们知道火电的运行两个层面:一是调度的自动控制系统,根据电力系统运行需要,通过AGC、AVC系统下令,对火电厂出力进行自动控制。第二,火电技术本身具备能力根据电网、电压自动调节,不用下指令,只要频率变化超过时区、电压变化超过时区自动进行频率和电压调节。

2010年以前基本上国内的新能源不具备自动控制的的能力,要通过调度员下令进行人工调节,2012年以后国内新能源AVC、AGC系统基本建成,具备调度自动控制的能力。

最近几年大家新能源在开始进行主动支撑能力的示范应用,西北的快速调频,还有我们在风光储搞的虚拟同步发电机就是主动支撑的范畴。主动支撑对于新能源,就是不仅依赖调度指令,二是可以自主地根据电网频率、调压,从机组层面或电站层面进行自主调频和调压。

一次调频的必要性,特别新能源高占比以后,新能源参与一次调频必要性有多大?我们做了仿真,以当前华北电网为例,在4%功率缺额的情况下,假设全是常规能源火电或水电,系统频率是蓝色曲线。新能源占比21%同样的情况下,也就是目前的华北电网现状,是红色曲线,频率特性大幅恶化。这张曲线出来后,很多同行觉得我们夸大其词。

今年英国八九停电给大家上了一课,英国“8.9”因为雷击有一条线路跳闸引起连锁反应。当时损失功率210万,其中70%跳闸容量是新能源,系统频率先是跌到49.1赫兹,第二次跌到到48.8赫兹,低频减载动作后,系统频率开始恢复。

当时事故以前系统运行状况什么样?非同步电源,即风电、直流和光伏三个加起来占比47%。分析英国停电原因,虽然英国的标准需要新能源机组具备一次调频能力,但机组在动态过程中没有发挥惯量支撑和一次调频。

它有一个火电厂和一个海上风电跳闸以后系统频率下降得特别快,说明系统惯量总体水平不够。为什么下降快?因为风电和光复没有惯量。系统频率跌落的深度非常深,一次调频能力不足。英国的停电是第一次世界上因为新能源机组不具备主动支撑能力而产生一次大规模停电的事故。虽然我们前期国内做新能源调频大家争议很大,不同人的认识不一样,但“8.9”停电对我们逐渐取得共识。关于“8.9”停电今天多说了一些。

后面几分钟时间简单讲讲,关于新能源支主动支撑示范工程的情况。首先是虚拟同步发电机技术,解决新能源主动支撑一个重要的技术手段之一。

我们知道,主动支撑功能主要是一次调频,一次调频需要有两个环节:一是要有备用,这个备用是什么?等于火电机组的汽包,汽包里面储的汽,气门调大汽轮机出力增加。对于新能源一次调频,调频能量从哪儿来?有两种方式:一是预留备用,二是配置储能。如果新能源预留10%的备用,每年弃风限电接近20%,预留备用方式推广很差,储能是非常经济的手段。一年弃风限电成本能配一套储能,经济性明显更优。第二是控制的技术,搞虚拟同步机研究的目前主要是侧重于控制技术的研究。

我们研制的虚拟同步机三大类六种。一是,风电虚拟同步机没有加装储能,一次调频响应时间约为5秒钟,比火电要快。二光伏的虚拟同步机,配置了储能,500千瓦变流器直流侧并联储能,我们选了两种储能:超级电容、锂电池。锂电池配50kW/30min;超级电容:50kW/15s。配10%的容量,功率是10%,两种储能工程造价相当大,但容量差距非常大,大概100多倍。光伏虚拟同步发电机一次调频响应时间非常快,约为1秒钟,为火电响应时间的10倍。

第三类是集中式储能虚拟同步发电机。我们做了2台5MW*20min锂电池储能虚拟同步机,一次调频响应时间约为500毫秒。

总的改造规模,光伏24台、风电56几台。

几点不成熟的想法:第一,前期我们储能用的重要的功能是平滑新能源的波动,必要性不大。这是同一天24小时一个区域单台机组出力、单台机场出力到集群出力,分钟波动比较小,小时级波动较大。储能要解决什么问题?我个人认为要解决大波动问题。分钟级的毛刺影响不大,新能源规模大了,自然就平滑了。

第二,到底配什么样的储能?我们做两种尝试,现在火电机组调频死区是正负0.033Hz。这是华北电网30分钟的实际频率变化曲线,可以估算火电机组一次调频次数每天100-500次。所以我们建议采用飞轮(超级电容)和锂电池混合的模式。飞轮(超级电容)响应小幅的高频词的频率变化,锂电池响应大幅和低频次的频率变化

最后,新能源到底需要怎样的储能?刚才说刚需。刚需是谁?像买房年轻人一样,新能源是储能的刚需。新能源需要解决问题:移峰+二次调频+主动支撑。主动支撑是最近一两年提起来的,到底需要什么样的储能?多种类型协调。我们不建议仅针对主动支撑配置储能,是不划算的,不是未来应用的模态。如果在新能源厂站做,一定考虑移峰,综合多种应用模式。

这是我今天给大家汇报的内容,很多观点都不成熟,请大家批评指正。谢谢大家!


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