兆瓦级大型储能电站在用户高可靠性供电的应用研究

兆瓦级大型储能电站在用户高

可靠性供电的应用研究

一、项目执行情况二、项目完成程度三、主要研究内容四、研究成果及成效五、成果创新点及特色六、总结及展望一、项目执行情况2014年1月1日—2014年4月20日主要内容：（1）项目相关文献、标准及实地调研，分析研究已有大容量储能电站运行现状；（2）制定基于MW级大容量储能技术的高可靠性供电方案；（3）确认规程编写范围，完成规程初稿，并召开专家审查会；（4）对供电方案的可行性进行综合评估；（5）规程征询建议阶段；根据征询建议修改规程形成送审稿。

一、项目执行情况2014年4月20日—2014年10月20日

主要内容：（1）对供电方案的经济性、可靠性进行分析评价；（2）结合特需用户电力工程，完成基于MW级大容量储能技术的特需用户高可靠性供电示范工程系统分析。2014年10月20日—2014年12月30日

主要内容：（1）针对MW级大容量储能技术的特需用户高可靠性示范工程前期研究；（2）储能系统应用于配电网中的电能质量检测。

2014年10月20日—2014年12月30日项目总结，准备结项材料。

规范标准：《大型储能电站技术规范》（地方标准）建议稿。专题报告：大型储能电站工程关键支撑技术；特需用户用电需求调研报告；储能系统典型应用案例分析报告；MW级大容量储能技术的高可靠性供电方案及其仿真评估报告；基于储能技术的特需用户高可靠性供电方案的可靠性与经济性评价指标体系；基于MW级大容量储能技术的特需用户高可靠性供电示范工程前期研究；兆瓦级大型储能电站在用户高可靠性供电的应用研究二、项目完成程度论文和专利：已撰写论文5篇：储能电站的接入对配电网运行状态影响分析储能电站接入配电网的可靠性评估多种智能设备接入系统的配电网经济效益分析考虑不同利益主体的储能电站经济效益分析智能配电网中储能电站的经济效益分析

已经准备申请专利4项。二、项目完成程度子课题一：大型储能电站工程关键支撑技术研究1）大型储能电站工程关键支撑技术研究；2）大容量储能技术典型应用案例研究；3）大型储能电站工程施工关键技术研究；4）大型储能电站运行维护管理策略研究；5）大型储能电站技术规范研究。三、主要研究内容——子课题一子课题二：兆瓦级大型储能电站在用户高可靠性供电的应用研究1）特需用户用电需求调研报告；2）储能系统典型应用案例分析报告；3）兆瓦级大容量储能技术的高可靠性供电方案及其仿真评估；4）兆瓦级储能电站供电可靠性和经济性评价指标体系研究；5）基于MW级大容量储能技术的特需用户高可靠性供电示范工程前期研究。

三、主要研究内容——子课题二3)兆瓦级大容量储能技术的高可靠性供电方案及其仿真评估

主要研究内容：

（1）针对特需用户的不同供电需求，探索制定切实可行的基于兆瓦级大容量储能技术的高可靠性供电方案，研究储能电站的合适装接容量、接入方式，为提高储能系统与电网的协调发展提供有力支撑。（2）对建立的基于MW级大容量储能技术的供电方案建立评估模型，进行可靠性评估。在节点系统中接入储能部分，应用仿真方法对系统进行可靠性评估，计算储能系统中设备台数变化对供电系统可靠性的影响和储能系统对供电系统可靠性的影响系数。

三、主要研究内容——子课题二3）兆瓦级大容量储能技术的高可靠性供电方案及其仿真评估三、主要研究内容——子课题二电网可靠性分析方法：解析法：该法是利用系统的结构和元件的功能以及两者之间的逻辑关系，建立可靠性概率模型，通过递推和迭代等过程对该模型精确求解，从而计算可靠性指标，其优点在于采用了精确的数学模型。在实际工作中这种方法使用的最多模拟法：的特点是基于马尔科夫模型，准确度较高，适用于结构简单的小型电力系统的可靠性评估，但其计算工作量随系统规模呈指数关系增长，而且当系统变得越来越复杂时，其状态空间的状态数剧增，这必然会造成维数灾难。同时为了获得解析模型，常常需要对系统的实际条件作较多简化，所以其应用受到较大的限制。3）兆瓦级大容量储能技术的高可靠性供电方案及其仿真评估三、主要研究内容——子课题二实例电网接线图：3）兆瓦级大容量储能技术的高可靠性供电方案及其仿真评估三、主要研究内容——子课题二储能装置接入不同节点的供电可靠性指标计算：

节点名称供电可靠性(%)AITC-1（次/户*年）AIHC-1（次/户*年）299.98780.1271.0725399.98810.17311.0465499.98840.19131.0137599.98880.20690.98272099.98930.15660.9412299.98960.24690.90772399.99030.25060.85282499.99070.28670.81562599.99090.23690.79853）兆瓦级大容量储能技术的高可靠性供电方案及其仿真评估三、主要研究内容——子课题二储能装置接入不同节点的可靠性指标图：

3）兆瓦级大容量储能技术的高可靠性供电方案及其仿真评估三、主要研究内容——子课题二储能装置三个节点同时接入系统的可靠性指标图：

3）兆瓦级大容量储能技术的高可靠性供电方案及其仿真评估三、主要研究内容——子课题二在同一个节点接入不同容量的储能装置，分析接入不同容量的储能装置对供电可靠性的影响（以节点2为例）。

3）兆瓦级大容量储能技术的高可靠性供电方案及其仿真评估三、主要研究内容——子课题二接入储能电站时系统节点电压计算：3）兆瓦级大容量储能技术的高可靠性供电方案及其仿真评估三、主要研究内容——子课题二

接入不同容量储能装置的节点电压曲线图

（以节点2为例）：3）兆瓦级大容量储能技术的高可靠性供电方案及其仿真评估三、主要研究内容——子课题二

接入不同容量储能装置对网损的影响

（以节点2为例）：3）兆瓦级大容量储能技术的高可靠性供电方案及其仿真评估三、主要研究内容——子课题二结论：（1）研究了储能电站单点、两点和三点接入电网时对系统电网可靠性的影响情况，实例验证表明上述三种情况对系统可靠性都有不同程度提高，其中三点接入系统对提高可靠性的贡献最为显著。（2）在负荷节点安装不同容量的储能装置都可以提升系统供电可靠性指标，但对于某运行状态下的电网总会找到某一特定的储能容量使得其对可靠性的贡献达到一饱和状态，随着容量的进一步增大，可靠性曲线趋于平缓。（3）当储能装置接入电网时，在负荷区域安装储能装置，对节点电压指标的提升作用较大，这是主要是由于在负荷侧安装储能装置可以降低线路传输的有功功率，减少线路上的电压降，所以会提升负荷侧的电压水平。3）兆瓦级大容量储能技术的高可靠性供电方案及其仿真评估三、主要研究内容——子课题二

（4）在电网各个节点安装储能装置都可以不同程度降低网损，总的来说在负荷节点安装储能装置降损效果更好些，但随着储能电站容量的不断增加，网损会达到一个最小值，然后出现网损增大，形成凹的抛物线趋势，但是每个节点的最小值都不相同，因此，寻找网损最小对应的储能电站容量是达到系统运行经济性的一个优化目标。4）兆瓦级储能电站供电可靠性和经济性评价指标体系研究建立经济评估体系。电网侧：从延缓电网扩建、减少网损成本、低储高发获利、减少分布式发电所需备用容量、降低电网可靠性成本等多方面建立经济性评估指标进行分析和评估；

用户侧：从减少用户所需建设的配电容量、减少用户基本电费、电量电费、降低用户配变损耗、降低停电损失费用等多方面建立指标进行分析评估。

三、主要研究内容——子课题二4）兆瓦级储能电站供电可靠性和经济性评价指标体系研究三、主要研究内容——子课题二电网侧经济性评价指标：（1）减少电网扩建容量方面的效益可以表示为：其中：为拉平负荷曲线所需的临界功率；为用户配电系统的单位造价（万元/MW）；为用户配电设备的固定资产折旧率；为蓄电池组长期最大充放电功率（MW），即额定功率；为谷荷时的平均功率；为系数；为日负荷最大值（MW）；为储能装置的储能效率，包括并网设备的损耗和蓄电池的充放电损耗；为负荷的日平均功率。上式表明当储能容量实现完全削峰填谷后，储能系统容量继续增大会削峰为谷，填谷为峰，其减小配电站建设容量的作用随其容量的继续增大而减小4）兆瓦级储能电站供电可靠性和经济性评价指标体系研究三、主要研究内容——子课题二电网侧经济性评价指标：（2）减少网损方面的年收益可以表示为：其中：为储能装置每年充放电循环次数；为储能装置以功率充电的持续时间（h）；和分别为峰时段和谷时段电价。定义为减少网损指标。为和的二元二次函数，当其中一个变量固定时，函数曲线呈抛物线状，所以当储能容量达到一个极值之后，储能装置减少总网损费用的作用会下降。

4）兆瓦级储能电站供电可靠性和经济性评价指标体系研究三、主要研究内容——子课题二电网侧经济性评价指标：（3）低储高发套利的指标可以表示为：（4）减少新能源发电所需的常规备用容量指标可以表示为：（5）减少电网可靠性成本的指标可以表示为：4）兆瓦级储能电站供电可靠性和经济性评价指标体系研究三、主要研究内容——子课题二电网侧储能电站的投资成本可以表示为：其中：为站址建设成本（万元）；为电能转换设备的单位造价（万元/MW）；为储能系统的单位造价（万元/MWh）；为站址成本和并网设备的固定资产折旧率；为蓄电池组固定资产的折旧率；因为蓄电池组与站址成本和并网设备成本的寿命周期不一样，蓄电池组寿命一般为并网设备的一半，为15年，所以其固定资产折旧率不同，按整个储能站的寿命为30年记，蓄电池组需要在第15年全部更换，追加二次投资。电网侧储能电站的年运行维护费用可以表示为：4）兆瓦级储能电站供电可靠性和经济性评价指标体系研究三、主要研究内容——子课题二电网侧储能电站的经济性评估模型可以表示为：4）兆瓦级储能电站供电可靠性和经济性评价指标体系研究三、主要研究内容——子课题二实例验证：上海地区“十二五”规划的新建储能容量为30MW进行分析，因为电网的谷荷持续时间为8个小时，所以取T=8小时。各类电池储能技术的收益及成本（单位：万元）电池种类钠硫821.6968.62177.348001024506604303.5锂电池821.61033.22557.448001025946603308.2镍氢821.61033.22557.448001027386601868.2液流821.69041797.14800102882660-461.34）兆瓦级储能电站供电可靠性和经济性评价指标体系研究三、主要研究内容——子课题二用户侧经济性评价指标：（1）减少用户配电站建设容量指标可以表示为：（2）减少容量电价制度下用户的基本电费指标可以表示为：（3）减少用户的购电费用中的电量电费指标可以表示为：4）兆瓦级储能电站供电可靠性和经济性评价指标体系研究三、主要研究内容——子课题二（4）降低配变损耗费用指标可以表示为：（5）降低停电损失费用指标可以表示为：4）兆瓦级储能电站供电可靠性和经济性评价指标体系研究三、主要研究内容——子课题二用户侧储能电站的投资成本可以表示为：用户侧储能电站的年运行维护费用可以表示为：用户侧总价值评估模型可以表示为：4）用户侧储能电站经济性评估指标与模型三、主要研究内容——子课题二实例验证：取上海地区对供电可靠性要求较高的某三班制企业的负荷数据对安装钠硫电池储能系统的规划模型进行分析。该企业的典型工作日负荷曲线4）用户侧储能电站经济性评估指标与模型三、主要研究内容——子课题二实例验证：该企业的储能装置经济效益分析E12.304万元E575.18万元E227.648万元C1189.25万元E3188.347万元C22.96万元E411.498万元E总109.765万元4）用户侧储能电站经济性评估指标与模型三、主要研究内容——子课题二建立的可靠性评价指标（1）储能电量损失期望值（2）储能平均故障频率指数（3）储能平均故障持续时间指数（4）故障储能平均故障持续时间指数（5）平均储能可用率指数（6）平均储能不可用率指数（7）平均储能故障频率指数（8）平均储能故障持续时间指数4）用户侧储能电站经济性评估指标与模型三、主要研究内容——子课题二可靠性实例验证：以某大型国企职工家属居住区为例，区内装设有44个配变，共计15个负荷节点。该小区内10kV电网预计将安装一台5~10MW的储能装置。现对储能装置接入该区域内不同负荷节点后的可靠性变化进行分析。4）用户侧储能电站经济性评估指标与模型三、主要研究内容——子课题二实例验证：各节点接入储能装置后供电可靠性变化（未接入储能装置时原始可靠性为99.9691%）节点可靠性（RS-1）AITC-1（次/户*年）AIHC-1（次/户*年）299.9821%0.23701.5412399.9823%0.24061.4906499.9851%0.27521.4532599.9808%0.22741.3447699.9816%0.19861