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节能改变生活-专业节能博客

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储能型风电场应用实践  

2016-05-13 13:01:02|  分类: 生产工艺 |  标签: |举报 |字号 订阅

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十二五”期间,我国清洁能源快速发展,水电、核电、风电、太阳能发电装机规模分别增长1.4倍、2.6倍、4倍和168倍,其中风电无论装机规模、增长速度,无疑都是佼佼者。

  2015年中国风电并网装机累计已超过100GW,居全球首位。2005年中国风电总装机占全球装机仅为2.0%,仅仅10年时间这一比例已达25.9%。“十三五”期间,中国风电仍将持续快速发展,装机总量将翻1倍达250GW。

  ? 按地域分布,“三北”地区将要新增风电规模不低于60GW,中东部和南方地区及海上风电将增约40GW。到2020年,“三北”地区风电装机累计将达到 170GW,中东部及南方地区累计将达到70GW,海上风电达10GW。从“十三五”规划的思路看,西部大基地仍是风电发展的重点。

  ?按建设周期,“十三五”前期三年年新增装机容量可能达到25GW,后期两年年新增装机规模可能达到30GW。

  伴随着风电快速发展和装机增大,并网消纳和弃风限电的问题也随之而来,成为阻碍产业进一步发展迫切需要解决的问题。据国家能源局统计数据,2015年全国风电平均利用小时数为1728小时,同比下降172小时。弃风限电形势加剧,全年弃风电量339亿千瓦时,同比增加213亿千瓦时,平均弃风率15%,同比增加7个百分点。

  弃风问题得不到有效缓解和改善,不仅大大损害了投资者的利益和热情,更严重稀释掉了风电作为绿色能源本应取得的社会经济效益。

  情况最严重的恰恰是“三北”地区,当地风电大发时节正是电网调峰最困难的冬季供热期。甘肃成为2015年弃风问题最严重(弃风电量82亿千瓦时、弃风率 39%)、风电利用小时数最低(1184小时)的省份;吉林以弃风电量27亿千瓦时、弃风率32%位居第二;“三北”其余各省(区)的总体情况均不乐观。

  “十三五”规划明确提出,解决弃风限电问题是风电行业的关键任务,也是风电持续发展的必解之题。

  储能技术发展形势

  随着能源互联网概念的兴起,储能作为未来能源系统的关键节点被提升到了更为重要的位置,储能产业的发展也被广泛看好。

  储能技术主要分为物理储能(如抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等)、化学储能(如铅酸电池、钠硫电池、液流电池、锂离子电池等)和电磁储能(如超导电磁储能、超级电容器等)三大类。各种储能方式都有其自身适用的条件。

  化学储能随着其技术的逐步发展,由于其环境适应性好、能量密度高、占地少、效率高、工期短等优点受到越来越多的关注。

  从全球看,日、美、欧等发达国家对电化学储能技术投入较大,技术领先,预计至2015年底将有300余套储能电站投入运行,总安装容量达到891MW。

  我国电化学储能产业发展相对较晚,但受可再生能源快速发展以及近期电改相关政策刺激,市场逐步活跃。据统计至2015年底国内总装机约为106MW,近5年我国电化学储能市场增速复合增长率为110%,是全球市场的6倍,而到2020年预计市场规模将达到31GW。

解决(改善)思路

  要解决(改善)风电弃风限电问题,如果说着眼供需平衡,加强大型基地外送通道建设是基于资源禀赋和经济发展的宏观视角,那么着手储能技术结合,建设储能型风电场则是立足自身特性和技术演变的微观视角,是提高风电运行质量的的根本出路所在。

  储能系统具有动态吸收能量并适时释放的特点,能有效弥补风电的间歇性、波动性缺点,改善风电场输出功率的可控性,提升稳定水平。此外,储能系统的合理配置还能有效增强风电机组的低电压穿越能力、增大电力系统的风电穿透功率极限、改善电能质量及优化系统经济性。这样,电网系统受风电并网冲击降低,在不新增容量的情况下电网公司可以提高风电上网电量,甚至优先调度风电,可以大大增加风能的利用率,符合国家的大力发展新能源战略。

  因此,研发高效的储能装置及其配套设备,与风力发电机组容量相匹配,支持充放电状态的迅速切换,确保并网系统的安全稳定,已成为新能源充分利用的关键。

  项目概况

  基于以上考虑,北京华电天仁公司与国电和风公司合作,在北镇风电场开展了风电场大型混合化学储能示范项目,该项目完善了国电和风北镇风场功能,完成了该风场项目核准批复的储能项目。

  国电和风北镇风场位于辽宁省锦州市北镇市广宁镇东北约4km处。场址中心坐标东经121°51′,北纬41°42′。场址北至符家岭,南濒常屯村,西邻北镇市,东至下洼子一线,地形为海拔高度120m~240m的丘陵。

  国电北镇风电场风能资源丰富,已安装1500kW风力发电机组66台,装机容量为99MW,风电场建有66kV升压站1座,储能项目建设在升压站旁,储能容量为5MW×2h磷酸铁锂电池+2MW×2h全钒液流电池+1MW×2min超级电容,该项目是目前国内电源侧投资建设的规模最大的混合电化学储能示范项目。

  系统构成

  国电和风北镇储能系统主要配合风电场并网发电用,整个系统如图1所示包括风力发电机、升压站、电池组、电池管理系统、逆变器以及相应的储能电站联合控制调度系统、功率预测系统等在内的发电系统。

  国电和风储能系统的主体设备部署在与风电场相邻的储能站内,其中锂离子电池系统采用常规户内布置方案,锂电池储能装置楼为二层结构,设有电池间、PCS室、控制室、高压配电室、消防设备室;根据液流电池的特点将该系统布置在储能电池楼内,设置电池模块区、电解液储罐区、集液池、PCS&BMS电气区,升压变压器布置在室外,采用箱式变压器;超级电容系统布置在超级电容室楼,设有电容室、PCS室,升压变压器布置在室外,采用箱式变压器。另外,储能中央监控系统、功率预测系统、能量管理系统均布置在风电场综合办公楼中央机房,值班员站布置在风电场监控室内。

  储能系统接入风电场35kV母线,锂电池分5组,每组通过1MWPCS接入35kVI段;全钒液流电池通过4个500kW的PCS接入35kVII段,超级电容通过1MWPCS接入35kVI段,两段设计了联络开关,既可分段投入也可联合叠加作用。

  储能系统分两期建设,其中一期工程于2014年初开工,完成储能站、锂电池和液流电池安装调试后,同年年底通过辽宁电网公司验收并网运行;二期工程于2015年11月完成超级电容装置的加装,也已正式投入示范运行。

应用情况

  国电和风储能型风电场在常规的风力发电运行的基础上,主要实现如下四项示范应用功能:

  ?出力平抑,如图2所示,使风电场总出力波动得到了明显改善;如图3所示,最优输出波动<3%;

  ?跟踪计划,如图4所示,风电场跟踪计划曲线运行的能力得到较大改善;

  ?电网支撑,能够根据调度指令向电网及时输出有功/无功,辅助电网安全稳定运行。

  ?削峰填谷,能够在弃风限电时段存储少量电量,在非限电时段上网,获得更多发电收益。

  储能系统采用三种储能介质,因其在特性上有所互补,如图5所示,故在应用领域也有所倾向。本项目中锂电池更多应用于跟踪计划曲线,而超级电容和液流电池更多用于出力平抑。

  国电和风储能系统示范项目,从投资水平看,结合目前的峰谷电价差以及电池储能电站在示范项目阶段的容量,直接经济效益还无法达到电力行业基准收益率,但在技术验证、经验积累、团队打造、支持新能源的灵活接入等方面均有不小收获,具有较高的战略储备意义。

  随着未来储能产业的进步,电池在整个系统中的成本占比势必逐渐降低,若辅以适当的政策支持和市场激励,相信在不远的将来势必会有更多的储能型风电场建设投产。

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