清華大學 電網(wǎng)側(cè)儲能設(shè)施規(guī)劃方法研究

2 能源轉(zhuǎn)型已成為當前世界各國均采取有力措施，探索推動能源綠色低碳轉(zhuǎn)型。2015年11月以來，近200個國家先后簽署《巴黎協(xié)定》，共同34要，儲能首次在國《能源發(fā)展戰(zhàn)略行2020年）》，首次將儲能列入9個重《關(guān)于推進“互聯(lián)網(wǎng)＋智慧能源發(fā)展提出鼓勵建設(shè)分布要，《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃《新能源汽車動力蓄電池回收利用管《關(guān)于促進我國儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見》?！蛾P(guān)于創(chuàng)新和完善促進綠色發(fā)展價格機制的意見》，提輔助服務(wù)補償?shù)仁袌龌瘷C制，促進儲能發(fā)展定義：泛指與電網(wǎng)所屬的輸、變、配電資產(chǎn)連接，服務(wù)電網(wǎng)運行的大規(guī)模能量存儲載體，通過為電網(wǎng)運行提供調(diào)峰、調(diào)頻、備用、黑啟動、需求響應(yīng)支撐等多種輔助服務(wù)，可促進新能源消納，提高電網(wǎng)運行安全穩(wěn)定52.2儲能技術(shù)分類側(cè)儲能主要分為機械儲能、電磁儲能、電化學儲能等多種形式。62.3儲能市場現(xiàn)狀截至2017年底，全球已投運儲能項目累計裝機規(guī)模為175.4GW。其中，抽水蓄能裝機占比最大，為96%，占據(jù)了絕大部分的市場份額；電化學儲能占已投運儲能總規(guī)模的1.7%，較2016年增長45%，雖然裝機規(guī)模不大，但增速較快，發(fā)展?jié)?2.3儲能市場現(xiàn)狀放電時間月天抽水蓄能壓縮空氣月天抽水蓄能壓縮空氣超導儲能秒45-70%從充放電效率、連續(xù)放電時間、電站最大功率三個特征指標方面，建立各類電網(wǎng)側(cè)儲電化學儲能憑借寬廣的適應(yīng)范圍和快速反應(yīng)能力，成為儲能在電力系統(tǒng)發(fā)、輸、配、用領(lǐng)域均有重要應(yīng)用價值，是能源互聯(lián)網(wǎng)主993.1數(shù)學模型及方法經(jīng)濟性原則多目標優(yōu)化經(jīng)濟性原則多目標優(yōu)化利用儲能系統(tǒng)進行充放電，利用儲能系統(tǒng)進行充放電，差分進化算法預(yù)測-校正內(nèi)點法差分進化算法預(yù)測-校正內(nèi)點法3.2地區(qū)儲能需求分析思路及方法地區(qū)儲能需求分析思路地區(qū)儲能需求分析思路電網(wǎng)側(cè)儲能的主要目的是促進可再生能源消納、減緩網(wǎng)絡(luò)輸電阻塞（滿足N-1、緩解重過載）、調(diào)峰調(diào)頻及可靠性（旋轉(zhuǎn)備用、配網(wǎng)側(cè)儲能等）。STEP1：確定可再生能源儲能需求STEP2：確定電網(wǎng)整體儲能需求STEP3：確定網(wǎng)絡(luò)需求儲能選址及容量STEP4：確定調(diào)峰調(diào)頻儲能容量STEP5：確定可靠性需求儲能選址及容量可再生能源消納情況裝機容量限電比例可再生能源接入站儲能配置 選址容量出力特性220kV變電站容載比統(tǒng)計情況儲能配置原則110kV變電站容載比統(tǒng)計情況儲能配置原則 220kV變電站容載比統(tǒng)計情況儲能配置原則110kV變電站容載比統(tǒng)計情況儲能配置原則 電網(wǎng)整體儲能容量需求配置方法 儲能容量配置配置方法配置方法 儲能容量配置配置方法儲能容量配置220kV變電站（重載）220kV變電站N（過載）110kV變電站（重載）110kV變電站2（過載）儲儲能配置儲能配置調(diào)頻需求調(diào)峰需求可靠性需求可靠性需求可靠性薄弱點可靠性需求儲能配置3.2地區(qū)儲能需求分析思路及方法根據(jù)規(guī)劃地區(qū)可再生能源裝機容量及其出力特性，確定促進可根據(jù)規(guī)劃地區(qū)可再生能源裝機容量及其出力特性，確定促進可可再生能源消納配置需求平抑發(fā)電波動平抑發(fā)電波動跟蹤發(fā)電計劃曲線減少棄風棄光跟蹤發(fā)電計劃曲線減少棄風棄光提高調(diào)度提高調(diào)度靈活性3.2地區(qū)儲能需求分析思路及方法根據(jù)新能源電站歷史運行數(shù)據(jù)，可得到發(fā)電計劃曲線逐日對偏差曲線進行分析，提取偏差曲線的峰值功循環(huán)上述過程，即可得到一年內(nèi)各日偏差曲線的峰值功率、偏差電量，可按照所有日最大的峰值功率和偏Est3.2地區(qū)儲能需求分析思路及方法網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與調(diào)峰配置需求網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與調(diào)峰配置需求針對220KV、110kV變電站重過載、潮流瓶頸、輸電通道受限、局部地區(qū)依賴電廠調(diào)峰等問題，有常規(guī)解決方案和儲能解決方案兩種方u改造老舊線路，增大導線截面；u優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；儲能系統(tǒng)快速充放電、時移轉(zhuǎn)換特點使得其在緩解電網(wǎng)負荷高峰期設(shè)備重過載、提高關(guān)鍵輸電通道斷面的輸送容量、提高電網(wǎng)運行的穩(wěn)定水平等方面具有優(yōu)勢。對于峰值負荷持續(xù)時間較短，尖峰負荷高的情況，儲能的優(yōu)勢更因此可綜合使用多種方式解決上述電網(wǎng)問題，通過技術(shù)經(jīng)3.2地區(qū)儲能需求分析思路及方法電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、調(diào)峰需求電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、調(diào)峰需求網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與調(diào)峰配置需求網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與調(diào)峰配置需求儲能功能定位滿足N-1準則短時允許過載率不應(yīng)超過1.3過載時間不超過2小時單個變電站儲能容量配置單變電站儲能配置：考慮到變電站儲能功能定位滿足N-1準則短時允許過載率不應(yīng)超過1.3過載時間不超過2小時單個變電站儲能容量配置Pmax-1.3(N-1)S供電分區(qū)地區(qū)變電站儲能需求綜合優(yōu)化確定重過載110供電分區(qū)地區(qū)變電站儲能需求綜合優(yōu)化確定重過載110kV和220kV配置標準容載比地區(qū)變電站儲能綜合配置原則其中，PLmax和KLmax分別為變電站 容載比地區(qū)變電站儲能綜合配置原則3.2地區(qū)儲能需求分析思路及方法3.2地區(qū)儲能需求分析思路及方法3.2地區(qū)儲能需求分析思路及方法對于系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，儲能的配置可通過削峰填谷降低負載率，提高電網(wǎng)的容載比。根據(jù)電網(wǎng)容載比要求及220kV變電站容量，確定系統(tǒng)需要配置的儲能總量。設(shè)220kV變電站總?cè)萘繛?，容載比要求為，則可得到儲能總體配置功率及容量確定總體需求之后，通過規(guī)劃區(qū)域220kV-110kV電網(wǎng)的接線，分析重過載站，得到細化的配置需求。3.2地區(qū)儲能需求分析思路及方法3.2地區(qū)儲能需求分析思路及方法3.2地區(qū)儲能需求分析思路及方法110kV變電站儲能配置對220kV的影響，主要取決于220kV變電站所帶各個110kV變電站的負載率均衡程度，若某些變電站重過載較為嚴重，其配置儲能需求較大，從而可較多降低220kV峰值負荷，但若110kV變電站負荷較為均衡，儲能配置需求較少，則30.025.020.0負荷負荷/萬千瓦15.010.05.00.0110kV變電站1110kV變電站2110kV變電站3110kV變電站4110kV變電站5110kV變電站6110kV變電站負荷之和220kV變電站時間/h3.2地區(qū)儲能需求分析思路及方法3.2地區(qū)儲能需求分析思路及方法 可靠性配置需求根據(jù)系統(tǒng)可靠性要求確定最小的備用容量需求。選取失負荷概率LOLP作為可靠性指標判據(jù)，根據(jù)電網(wǎng)歷史運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)，計算各時刻的運行備用，得到歷史運行備用曲線，其計算方法3.2地區(qū)儲能需求分析思路及方法將備用容量供給曲線和需求曲線做差，得到備備用容量備用容量/MW 243.2地區(qū)儲能需求分析思路及方法配網(wǎng)側(cè)移動式儲能系統(tǒng)可作為緊急電源支撐，充當UPS，為重要負荷提供不間斷供2）儲能設(shè)備功率配置宜不小于配變?nèi)萘康?0％，或有效降低配變最高負載率不小于放電2小時，或滿足配變高峰期電量曲線削峰3.2地區(qū)儲能需求分析思路及方法儲能輔助火電機組調(diào)頻系統(tǒng)配置包括功率和電量，其中額定功率為功率調(diào)節(jié)最大范圍；額定電量為電能存儲能力。儲能系統(tǒng)容量配置需要能夠滿足AGC信號和跟3.2地區(qū)儲能需求分析思路及方法用戶側(cè)儲能配置需求用戶側(cè)儲能配置需求電網(wǎng)側(cè)儲能項目對于電網(wǎng)安全可靠運行、等都具有十分顯著作用，需要促進新能源消納從社會經(jīng)濟資源有效配置的角度，分析電網(wǎng)側(cè)儲能對經(jīng)濟發(fā)展所做出的貢獻，重點關(guān)注項目外部性，評價其耗費社會資源的經(jīng)濟合理性，進行項目年限12…78…建設(shè)成本3750運行成本項目年限12…78…建設(shè)成本3750運行成本更換成本3750263601601601601指標。)指標。)NPV從國民經(jīng)濟評價角度綜合定性分析來看，電網(wǎng)側(cè)儲能項目具有突出的外部（間接）效果，大力發(fā)展電網(wǎng)側(cè)儲能對于各類儲能技術(shù)產(chǎn)業(yè)上下游、節(jié)能減排、推動技術(shù)擴散和發(fā)展、提高 5.2基于電力系統(tǒng)效益的儲能財務(wù)分析儲能系統(tǒng)成本由安裝成本、運行維護成本、投資成本主要表征儲能系統(tǒng)在壽命周期內(nèi)的資本支出情況，主要度電成本主要表征儲能系統(tǒng)單位發(fā)電量所產(chǎn)生的綜合成本，由資本指出儲能系統(tǒng)成本模型LCP=Csys__P+Crep_儲能系統(tǒng)成本模型表征指標成本構(gòu)成+Cf__P+Ce__P+Cg__P-Crec表征指標成本構(gòu)成 5.2基于電力系統(tǒng)效益的儲能財務(wù)分析提高供電可靠性收益避免了故障修復過程中的電能中斷，以保證供電可靠性耗 5.3基于電力系統(tǒng)效益的儲能財務(wù)分析隨著電池成本下降速度加快，內(nèi)部收益率（IRR）逐漸增加，從電力系統(tǒng)收益來看，其財務(wù)逐步具備可行隨著電池成本下降速度加快，內(nèi)部收益率（IRR）逐漸增加，從電力系統(tǒng)收益來看，其財務(wù)逐步具備可行性。但目前電池成本暫時無法下降如此之快，短期內(nèi)電化學儲能項目仍舊不具備經(jīng)濟性，隨著儲能技術(shù)的快速發(fā)展及規(guī)模效應(yīng)的出現(xiàn)，從長期來看，項目可以達到基- 5.3基于電力系統(tǒng)效益的儲能財務(wù)分析1輔助系統(tǒng)2聯(lián)合調(diào)頻日均收益：ALL聯(lián)合調(diào)頻日均收益：ALL=1948×(ln3.4+1)×6=25991.5元火電機組調(diào)頻日均收益：GEN=1430×(ln1.42+1)×6=11588.6元則儲能日均收益ISE=IALL-IGEN=14402.9元按照年均調(diào)頻200天考慮，則年均收益為288.1萬III?以某火力發(fā)電廠的一臺300MW直吹式機組為例，按照平均單向調(diào)頻指令次數(shù)為5次，磷酸鐵鋰電池使用2C充放電電流考慮，則儲能配置電量為1.5MWh。因此配置儲能系——900400-100-600900400-100-600 5.3基于電力系統(tǒng)效益的儲能財務(wù)分析種應(yīng)用場景，則儲能系統(tǒng)功率和容量配置均取二者較大值，最終確定儲能系統(tǒng)配置方案?磷酸鐵鋰方案的儲能系統(tǒng)內(nèi)部收益率IRR8.4%，種應(yīng)用場景，則儲能系統(tǒng)功率和容量配置均取二者較大值，最終確定儲能系統(tǒng)配置方案?磷酸鐵鋰方案的儲能系統(tǒng)內(nèi)部收益率IRR8.4%，0項目年限12…78…建設(shè)成本4257運行成本更換成本482482482482482凈現(xiàn)金流量-4245峰谷電價差（單位：元/kwh）） 5.3基于電力系統(tǒng)效益的儲能財務(wù)分析—12減少脫網(wǎng)考核的月度收益為：I減少脫網(wǎng)考核的月度收益為：Ikh1=3×3%×4250×