低惯量电力系统储能应用探究分析报告-培训课件

低惯量电力系统储能应用探究2023年7月2020-2060年我国电力发展情景*电源装机结构：2025年非化石能源发电装机占比约为50%；2035年风光装机量超过总装机容量50%；2055-2060年煤电装机保持3亿kW左右发电量结构：2030-2035年间非化石能源年发电量占比超过50%；2045-2050年间风光发电量超过总发电量50%1009080706050403020100100908070605040302010025201510593.5

10090.279.089.176.292.415.785.688.615.281.666.679.914.78072.474.6和效16.264.748.065.513.757.2

60.157.654.052.912.750.0

54.16045.044.722.042.137.829.638.59.59.833.19.69.38.84020033.97.611.37.24.44.93.314.44.73.610.8

12.15.35.42.15.11.44.60.75.74.03.02.91.711.70.813.10.5

0.49.602020

2025

2030

2035

2040

2045

2050

2055

20602020

2025

2030

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2040

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2050

2055

2060非化石能源发电量占比

年总发电量

风光发电量

煤电发电量非化石能源装机占比

发电装机总容量

风光装机煤电装机1*.

双碳目标下我国能源电力系统发展前景分析.

中国科学院学部“碳达峰与碳中和”科学与技术前沿论坛,

2023年2月.低惯量电力系统低惯量电力系统or低惯性时间常数电力系统未来电力系统将逐步从以同步电机为主的系统，转变为具有高比例新能源及高比例电力电子装备特征的电力系统推L

广和效益

析TmCTeLC2量化表征电网惯量的重要指标等效惯性时间常数电力系统等效惯性时间常数演变趋势为便于开展分析，以惯性时间常数M作为系统惯量水平的主要表征指标100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%12108包含多台发电机组的系统：

n

M

M

SS推广应用和效益分析6

Ni

BNiB

i

14

2

Jn

Ni

mNiS

SBNi

B

2

Sn

i

1Ni01996-2016年，欧洲电网惯性时间常数从8s下降至6.6s，新能源装机占比极高的丹麦电网则从8s快速下降至3.2s*水电火电核电风电太阳能其他等效惯性时间常数-不考虑风机惯量*Fernández-Guillamón

A，Gómez-Lázaro

E，Muljadi

E，et

al．Powersystems

withhigh

renewable

energy

sources:

A

review

ofinertia

and

frequency

control

strategies

overtime[J]．Renewable

and

Sustainable

Energy

Reviews，2019，115：109369．3低惯量电力系统面临的挑战电力电量平衡新能源渗透率提升2040年主要挑战：新能源消纳主要挑战：新能源消纳+电力保供+频率稳定主要矛盾：中短时间尺度电力平衡主要矛盾：中短时间尺度电力平衡+长周期电量平衡•

短时间尺度•

正常天气条件有功功率偏差——频率稳定场景条件时间尺度新能源消纳

or

频率稳定•中时间尺度小时级日级功率平衡问题——新能源消纳•

极端天气条件电力保供+频率稳定•

长时间尺度跨周跨季电量平衡问题——电力保供4储能在低惯量电力系统中的应用实现能源/电力的“断点续传”“缓存”储能

储能特有的功率控制和能量搬移功能，是支撑高比例可再生能源高效利用的有效调控手段能源转型未来愿景效益分析新型电力系统实现不同时间尺度电力电量平衡源

网荷电力系统特性的根本性变化（灵活性、经济性、安全性提升）储5储能应用场景新能源消纳-场景1高比例可再生能源电力系统发展情景•

储能促进新能源消纳作用存在饱和效应，随着储能相关指标2030年装机增加，储能对新能源消纳促进作用逐渐减弱一次能源消费总量（亿tce）58非化石能源在一次能源消费中的比例（%）28.11.004.506.8112.530.6310.263.3526.8%全国西北受端东北核电水电26.69%26.60%26.6%26.4%26.2%26.0%25.8%25.6%风电广应用和效电力装机（亿kW）太阳能发电生物质电煤电气电25.67%指标名称生产模拟仿真结果*非化石能源发电量（万亿kWh）非化石能源发电占比（%）新能源**发电量（万亿kWh）新能源发电量占比（%）5.4751.072.750.000.390.771.161.551.93配置储能容量（亿kW）25.67**结果统计中“新能源”均仅含风电、光伏，不包括生物质发电6*仿真基于中国电科院新能源时序生产模拟软件储能应用场景频率稳定随着M

降低，出现功率不平衡后•

频率初始下降率增大•

频率最大偏差增大虚拟惯量？

不影响频率稳态值效•

是否应该缺啥补啥？•

是否能补得上？是否具有经济性？电化学储能可快速减小功率不平衡值••

是否会导致新的问题？范例中，当电网H(M/2)=3时，频率偏差最大值约1.33Hz，电网H(M/2)=5时，频率偏差最大值约1.25Hz，两者差别偏差仅为0.08Hz（考虑到北美电网频率为60Hz，实际偏差更小）

Anderson

P

M

,

Mirheydar

M

.

A

low-order

system

frequency

response

model[J].

IEEE

Transactions

on

Power

Systems,

1990,

5(3):P.720-729.储能应用场景频率稳定频率跌落最低点•

随着新能源渗透率提高，M值减小，频率跌落最低点逐步降低假定出现5%