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储能科学与技术

广东院楚攀博士:混合储能技术在清洁电力系统中的应用

2019-10-17 10:09| 发布者: admin| 查看: 9296| 评论: 0

摘要: 中国储能网讯:2019年10月11-12日,第六届储能技术在分布式能源与微电网中应用高层研讨会”在深圳召开。来自科研机构、设计院、新能源发电企业、电力公司、系统集成商、电池制造企业、电气元器件企业、新能源制造企 ...

中国储能网讯:2019年10月11-12日,第六届储能技术在分布式能源与微电网中应用高层研讨会”在深圳召开。来自科研机构、设计院、新能源发电企业、电力公司、系统集成商、电池制造企业、电气元器件企业、新能源制造企业、项目承包商、投融资机构等500余人参加了本次会议。

在会上,广东省电力设计研究院有限公司储能技术中心主任楚攀博士分享了主题报告《混合储能技术在清洁电力系统中的应用》,以下为报告实录:

楚攀:感谢大家坚持到最后,作为压轴报告,我与大家分享一下对储能调频市场的理解和对未来市场发展趋势的判断。

这是一个内蒙古地区的项目,基本的项目信息见PPT,我们来看一下本地的电源结构和负荷情况,装机容量里大概有23%的是风电,8%是太阳能,区域电网的负荷中有40%由可再生能源提供,因此电网的波动性比较大,对储能调峰调频的需求也很大。同时,由于本地的负荷不高,需求也不大,导致本地的调节能力有限,进一步增加了调峰调频的难度。基于此,储能联合火电厂机组进行调频会有较好的发展前景,甚至在一些深度调峰的应用领域,也有较大的发展空间。

根据火电机组的基本运行数可以看到,在9分钟内响应了19个AGC的指令,机组出力过调或者欠调的偏差形态出现概率为14%,绝对偏差值不超过2MW,这种频次高,绝对值小的调频信号,也是未来广东市场的发展趋势。目前广东省的可再生能源的装机容量和可再生能源的发电量,是在逐渐增加,虽然还没有增加北方区域的高比例情况,但也照着这个趋势在发展。未来广东省的调峰调频特性将和蒙西区域的现在的特性非常接近,蒙西区域的现状就是广东电网的未来。

基于数据,我们做了一些深入的统计分析,小于9MW的指令大概有79%,9MW以上的有21%,不同的颜色代表不同的技术区域。黄色区域单独采用飞轮储能的技术,占总指令数量的26%。橙色区域使用飞轮储能与机组联合响应的调节指令,占总数19.6%,大家不要小看火电机组和燃气机组的能力,在自身的基础上再叠加混合储能系统,最后的调节性能更好。有一些火电厂,做了储能调频的技术改造,但K值提高并不多,原因是机组不够优化。粉色区域为混合储能与机组联合响应的指令,占总指令数的54.4%。

针对指令的大小和时长,研究了其分布情况,小于4MW的指令是最多的,这也是广东省未来的调频市场要面临的情况,目前广东市场的特点是中等程度的指令比较多,未来随着可再生能源的比例不断提升,其指令特性会与蒙西区域的教接近。

从项目的数据来分析,AGC的指令深度来看,小于9MW的有79%,小于4MW的有接近45.6%,9MW-11MW的指令占12%,虽然只占12%,但贡献率超过了40%。

广东市场的情况,长指令比较多一些,这也造成目前广东市场内联合调频对电池的要求比较高,在大指令下,磷酸铁锂储能系统就经常大倍率充放电,在这样的使用场景下,别说三年,很可能两年都撑不到,这也是我们广东院一直推广混合储能方案的原因。

这个电厂找广东院之前,先做了纯粹的电化学储能调频解决方案,没有考虑锂电池的寿命影响,也没有考虑指令的分布性,由于9MW到11MW的收益占比大,此前的方案,并没有解决纯电化学储能系统存在的安全隐患。关注新闻的朋友知道,2018年国外仅是韩国一年大概有20多起储能项目的着火甚至爆炸的事故。

使用混合储能方案以后,将飞轮储能和磷酸铁锂按一定配比组成混合储能系统,由整体的储能控制系统进行实时的监测及控制,按照一定的运行策略去调用飞轮出力或者是飞轮与锂电池联合出力,这样的情况下既能发挥锂电池能量大的优势,也可以发挥飞轮系统功率高,寿命长的优势,可以进一步提高调频精度。基于飞轮储能的原理,飞轮释放的电量和能量和转速是严格的正比关系,通过转速可以进行精确的控制。但磷酸铁锂电化学储能系统的SOC的测量经常不准,经过长期的运行以后,一些模型比如开路电压的模型、积分模型等、不进行校准的话,SOC偏差比较大,随着时间的进展,SOC的准确度会越来越低,但飞轮储能不存在这个问题。

这是一个混合储能系统的框架图,也是一个原理图,供大家参考。

锂电池配置了9MW/4.5MWh,功率上是13MW。指令的分布前面业介绍过了,我说一下最后一条,配置飞轮储能可以起到什么样的优势,调节偏差缩小三倍左右,调频的精度提高0.3,整体的收益提高15%以上。

项目建设的主要内容大概过一下,每个项目都大同小异,这是集装箱的布置图(见PPT),这是布置图(见PPT),这是两个储能系统的接线方案,电厂侧要改造的地方。

最后在经济性方面,系统总体的造价大概是4000万左右,现在有可能高、有可能低,一些配件价格是在波动的。上面的计算表格是没加入混合储能的测算情况,下面的是加入混合储能的情况,加入混合储能以后,每年的增量收益在1200到1600万左右。

这个表比较关键,投资方的收益计算,大概能做到13.7%的收益率,这个收益率相对几千万的收益量级,已经很不错了。

当然,项目也存在一些风险,北方的政策风险相对比较大,能监局的规定直接影响调频里程的价格,这方面广东的政策风险非常小,广东调频里程的价格几乎是市场化的,有点类似于股票、现货交易情况,它是多方博弈的市场。有资格参与广东调频市场的有100多个机组,这100多个机组都去报价,报价的时候要考虑其他人的报价,这是一个典型的多方博弈的市场,接近了完全市场化的机制,政策风险在北京和广东相对小一点,在山西、内蒙的风险相对大一些。还有回款的风险、技术风险(技术风险是可控的)。这是最后的结论,这个过程中已经讲过了,不再赘述。

最后,我来介绍一下未来储能调频项目的发展趋势及展望,这个图是我统计了目前能在互联网上检索到和储能相关正规出版的期刊论文、技术文章,大概有2万篇,我应用大数据分析技术,把关键词整理出来,里边大概有3296篇讲的是储能技术,因为讲到很多,这是直接和储能技术路线相关,摘出来以后,未来讲得比较多的是右边的饼状图。飞轮储能、混合储能系统,混合储能的关键词数量达到了1/3的占比,广东院推广的混合储能方案用的是飞轮储能+锂电池储能,飞轮储能寿命相比超级电容有非常大的优势,超级电容也是化学储能的一种,在安全性上也是存在一定的风险。

最后基于广东省20多个项目的情况,大概介绍一下储能调频项目成败的关键因素。目前广东市场是储能调频项目里最火爆的市场,电化学联合火电机组进行AGC调频是具备经济性和商业模式的项目,项目出来以后,现在是很混乱的情况,大家不分优劣,只要有项目,都拥上去投标,有些厂商给出很高的分成比例,把整个市场搞得比较差。

这样的项目投了以后,是否具备长期的收益性?现在很多都是按照前五年、后五年的分成比例,有的前五年给电厂30%甚至更多,后五年给电厂50%甚至60%,项目能运行到五年以后吗?自己都说不准。五年以后这套系统在电网里还有竞争有事吗?也说不清楚。

在我们看来,未来发展的趋势,我们的绿能、可再生能源应用越来越多,一是电源结构是否有考虑,是否考虑电源结构的分布特点,在哪个电厂做,以后才能保证这个电厂在调频、调峰可以持续获得较大的需求?二是电网结构,比如说50万的变电站、20万的站和电网的传输通道,决定了调频时或提供其他服务时电网对你调度的频次,架构越成熟收获就会越大。三是整体电源的中远期规划,广东省海上风电规划的比较多,广东省的负荷1.2亿,到2035年,会有7000万千瓦左右的海上风电投运,对广东电网、南方电网是什么影响?广东22个在建和储备的项目,我看了他们的可研报告,这些因素在可行性研究报告中没有看到过,应该考虑的因素他们都没有考虑。

混合储能系统是未来的储能发展大趋势,基于我前面的大数据分析,这个趋势大家看得越来越明显。请大家把握这个趋势,在做项目之前,将我列出来的六个因素逐一论证一下,在可研报告里一定要体现,这些都是要做项目前考虑的。这些因素如果都没有考虑的话,项目失败的可能性要更大一些。

感谢大家,我的分享到此结束。


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