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中国电力科学研究院迟永宁:新电力系统下技术问题与储能技术价值

特普生科技 特普生科技 2023-08-12 12 238

一、新型电力系统构建关键技术

新型电力系统面临的挑战

随着电源主体发生根本变化,新型电力系统将主要面临电力电量平衡、系统安全稳定、能源电力深度脱碳三个方面的巨大挑战。

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系统电力电量平衡

(1)新能源最小出力处于较低水平,对系统电力电量平衡和供电保障支撑能力不足

2019年各省、各区域、国网经营区新能源最小日平均出力水平分别为3.6%、8.0%和10.7%,新能源最小瞬时出力水平分别为0.2%、1.1%和5.0%,区域间互补效果不明显。

(2)寒潮等极端气候下电力供应需求增加,电力供应保障难度加大

我国中东部非供暖区域过去35年共发生寒潮43次,单次最大影响面积为110万平方公里,气温最大下降14°负荷最大增长可达2亿干瓦。


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(3)新能源发电与用电季节性不匹配,存在季节性电量平衡难题

新能源月度电量分布与负荷需求不匹配,夏季负荷电量高,而新能源发电量低,存在季节性电量平衡难题。

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大电网安全稳定控制

(1)电力系统在新能源的接入容量和出力占比达到一定规模时,系统运行所面临的安全稳定风险将显著上升,系统频率和电压安全问题尤为突出。需要创新稳定性认知与分析理论、研发新的新能源自主支撑控制等技术来奠定系统安全稳定运行的基石

(2)复杂巨系统运行控制措施配置和实施难度大,以新能源为主体的新型电力系统是一个多时空尺度、多层级、多系统耦合的复杂巨系统,支撑海量电力电子设备接入、海量复杂运行方式的电网控制措施配置和实施难度极大。

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能源电力深度脱碳

(1)能源系统低碳转型路径复杂,技术依赖度较高,且须主要依靠自身完成深度脱碳,但现有技术条件下可利用灵活性资源规模有限,还存在保障系统供电的压力。

(2)需突破火电CCUS、储能、需求侧响应等关键技术;高比例新能源接入下电网弃风、弃光率将会显著上升,有必要应用新能源电制氯技术开新非电消纳途径,进一步提高一次能源消费中部非化石能源占比,降低电网消纳的压力,提升能源系统整体效率

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二、 储能技术及其系统价值

提高新能源高占比运行下的系统调峰和风/光消纳能力

在高比例新能源接入地区,利用能量型储能的能量吞吐和时空转移能力,结合新能源出力预测,根据调度日前计划进行有序充放,提高系统调峰能力和新能源消纳水平。

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对于2030年某大区电网,在新能源装机占比66%的场景下(最大负荷1.38亿千瓦,直流外送6670万千瓦常规电源装机2亿千瓦,风电、光伏装机各2亿千瓦)。若使新能源并网发电量占比达到或接近50%,需配置1600万千瓦/6小时储能,可新增新能源消纳电量401亿千瓦时。

提高传统电源占比骤减下的系统惯量与一次调频能力

在高比例新能源和大容量直流接入地区,利用功率型储能的灵活调节能力,为系统提供惯量支撑和一次调频,可有效降低大功率缺额下电网频率失稳的风险。

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传统电源大比例退出下的电网AGC调频能力替代

在新能源高占比运行,电网传统AGC调节源退出时,利用功率型储能的AGC替代能力,为系统提供二次调频,可有效提升高渗透新能源电力系统的整体AGC调频能力。

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满足尖峰负荷供电、延缓电网投资

随着电网对效率和效益要求的不断提高,在按照“紧平衡”原则开展规划的要求下,储能是应对尖峰负荷供电压力的有效手段。在峰谷差较大的局部电网,利用能量型规模化储能满足尖峰负荷供电需求,可延缓电网投资,提高电网设备的利用率,具有显著经济效益。

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以某省网为例,2018年超过9500万千瓦(95%最大负荷)的尖峰负荷持续时间49小时(出现天数为7天)。若以调峰电源和输变电设备来满足尖峰负荷供电需求,建设投资约为400亿元,若考虑配置500万千瓦/2小时的电化学储能电站,储能投资需求约为160亿元(以能量型电池储能电站成本1600元/kWh)。

储能+新能源模式下改善新能源并网友好并网特性

新能源发电具有随机波动性和反调峰特性,系统的电力平衡与调峰压力加大,在高比例新能源电力系统中,可能带来新能源弃电和负荷供电保障等问题。在日波动周期性强的高光伏渗透率系统中,如将诸能与新能源联合配置与协调控制,则可有效提升系统的电力平衡与调峰能力,降低新能源出力间歇性的负面影响,提高新能源利用率,增强对用户的供电保障能力。

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三、未来储能技术的发展方向

一是精准划分储能类型,多元储能系统是新能源高渗透电力系统中重要的手段,可促进消纳、保障供应和提高安全性。为了实现科学配置和规范化,我们需要认知不同类型储能特性,包括日、多日、月、季、年调节等类型,并精细划分储能类型。在此基础上,应合理布局多元储能装置,特别是长时间、跨季节的大容量低成本储能技术,以推动新型电力系统的发展。

二是多元储能与其他电源协同运行与调度技术。未来储能各侧广域布局前提下,源、网、荷侧被调度的广域储能系统地理位置分布广泛,涉及的场景多且强耦合,调度与运行分析决策系统更复杂。且多元储能+其他电源在实现平衡与保供作用的基础上,充分认识和挖掘储能在电网事故或大扰动下安全稳定的维护作用。

三是保障储能系统价值实现的市场与政策机制。现有促进储能与新能源共同参与、担当电力保供任务的市场交易机制及配套政策不健全,不利于实现源网荷储协同互动发挥保供作用,需要研究促进多元储能可持续发展的“系统价值形成机制”与政策机制,构建促进储能参与平衡调节的中长期电力市场.现货市场和辅助服务市场机制。

特普生,成立于2011年,是国家高新技术、专精特新企业。主要研制NTC芯片热敏电阻温度传感器储能线束储能CCS集成采集母排储能模组铝巴等温度采集产品系列。一体化研制、一致性品质的特普生,竞争力优势明显:自主研制NTC芯片核心技术及实现医用0.3%精度;专利百项,保留不公开技术2项;为全球新能源产品、大消费品与工业品提供了定制化的温度采集技术。

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