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            吉瓦級電化學儲能電站研究綜述及展望
            日期:2021-11-08   [復制鏈接]
            責任編輯:sy_qianjiao 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
            01、研究背景

            吉瓦級儲能電站已成為國家戰略性新興產業,每年新增15 GW/30 GW•h電化學儲能是落實“碳中和·碳達峰”目標的有效舉措。江蘇、河南、湖南、青海等省份百兆瓦級電化學儲能電站的成功投運,驗證了大規模儲能電站快速響應、精準調頻、應急支撐等作用,為儲能電站的工程運行積累了豐富經驗。但現有電站因投資主體、歸屬權不同,導致多個百兆瓦級電化學儲能電站之間難以協同控制,無法充分發揮電站匯聚效應,而吉瓦級電化學儲能電站是解決該問題的首選。吉瓦級電化學儲能電站可被定義為:在同一區域電網內,可以由電網進行統一調度的集中或分布式電化學儲能容量達到吉瓦級。其主要特征為:①容量達到吉瓦級;②同一區域電網;③受統一調度。針對未來儲能裝機缺額,吉瓦級儲能電站是一種可行的解決手段,推進吉瓦級電化學儲能電站建設已迫在眉睫。

            吉瓦級電化學儲能電站的建設仍然面臨著許多難題。吉瓦級電化學儲能電站系統集成難度大、運行調控策略實現復雜,目前仍處于摸索階段。在兆瓦級電化學儲能電站由數十兆瓦發展到百兆瓦的過程中,曾遇到過電池選型指標及并網指標不完善、不適宜,電站結構中經濟性與安全性不平衡,現有應用場景發展及新型應用拓展取舍等問題,因此在電站規模進一步提升至吉瓦級的過程中,吉瓦級電化學儲能電站需要借鑒已有的兆瓦/百兆瓦級電化學儲能電站運行經驗,加強在這些方面的理論分析,才能加快吉瓦級電化學儲能電站的建設,推動新型電網格局的形成與穩定運行,貫徹落實國家“四個革命、一個合作”的能源安全新戰略。

            為推進吉瓦級電化學儲能技術發展,本文討論了吉瓦級儲能電站的電池選型指標及并網指標;分析了不同電站結構發展及其優劣,為吉瓦級電化學儲能電站集成規劃提供參考;梳理了吉瓦級電化學儲能電站可行的應用場景,為吉瓦級電化學儲能電站指標體系建設提供指引。

            02、吉瓦級電化學儲能電站發展歷程與現狀


            儲能可以解決新能源占比提高問題,但水力儲能手段由于受到地理位置、占地面積等因素限制,近年來發展緩慢。而電化學儲能逐漸受到世界各國重視,國內外紛紛開展示各類電化學儲能示范工程項目,在應用領域不斷拓展的同時,電站規模也不斷擴大。國內電化學儲能示范工程發展情況如表1所示。

            表1 國內電化學儲能示范工程發展情況

            據權威機構統計,在“十三五”期間,全球電化學儲能容量由1.3%上升到3.7%,繼而增至5.2%,且仍保持著上升態勢。從電化學儲能占比的不斷上升可以看出,盡管各國在地理環境、人口需求和電力市場等不同方面存在差異,但電化學儲能電站仍是各國政府非常重視的輔助新能源發電/電網支撐的核心技術及裝備,且對其投資力度逐年升高。

            03、吉瓦級電化學儲能電站關鍵技術指標

            吉瓦級電化學儲能電站的電池技術指標以及并網指標的建立需要考慮其技術特點。對電站安全性的考驗應按照相關指標進行約束;吉瓦級電化學儲能電站的設備選型,如電池選型、PCS及變壓器等并網設備選型,需要根據相關指標、經濟型、安全性、設備性能做出選擇;電站應保證一定的綜合效率。

            目前國內儲能電池的發展仍在不斷迭代,考慮到磷酸鐵鋰電池的技術較為成熟、綜合性能也比較優良,可以作為主體電池使用;同時如鉛炭電池、液流電池等在不同應用場景下具有應用價值,可以選擇性使用。在并網指標制定時,需要統籌考慮電站綜合效率、電站設備選型以及安全水平要求,制定符合電站利益、電網收益的并網指標。

            04、吉瓦級電化學儲能電站結構

            4.1 吉瓦級電化學儲能電站集成結構分析

            目前存在電壓(方案1)、電流(方案2)及電壓電流共同作用(方案3)三種電站集成結構,其中方案3均衡型儲能電站集成結構如圖1所示。

            圖1 方案3均衡型儲能電站集成結構

            在相同的容量要求下對比3種方案發現:方案1中傳統電化學儲能電站通過提高并聯電池子單元數量提升電流,最終提高功率的方法需要加裝多個變壓器,導致成本過高;方案2通過儲能電池單體的高度集成提高儲能模塊電壓,經過功率單元后直接接入高壓電網,此方案省去了變壓器成本,經濟性較好,但現有技術無法將功率單元的器件耐壓提升到承受高壓電網電壓的水平;第3種方案均衡提升電壓與電流,一方面其功率單元承受的電壓小于方案2,目前的技術已有望實現,另一方面儲能子單元數量增多提升了電站的容錯率,其故障后切斷或檢修計劃不會導致電網出現過大的電力缺口。

            4.2 電化學儲能電站監控結構分析

            對吉瓦級電化學儲能電站的結構及其監控結構的規劃需要統籌考慮電站的應用場景、電站效率、安全性等方面,結合現有的成熟技術以及新興的潛力技術,建立具有高安全性能、良好經濟效益、靈活控制效果的吉瓦級電化學儲能電站。 電化學儲能電站監控系統如圖2所示。

            圖2 電化學儲能電站監控系統

            05、吉瓦級電化學儲能電站應用場景

            5.1 大規模電化學儲能電站應用現狀

            吉瓦級電化學儲能電站具有廣闊的發展空間,目前國內已有對于吉瓦級電站的規劃,青海海西州計劃在格爾木、烏圖美仁等地區建設1 GW/2 GW•h電化學儲能電站,河南、山西、福建、云南、蒙古等地也已對吉瓦級電化學儲能電站的可行性進行討論并進入了部署階段。

            5.2 吉瓦級電化學儲能電站電網側應用

            1)吉瓦級電化學儲能電站通過接收上級調度可以與新能源發電站之間協調控制,有利于新能源發電并網過程中的暫態頻率響應特性;同時,儲能裝置的電壓及無功快速調節能力可實現就地無功功率補償,緩解可再生能源并網導致的電壓波動問題。

            2)吉瓦級儲能作為調頻資源,其容量足夠大,運行成本遠小于常規調頻電源,且其作為調頻資源具備快速響應能力,可以將頻率波動對電網的影響降至最小。

            3)吉瓦級電化學儲能電站的規模巨大,足以提供電網級別的電能儲備服務,在電網的負荷低谷期儲備電能,在負荷高峰期釋放電能支撐電網運行,從而在提升電網運行穩定性的同時增加了電網經濟效益。

            5.3 吉瓦級電化學儲能電站發電側應用

            吉瓦級電化學儲能電站應公平參與電力現貨交易市場,在接受電網統一調度時,遵循“誰獲益,誰付錢”的原則,進行公平對等交易,推廣吉瓦級電化學儲能電站的商業模式;在收益方面,吉瓦級電化學儲能電站應將現有的電化學儲能電站技術集成于吉瓦級電化學儲能電站內,在具備調壓、輔助調頻、黑啟動等功能的基礎上,借助虛擬同步機、區塊鏈、大數據第新興技術,為不同的利益主體提供亟需的服務,打造獲益模式多元的良性、長遠的商業模式。

            06、結語

            吉瓦級電化學儲能電站是實現碳中和、碳達峰國家戰略的有力保障,其規?;l展是歷史必然。本文對吉瓦級電化學儲能電站的關鍵技術進行了解析,得出如下結論:吉瓦級電化學儲能電站需統籌考慮多個方面,進行電站的規劃、布局;兼顧安全性、經濟型等指標選擇電池;根據吉瓦級電化學儲能電站功能定位設計電站結構;以完善的指標體系引領吉瓦級儲能電站發展;效仿青海等地區的共享儲能等優良商業模式,以政策發布作為引領,建立吉瓦級電化學儲能電站的獨特商業模式。 
             
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            來源:電力系統自動化
             
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