清华大学 电网侧储能设施规划方法研究

2 能源转型已成为当前世界各国均采取有力措施，探索推动能源绿色低碳转型。2015年11月以来，近200个国家先后签署《巴黎协定》，共同34要，储能首次在国《能源发展战略行2020年）》，首次将储能列入9个重《关于推进“互联网＋智慧能源发展提出鼓励建设分布要，《能源技术革命创新行动计划《新能源汽车动力蓄电池回收利用管《关于促进我国储能技术与产业发展的指导意见》。《关于创新和完善促进绿色发展价格机制的意见》，提辅助服务补偿等市场化机制，促进储能发展定义：泛指与电网所属的输、变、配电资产连接，服务电网运行的大规模能量存储载体，通过为电网运行提供调峰、调频、备用、黑启动、需求响应支撑等多种辅助服务，可促进新能源消纳，提高电网运行安全稳定52.2储能技术分类侧储能主要分为机械储能、电磁储能、电化学储能等多种形式。62.3储能市场现状截至2017年底，全球已投运储能项目累计装机规模为175.4GW。其中，抽水蓄能装机占比最大，为96%，占据了绝大部分的市场份额；电化学储能占已投运储能总规模的1.7%，较2016年增长45%，虽然装机规模不大，但增速较快，发展潜82.3储能市场现状放电时间月天抽水蓄能压缩空气月天抽水蓄能压缩空气超导储能秒45-70%从充放电效率、连续放电时间、电站最大功率三个特征指标方面，建立各类电网侧储电化学储能凭借宽广的适应范围和快速反应能力，成为储能在电力系统发、输、配、用领域均有重要应用价值，是能源互联网主993.1数学模型及方法经济性原则多目标优化经济性原则多目标优化利用储能系统进行充放电，利用储能系统进行充放电，差分进化算法预测-校正内点法差分进化算法预测-校正内点法3.2地区储能需求分析思路及方法地区储能需求分析思路地区储能需求分析思路电网侧储能的主要目的是促进可再生能源消纳、减缓网络输电阻塞（满足N-1、缓解重过载）、调峰调频及可靠性（旋转备用、配网侧储能等）。STEP1：确定可再生能源储能需求STEP2：确定电网整体储能需求STEP3：确定网络需求储能选址及容量STEP4：确定调峰调频储能容量STEP5：确定可靠性需求储能选址及容量可再生能源消纳情况装机容量限电比例可再生能源接入站储能配置 选址容量出力特性220kV变电站容载比统计情况储能配置原则110kV变电站容载比统计情况储能配置原则 220kV变电站容载比统计情况储能配置原则110kV变电站容载比统计情况储能配置原则 电网整体储能容量需求配置方法 储能容量配置配置方法配置方法 储能容量配置配置方法储能容量配置220kV变电站（重载）220kV变电站N（过载）110kV变电站（重载）110kV变电站2（过载）储储能配置储能配置调频需求调峰需求可靠性需求可靠性需求可靠性薄弱点可靠性需求储能配置3.2地区储能需求分析思路及方法根据规划地区可再生能源装机容量及其出力特性，确定促进可根据规划地区可再生能源装机容量及其出力特性，确定促进可可再生能源消纳配置需求平抑发电波动平抑发电波动跟踪发电计划曲线减少弃风弃光跟踪发电计划曲线减少弃风弃光提高调度提高调度灵活性3.2地区储能需求分析思路及方法根据新能源电站历史运行数据，可得到发电计划曲线逐日对偏差曲线进行分析，提取偏差曲线的峰值功循环上述过程，即可得到一年内各日偏差曲线的峰值功率、偏差电量，可按照所有日最大的峰值功率和偏Est3.2地区储能需求分析思路及方法网络结构与调峰配置需求网络结构与调峰配置需求针对220KV、110kV变电站重过载、潮流瓶颈、输电通道受限、局部地区依赖电厂调峰等问题，有常规解决方案和储能解决方案两种方u改造老旧线路，增大导线截面；u优化网络结构；储能系统快速充放电、时移转换特点使得其在缓解电网负荷高峰期设备重过载、提高关键输电通道断面的输送容量、提高电网运行的稳定水平等方面具有优势。对于峰值负荷持续时间较短，尖峰负荷高的情况，储能的优势更因此可综合使用多种方式解决上述电网问题，通过技术经3.2地区储能需求分析思路及方法电网结构、调峰需求电网结构、调峰需求网络结构与调峰配置需求网络结构与调峰配置需求储能功能定位满足N-1准则短时允许过载率不应超过1.3过载时间不超过2小时单个变电站储能容量配置单变电站储能配置：考虑到变电站储能功能定位满足N-1准则短时允许过载率不应超过1.3过载时间不超过2小时单个变电站储能容量配置Pmax-1.3(N-1)S供电分区地区变电站储能需求综合优化确定重过载110供电分区地区变电站储能需求综合优化确定重过载110kV和220kV配置标准容载比地区变电站储能综合配置原则其中，PLmax和KLmax分别为变电站 容载比地区变电站储能综合配置原则3.2地区储能需求分析思路及方法3.2地区储能需求分析思路及方法3.2地区储能需求分析思路及方法对于系统网络结构，储能的配置可通过削峰填谷降低负载率，提高电网的容载比。根据电网容载比要求及220kV变电站容量，确定系统需要配置的储能总量。设220kV变电站总容量为，容载比要求为，则可得到储能总体配置功率及容量确定总体需求之后，通过规划区域220kV-110kV电网的接线，分析重过载站，得到细化的配置需求。3.2地区储能需求分析思路及方法3.2地区储能需求分析思路及方法3.2地区储能需求分析思路及方法110kV变电站储能配置对220kV的影响，主要取决于220kV变电站所带各个110kV变电站的负载率均衡程度，若某些变电站重过载较为严重，其配置储能需求较大，从而可较多降低220kV峰值负荷，但若110kV变电站负荷较为均衡，储能配置需求较少，则30.025.020.0负荷负荷/万千瓦15.010.05.00.0110kV变电站1110kV变电站2110kV变电站3110kV变电站4110kV变电站5110kV变电站6110kV变电站负荷之和220kV变电站时间/h3.2地区储能需求分析思路及方法3.2地区储能需求分析思路及方法 可靠性配置需求根据系统可靠性要求确定最小的备用容量需求。选取失负荷概率LOLP作为可靠性指标判据，根据电网历史运行统计数据，计算各时刻的运行备用，得到历史运行备用曲线，其计算方法3.2地区储能需求分析思路及方法将备用容量供给曲线和需求曲线做差，得到备备用容量备用容量/MW 243.2地区储能需求分析思路及方法配网侧移动式储能系统可作为紧急电源支撑，充当UPS，为重要负荷提供不间断供2）储能设备功率配置宜不小于配变容量的10％，或有效降低配变最高负载率不小于放电2小时，或满足配变高峰期电量曲线削峰3.2地区储能需求分析思路及方法储能辅助火电机组调频系统配置包括功率和电量，其中额定功率为功率调节最大范围；额定电量为电能存储能力。储能系统容量配置需要能够满足AGC信号和跟3.2地区储能需求分析思路及方法用户侧储能配置需求用户侧储能配置需求电网侧储能项目对于电网安全可靠运行、等都具有十分显著作用，需要促进新能源消纳从社会经济资源有效配置的角度，分析电网侧储能对经济发展所做出的贡献，重点关注项目外部性，评价其耗费社会资源的经济合理性，进行项目年限12…78…建设成本3750运行成本项目年限12…78…建设成本3750运行成本更换成本3750263601601601601指标。)指标。)NPV从国民经济评价角度综合定性分析来看，电网侧储能项目具有突出的外部（间接）效果，大力发展电网侧储能对于各类储能技术产业上下游、节能减排、推动技术扩散和发展、提高 5.2基于电力系统效益的储能财务分析储能系统成本由安装成本、运行维护成本、投资成本主要表征储能系统在寿命周期内的资本支出情况，主要度电成本主要表征储能系统单位发电量所产生的综合成本，由资本指出储能系统成本模型LCP=Csys__P+Crep_储能系统成本模型表征指标成本构成+Cf__P+Ce__P+Cg__P-Crec表征指标成本构成 5.2基于电力系统效益的储能财务分析提高供电可靠性收益避免了故障修复过程中的电能中断，以保证供电可靠性耗 5.3基于电力系统效益的储能财务分析随着电池成本下降速度加快，内部收益率（IRR）逐渐增加，从电力系统收益来看，其财务逐步具备可行随着电池成本下降速度加快，内部收益率（IRR）逐渐增加，从电力系统收益来看，其财务逐步具备可行性。但目前电池成本暂时无法下降如此之快，短期内电化学储能项目仍旧不具备经济性，随着储能技术的快速发展及规模效应的出现，从长期来看，项目可以达到基- 5.3基于电力系统效益的储能财务分析1辅助系统2联合调频日均收益：ALL联合调频日均收益：ALL=1948×(ln3.4+1)×6=25991.5元火电机组调频日均收益：GEN=1430×(ln1.42+1)×6=11588.6元则储能日均收益ISE=IALL-IGEN=14402.9元按照年均调频200天考虑，则年均收益为288.1万III•以某火力发电厂的一台300MW直吹式机组为例，按照平均单向调频指令次数为5次，磷酸铁锂电池使用2C充放电电流考虑，则储能配置电量为1.5MWh。因此配置储能系——900400-100-600900400-100-600 5.3基于电力系统效益的储能财务分析种应用场景，则储能系统功率和容量配置均取二者较大值，最终确定储能系统配置方案•磷酸铁锂方案的储能系统内部收益率IRR8.4%，种应用场景，则储能系统功率和容量配置均取二者较大值，最终确定储能系统配置方案•磷酸铁锂方案的储能系统内部收益率IRR8.4%，0项目年限12…78…建设成本4257运行成本更换成本482482482482482净现金流量-4245峰谷电价差（单位：元/kwh）） 5.3基于电力系统效益的储能财务分析—12减少脱网考核的月度收益为：I减少脱网考核的月度收益为：Ikh1=3×3%×4250×