詳解:儲(chǔ)能在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用戰(zhàn)略

發(fā)布時(shí)間:2016-08-08   來源:上航工業(yè)市場工作坊微信公眾號(hào)

  一、背景意義

  1.1智能電網(wǎng)發(fā)展的整體趨勢

  我國的大城市電網(wǎng),特別是北京、上海、廣州等大型城市的電網(wǎng)逐步形成受端電網(wǎng),表現(xiàn)為大容量、大機(jī)組、超高壓、負(fù)荷密集等特征。從用電結(jié)構(gòu)看,“十二五”期間第三產(chǎn)業(yè)、居民用電比重將有較大提升,預(yù)計(jì)5年將上升5個(gè)百分點(diǎn)以上,由于經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的變化,最高用電負(fù)荷也逐漸上升。

  與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比,智能電網(wǎng)在發(fā)電、輸電、配電及用電四大環(huán)節(jié)中都具有明顯的優(yōu)勢,智能電網(wǎng)成為世界各國集中投資的戰(zhàn)略型產(chǎn)業(yè)。智能電網(wǎng)通過優(yōu)化傳統(tǒng)能源和新能源的供需和應(yīng)用實(shí)現(xiàn)節(jié)能,通過特高壓技術(shù)解決能源結(jié)構(gòu)不匹配問題,通過高效率的配電技術(shù)提高整體電網(wǎng)的穩(wěn)定性和效率,是應(yīng)對能源危機(jī)的必由之路。中國發(fā)展智能電網(wǎng)可以參照高鐵的發(fā)展戰(zhàn)略,實(shí)現(xiàn)引進(jìn)技術(shù)、實(shí)現(xiàn)自我研發(fā)、到成功的技術(shù)輸出的三階段轉(zhuǎn)換。特別是各國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還沒有統(tǒng)一的情況下,中國將憑借規(guī)模經(jīng)濟(jì)準(zhǔn)備自主技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí),積極參與全球標(biāo)準(zhǔn)的制定,擴(kuò)大市場支配能力。

  1.2智能電網(wǎng)各階段在發(fā)展過程中的主要瓶頸

  智能電網(wǎng)的發(fā)展具有重要意義,在大電網(wǎng)端,隨著電力需求不斷增長,對電能質(zhì)量的提升是發(fā)展的必然要求,但在現(xiàn)有發(fā)電端和用戶端信息不對稱的情況下,電力的使用條件提升的程度非常有限,為了避免高峰擁堵電網(wǎng)端始終具有遲滯效應(yīng)。而隨著可再生新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷快速發(fā)展,在一定程度上解決的用電緊張的情況,以我國風(fēng)電為例,預(yù)計(jì)到2020年風(fēng)電裝機(jī)容量將超過發(fā)電總裝機(jī)容量的10%。但是,間歇性新能源發(fā)電仍存在重要技術(shù)瓶頸——發(fā)電不穩(wěn)定性和并網(wǎng)技術(shù)問題。國外有關(guān)研究表明,如果風(fēng)電裝機(jī)占裝機(jī)總量的比例在10%以內(nèi),還可以依靠傳統(tǒng)電網(wǎng)技術(shù)以及增加水電、燃?xì)鈾C(jī)組等手段保證電網(wǎng)安全;但如果所占比例達(dá)到20%甚至更高,電網(wǎng)的調(diào)峰能力和安全運(yùn)行將面臨巨大挑戰(zhàn)。

  1.3儲(chǔ)能的主要功能,與電網(wǎng)需求的契合

  引入儲(chǔ)能技術(shù)是解決上述問題的主要途徑,它可以提高發(fā)電廠輸出功率的可控性,抑制功率波動(dòng),提高電能質(zhì)量,從而使風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等系統(tǒng)成為廣泛利用的電力供應(yīng)系統(tǒng)。

  儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng),可以改變電能生產(chǎn)、輸送與消費(fèi)必須同步完成的傳統(tǒng)模式。目前,我國正在規(guī)劃與大力發(fā)展堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng),全面覆蓋發(fā)-輸-變-配-用-調(diào)的六大環(huán)節(jié)與信息平臺(tái)的建設(shè)。儲(chǔ)能技術(shù)將是未來智能電網(wǎng)的重要組成部分,涉及其建設(shè)的各個(gè)主要環(huán)節(jié)。同時(shí),儲(chǔ)能技術(shù)在接納風(fēng)電、太陽能發(fā)電等間歇性新能源入網(wǎng)方面也發(fā)揮著不可或缺的重要作用。發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)的重要意義還包括削峰填谷、調(diào)節(jié)節(jié)約能源、提高電力電網(wǎng)系統(tǒng)效率延遲建設(shè)投資、保證電力電網(wǎng)系統(tǒng)安全等方面。

  1.4儲(chǔ)能方法及在智能電網(wǎng)各階段的作用

  1)發(fā)電系統(tǒng):能量控制管理,峰荷運(yùn)行,新能源發(fā)電并網(wǎng)支持,提高電站穩(wěn)定可靠性,電站系統(tǒng)黑啟動(dòng),延緩新建電站投資等。

  2)輸配電系統(tǒng):保證電能質(zhì)量,提高電網(wǎng)穩(wěn)定可靠性,最大限度利用現(xiàn)有電網(wǎng)以延遲投資建設(shè),緩解電網(wǎng)高峰阻塞等。

  3)輔助服務(wù):調(diào)節(jié)控制頻率,節(jié)約剩余電能,提供可靠的備用電能等。

  4)電力用戶端:提高電力系統(tǒng)效率,不間斷電源供應(yīng),用電電壓支撐支持,分時(shí)電價(jià)管理等。

  除了大電網(wǎng)上的應(yīng)用,在新能源接入和分布式能源、微網(wǎng)端,儲(chǔ)能系統(tǒng)是不可替代的,儲(chǔ)能單元可起到抑制系統(tǒng)和輸出功率的擾動(dòng)、用于短時(shí)過渡供電、調(diào)峰填谷、保持電壓頻率穩(wěn)定、提供可靠備用電源、提高系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行可靠性和靈活性等作用。

  電動(dòng)汽車與智能電網(wǎng)相結(jié)合的V2G技術(shù),使電動(dòng)汽車具有潛在地參與較小規(guī)模電力電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻、電能質(zhì)量保證和備用電源等應(yīng)用。電動(dòng)汽車蓄電池(如鉛酸、鋰電池等)甚至超級(jí)電容器都有可能作為V2G系統(tǒng)的儲(chǔ)能單元。

  軌道交通由于長期處于啟停切換的狀態(tài),電網(wǎng)波動(dòng)很大,采用儲(chǔ)能裝置可以有效緩解電網(wǎng)的持續(xù)波動(dòng),而軌道交通的連續(xù)性和可控性使得儲(chǔ)能的工作條件可控高效,只是對短時(shí)間內(nèi)能量的消納和釋放能力要求較高。

  另外隨著電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)逐漸成熟,退役動(dòng)力電池的處置問題也將成為不遠(yuǎn)的未來一個(gè)重要課題。目前來看,采用梯次利用方式進(jìn)行動(dòng)力電池的儲(chǔ)能轉(zhuǎn)化是一個(gè)可行的方法。一方面解決了動(dòng)力電池的處理和儲(chǔ)能電池來源問題,同時(shí)提高了能源的綜合利用率,在成本上也可能進(jìn)行部分節(jié)約。

  二、國內(nèi)外現(xiàn)狀

  2.1儲(chǔ)能技術(shù)與大規(guī)模電力電網(wǎng)系統(tǒng)

  基于我國能源分布的特點(diǎn),當(dāng)前我國國家電網(wǎng)的建設(shè)目標(biāo)為“西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)”。儲(chǔ)能技術(shù)在大規(guī)模電力系統(tǒng)中的應(yīng)用需要根據(jù)不同地區(qū)的實(shí)際情況而定。大規(guī)模電力系統(tǒng)需要較多地利用大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)以達(dá)到儲(chǔ)能大容量/功率的要求。從整體上看,大部分大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)仍處于產(chǎn)業(yè)化初級(jí)階段,整體成本還比較高,需要更長時(shí)間的運(yùn)行驗(yàn)證,因此現(xiàn)階段更多的示范驗(yàn)證工程是有必要進(jìn)行的。

  根據(jù)美國能源部信息中心的項(xiàng)目庫不完全統(tǒng)計(jì),近10年來,由美國、日本、歐盟、韓國、智利、澳大利亞及我國等實(shí)施的MW級(jí)及以上規(guī)模的儲(chǔ)能示范工程達(dá)180余項(xiàng),其中,電化學(xué)儲(chǔ)能示范數(shù)量近百項(xiàng),非電化學(xué)儲(chǔ)能形式的示范數(shù)量超過80項(xiàng),儲(chǔ)能技術(shù)涉及飛輪儲(chǔ)能、全釩液流電池、(新型)鉛酸電池、鈉硫電池等多種形式。從地域分布上看,美國在儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模和示范項(xiàng)目數(shù)量上都處于領(lǐng)先地位,項(xiàng)目數(shù)量占全球總項(xiàng)目數(shù)量的44%,主要為電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目;西班牙次之,項(xiàng)目數(shù)占14%,主要為太陽能熱發(fā)電熔融鹽儲(chǔ)能項(xiàng)目;日本占8%,主要為電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目;我國占8%,全部為電化學(xué)儲(chǔ)能。從儲(chǔ)能類型上看,MW級(jí)規(guī)模儲(chǔ)能示范項(xiàng)目中電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目數(shù)占比為53%,相變儲(chǔ)能占比34%,飛輪占比6%,其他類型涉及壓縮空氣、電磁儲(chǔ)能和氫儲(chǔ)能等。其中,在電化學(xué)儲(chǔ)能示范項(xiàng)目數(shù)量中,鋰離子電池所占比重最高,達(dá)48%;其次為鈉硫電池和鉛酸電池,分別占比18%和11%。

  2.2儲(chǔ)能技術(shù)與可再生新能源發(fā)電并網(wǎng)

  可再生新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷快速發(fā)展。英國計(jì)劃到2020年約30%電力生產(chǎn)來自于新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè);以我國風(fēng)電為例,預(yù)計(jì)到2020年風(fēng)電裝機(jī)容量將超過發(fā)電總裝機(jī)容量的10%。但是,間歇性新能源發(fā)電仍存在重要技術(shù)瓶頸——發(fā)電不穩(wěn)定性和并網(wǎng)技術(shù)問題。引入儲(chǔ)能技術(shù)是解決上述問題的主要途徑,它可以提高發(fā)電廠輸出功率的可控性,抑制功率波動(dòng),提高電能質(zhì)量,從而使風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等系統(tǒng)成為廣泛利用的電力供應(yīng)系統(tǒng)。儲(chǔ)能技術(shù)選擇需考慮額定功率和容量、響應(yīng)時(shí)間、安全穩(wěn)定性、技術(shù)成熟度、經(jīng)濟(jì)成本等。從應(yīng)用的角度,在電能質(zhì)量保證方面,飛輪、超級(jí)電容器、部分蓄電池(如鈉硫和液流)、超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠使發(fā)電廠輸出功率平滑,確保電網(wǎng)電能穩(wěn)定;在電能能量管理方面,隨著新能源裝機(jī)容量的提升,儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量需要相應(yīng)提高,新型壓縮空氣、熱能儲(chǔ)存、部分蓄電池(如鉛酸和液流)系統(tǒng)具有潛在的調(diào)峰功能,可以適合風(fēng)電、太陽能發(fā)電等的大規(guī)模儲(chǔ)存。在世界范圍內(nèi)已建成一些示范性工程,如加拿大VRBPowerSystemsInc.在美國、德國等地的風(fēng)光儲(chǔ)能發(fā)電并網(wǎng)工程。2005年,美國California州建造了與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相整合的450kW超級(jí)電容器,用以保證機(jī)組向電網(wǎng)輸送功率的穩(wěn)定性。我國在這個(gè)領(lǐng)域也在加快部署,例如正在運(yùn)行中的國網(wǎng)張北項(xiàng)目(20MW)是目前全球最大的風(fēng)光儲(chǔ)輸工程,張北風(fēng)光儲(chǔ)輸工程二期已于2013年6月開始建設(shè),其中包括化學(xué)儲(chǔ)能裝置50MW;南網(wǎng)儲(chǔ)能示范項(xiàng)目(10MW),深圳寶清電池儲(chǔ)能站(4MW×4h);此外,全球最大規(guī)模的5MW/10MWh全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在2013年2月并網(wǎng),經(jīng)過嚴(yán)格考核,已全面投入運(yùn)行,此技術(shù)可有效推進(jìn)我國可再生能源的普及應(yīng)用。

  2.3儲(chǔ)能技術(shù)與分布式發(fā)電及微電網(wǎng)系統(tǒng)

  分布式發(fā)電及微電網(wǎng)系統(tǒng)具有鮮明的特點(diǎn):能獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)或者并網(wǎng),接近電力消費(fèi)終端,容量相對較小(kW級(jí)別到幾十MW級(jí)別)等。針對其特點(diǎn),儲(chǔ)能單元被認(rèn)為是此類系統(tǒng)的必備部件。儲(chǔ)能單元可起到抑制系統(tǒng)和輸出功率的擾動(dòng)、用于短時(shí)過渡供電、調(diào)峰填谷、保持電壓頻率穩(wěn)定、提供可靠備用電源、提高系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行可靠性和靈活性等作用。目前已有一些建成的儲(chǔ)能示范工程應(yīng)用于分布式發(fā)電與微電網(wǎng)系統(tǒng),如美國ZBB公司商業(yè)建筑儲(chǔ)能系統(tǒng)、西藏日喀則拉孜風(fēng)光互補(bǔ)離網(wǎng)項(xiàng)目、陜西世園會(huì)充電及風(fēng)光儲(chǔ)微網(wǎng)項(xiàng)目。2013年,歐洲最大的儲(chǔ)能電池設(shè)備在英國南部貝德福德郡的萊頓巴扎德啟動(dòng),預(yù)計(jì)在2016年開始投入運(yùn)營,建成后的容量為6兆瓦,將使用錳酸鋰技術(shù)存儲(chǔ)電能,并在用電高峰期供能,以滿足電網(wǎng)需求。2015年4月30日20時(shí),電動(dòng)車制造商特斯拉推出家庭儲(chǔ)能“Powerwall”電池組,這一整套設(shè)備可以和當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)集成,以處理過剩的電力,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移負(fù)荷、電力備份以及太陽能發(fā)電自給。日本大和房建工業(yè)于2011年10月推出了具有蓄電池系統(tǒng)控制功能的智能住宅。從儲(chǔ)能運(yùn)用的角度出發(fā),為了達(dá)到短時(shí)供電、調(diào)峰填谷和備用電源的目的,儲(chǔ)能單元系統(tǒng)須具備大容量能量/功率的能力。

  2.4儲(chǔ)能技術(shù)與電動(dòng)汽車

  電動(dòng)汽車與智能電網(wǎng)相結(jié)合的V2G技術(shù)是一種新近發(fā)展中的技術(shù)。由于電動(dòng)汽車較長時(shí)間地處于停止?fàn)顟B(tài),車載電池作為儲(chǔ)能單元,與電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)建立通信,從而達(dá)到電動(dòng)汽車與智能電網(wǎng)能量轉(zhuǎn)換互補(bǔ)的目的。利用V2G技術(shù),使電動(dòng)汽車具有潛在地參與較小規(guī)模電力電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻、電能質(zhì)量保證和備用電源等應(yīng)用。電動(dòng)汽車蓄電池(如鉛酸、鋰電池等)甚至超級(jí)電容器都有可能作為V2G系統(tǒng)的儲(chǔ)能單元。如日本NEC、美國Maxwell等公司在電動(dòng)汽車、軌道交通系統(tǒng)等領(lǐng)域中就運(yùn)用了超級(jí)電容技術(shù)。日本式智能電網(wǎng)政府實(shí)現(xiàn)目標(biāo):電動(dòng)汽車/插電式混合動(dòng)力占新車的百分比從0.4%上升到2020年的20%,通過V2H技術(shù),EV/PHV提供大容量儲(chǔ)能電池,也可以用于電力峰值轉(zhuǎn)移或應(yīng)急電源,來提高電力汽車/插電式混合動(dòng)力汽車儲(chǔ)能電池的應(yīng)用。在Keihanna,實(shí)時(shí)監(jiān)測100輛電動(dòng)汽車充電量的系統(tǒng)及應(yīng)用車載監(jiān)控的需求響應(yīng)來抑制充電量的系統(tǒng)驗(yàn)證正在進(jìn)行。

  2.5儲(chǔ)能技術(shù)在智能電網(wǎng)應(yīng)用中所面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇

  儲(chǔ)能作為一項(xiàng)高科技含量高工程要求的新興技術(shù),還面臨著重大的挑戰(zhàn):

 ?。?)技術(shù)挑戰(zhàn)。大部分儲(chǔ)能技術(shù)成熟度還有待提高,特別是關(guān)鍵材料、核心技術(shù)。另外儲(chǔ)能在電力電網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)間較短,而電網(wǎng)對于安全可靠性要求很高,儲(chǔ)能設(shè)備產(chǎn)品的定型周期需要長時(shí)間的驗(yàn)證;

  (2)經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)。與關(guān)鍵技術(shù)、能源效率以及應(yīng)用場合密切聯(lián)系的投資和維護(hù)成本將成為各種儲(chǔ)能技術(shù)選擇發(fā)展的關(guān)鍵考量;

 ?。?)政策挑戰(zhàn)。雖然各國都制訂了發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)的戰(zhàn)略,但在如何管理儲(chǔ)能系統(tǒng)和如何對于儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)給予支持仍然需要政策細(xì)化。

  同時(shí),我們也看到,去年中國儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)增長已超過全球增速。截至2013年底,除抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能及儲(chǔ)熱外,全球儲(chǔ)能項(xiàng)目總裝機(jī)容量達(dá)73.6萬kW,較2012年增長了12%。而中國儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度則相對更快。截至2013年底,中國已運(yùn)行的儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模達(dá)5.15萬kW,較2012年增長了39%。快速增長涉及可再生能源并網(wǎng)、分布式發(fā)電及微網(wǎng)、電動(dòng)汽車等多個(gè)方面。

  三、上?;A(chǔ)(包括優(yōu)勢單位等)

  3.1上海市智能電網(wǎng)的發(fā)展中儲(chǔ)能的應(yīng)用場景

  上海市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位決定了上海電網(wǎng)是一個(gè)對可靠性和電能質(zhì)量要求極高的電網(wǎng)。隨著城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整,第三產(chǎn)業(yè)的比重增加,峰谷差不斷加大,對供電可靠性要求高、負(fù)荷峰谷差大的用戶數(shù)量不斷增加。

  在用戶負(fù)荷側(cè)接入電池儲(chǔ)能電站,在節(jié)省容量投資的同時(shí),確保電能質(zhì)量、提高用電可靠性。實(shí)行峰谷電價(jià)的情況下,負(fù)荷高峰時(shí),用戶利用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)減少高價(jià)電的購買量,負(fù)荷低谷時(shí)利用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在電價(jià)低時(shí)多購電。在這個(gè)過程中,用戶可以減少購電費(fèi)用。將電池儲(chǔ)能電站直接接入城市配網(wǎng),對電網(wǎng)而言,相當(dāng)于改善了負(fù)荷特性,實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的負(fù)荷水平控制;減少了系統(tǒng)備用容量的需求,減少了系統(tǒng)中的調(diào)峰調(diào)頻機(jī)組的需求,減輕了高峰負(fù)荷時(shí)輸電網(wǎng)的潮流,減少了系統(tǒng)輸電網(wǎng)絡(luò)的損耗及輸電網(wǎng)的設(shè)備投資,提高輸配電設(shè)備的利用率。

  在電源側(cè)安裝電池儲(chǔ)能系統(tǒng),可以在低谷負(fù)荷情況下啟動(dòng)儲(chǔ)能裝置,保持低谷負(fù)荷時(shí)候的電力平衡,使火電機(jī)組運(yùn)行在比較經(jīng)濟(jì)的出力區(qū)間,提高了低谷負(fù)荷時(shí)的機(jī)組效率,在一定程度上降低煤耗,減少煤炭燃燒對環(huán)境的污染,在相同發(fā)電量的情況下可以促進(jìn)其增效減排,提高了發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益,也符合國家的能源政策。

  在配電端接入儲(chǔ)能系統(tǒng)控制,則可以在電源端供電和用戶端用電不均衡時(shí)合理分配電力,在兩端電力發(fā)生較大變化時(shí)提供額外電力消納和供應(yīng),防止用電緊張或供電冗余。提高了電力的使用效率,避免了電力浪費(fèi),客觀上提升了電力價(jià)值,降低了電力成本。

  3.2上海市已進(jìn)行、正實(shí)施的儲(chǔ)能項(xiàng)目、技術(shù)與工程

  從2006~2007年,國家電網(wǎng)公司、上海市科委和國家科技部分別下達(dá)經(jīng)費(fèi)共計(jì)4910萬元,支持上海電網(wǎng)儲(chǔ)能技術(shù)研究建設(shè)項(xiàng)目。到2011年初,該項(xiàng)目已完成總額定容量410kW/1300kWh電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的建設(shè),分布在上海漕溪變電站、前衛(wèi)變電站和白銀變電站。其中,漕溪站建成鎳氫電池(6組,額定容量為100kW/200kWh)、鋰電池(3組,額定容量為100kW/200kWh)和鐵電池(2組,額定容量為100kW/80kWh)儲(chǔ)能系統(tǒng);前衛(wèi)站建成全釩液流(額定容量為10kW/20kWh)儲(chǔ)能系統(tǒng);白銀站建成鈉硫電池(18組,額定容量為100kW/800kWh)儲(chǔ)能系統(tǒng)。

  上海硅酸鹽所與上海電氣、國家電網(wǎng)上海市電力公司,面向新能源、智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略需求,按照“產(chǎn)研用”模式推進(jìn)的儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目,模塊產(chǎn)品于2014年9月通過第三方檢測和廠內(nèi)驗(yàn)收,開展電站工程應(yīng)用示范。電站總體儲(chǔ)能容量為1.2MWh,采用戶外堆倉設(shè)計(jì),為我國首個(gè)鈉硫儲(chǔ)能電站工程化應(yīng)用示范項(xiàng)目。

  國網(wǎng)上海電力和電力研究院為上海市迪士尼設(shè)計(jì)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng),與站用電負(fù)荷組成一個(gè)微網(wǎng)系統(tǒng),光伏發(fā)電系統(tǒng)19.6kW,交流充電樁3×7kW,一套30kWh磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng),滿足在并網(wǎng)和孤島情況下系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常,并加入了分布式電源、電動(dòng)汽車等智能電網(wǎng)元素。

  虹橋商務(wù)區(qū)新能源接入以太陽能光伏為代表方式,智能電網(wǎng)中的儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)在110kV博世地下變電站內(nèi),儲(chǔ)能電池類型為鈉硫電池,系統(tǒng)容量總共為1MW×8h。儲(chǔ)能系統(tǒng)接入博世站的必要設(shè)備包括:儲(chǔ)能電池4組(每組容量為250kW),PCS屏4面,箱式變壓器一臺(tái)(容量為1250kVA)及其相應(yīng)二次設(shè)備。

  今年在崇明東灘投入試運(yùn)行的儲(chǔ)能系統(tǒng),由四套500千瓦時(shí)電池系統(tǒng)、四臺(tái)變流器、兩臺(tái)變壓器、一套聯(lián)合監(jiān)控系統(tǒng)及其配套設(shè)施組成。該系統(tǒng)采用磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能,總?cè)萘?兆瓦,5小時(shí)周期內(nèi)可儲(chǔ)存約1萬千瓦時(shí)電能。目前崇明本島共有5個(gè)風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目,合計(jì)裝機(jī)容量為175兆瓦,占本島日均用電負(fù)荷(163兆瓦)的107.36%。

  3.3上海市進(jìn)行儲(chǔ)能項(xiàng)目實(shí)施的優(yōu)勢單位

  上海電力/上海電科院(電網(wǎng)端)

  中科院硅酸鹽所(鈉硫)

  嘉定汽車城(V2G)

  比亞迪上海(鋰離子)

  許繼上海(PCS)

  上海動(dòng)力儲(chǔ)能電池系統(tǒng)工程技術(shù)有限公司(鋰離子、超電容)

  上海電氣(液流)

  上海電力學(xué)院(電池評(píng)測)

  3.4相關(guān)扶持政策

  我國也相繼出臺(tái)了一些儲(chǔ)能相關(guān)法規(guī)、規(guī)劃和辦法等,并給予資金支持發(fā)展儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)。2010年的《可再生能源法修正案》中第一次提到儲(chǔ)能的發(fā)展,2011年發(fā)布的《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要》中提出依托儲(chǔ)能等先進(jìn)技術(shù),推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)。從2013年底起,國家能源局的《關(guān)于分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目管理暫行辦法的通知》中鼓勵(lì)業(yè)界各單位或個(gè)人投資建設(shè)和經(jīng)營分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目。財(cái)政部發(fā)布了分布式光伏發(fā)電自發(fā)自用電量免收可再生能源電價(jià)附加費(fèi)等政策,旨在降低用戶自發(fā)自用成本。分布式發(fā)電相關(guān)政策與補(bǔ)貼的陸續(xù)出臺(tái)為光儲(chǔ)模式打下了基礎(chǔ)。國務(wù)院辦公廳2014年11月印發(fā)的《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃(2014-2020)》中指出,通過科學(xué)安排調(diào)峰、調(diào)頻、儲(chǔ)能配套能力,切實(shí)解決棄風(fēng)與棄光等問題,作為影響未來能源大格局的前沿技術(shù),儲(chǔ)能在我國已獲得前所未有的高度關(guān)注。

  上海市政府在發(fā)布的“十二五”電力、新能源、戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展等一系列規(guī)劃中,明確要求上海的能源發(fā)展、電力發(fā)展必須符合環(huán)境質(zhì)量要求。“十二五”期間,上海的能源結(jié)構(gòu)將加快調(diào)整步伐,并在能源項(xiàng)目布局上著力推進(jìn)西氣東輸、西電東送等重要能源工程,這為上海增加清潔能源的供應(yīng)和結(jié)構(gòu)調(diào)整創(chuàng)造了良機(jī)。此外,隨著土地資源供應(yīng)趨緊和環(huán)境保護(hù)約束增多,電網(wǎng)、管網(wǎng)等設(shè)計(jì)施工和建設(shè)要求不斷提高,能源建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施難度也日益加大?!笆濉逼陂g,上海社會(huì)用電總量將穩(wěn)步增長,“十二五”末,上海電網(wǎng)最高負(fù)荷將達(dá)到37120MW,2015年,上海電網(wǎng)需從市外受電25000MW以上。上?!笆濉彪娏σ?guī)劃明確提出“全面啟動(dòng)電網(wǎng)建設(shè)”。在各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的基礎(chǔ)上,運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)、控制技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)和輸電技術(shù)改造傳統(tǒng)電網(wǎng),初步建成與上海經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平相適應(yīng)的智能電網(wǎng)框架。在這個(gè)框架內(nèi),上海市政府將建設(shè)網(wǎng)架堅(jiān)強(qiáng)的城市輸配電網(wǎng),實(shí)現(xiàn)各類電源便捷接入與調(diào)度,構(gòu)筑友好、互動(dòng)的智能用電體系。

  四、目標(biāo)與思路(長遠(yuǎn)愿景與階段目標(biāo))

  作為智能電網(wǎng)發(fā)展中的重要環(huán)節(jié)和核心技術(shù),儲(chǔ)能技術(shù)可以有效地實(shí)現(xiàn)需求側(cè)管理,減小晝夜間峰谷差,平滑負(fù)荷;可以提高供電可靠性和供電質(zhì)量;可以提高電力設(shè)備利用率,降低供電成本;還可以促進(jìn)新能源的利用;同時(shí)可作為提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性、調(diào)整頻率、平抑負(fù)荷波動(dòng)的技術(shù)手段。上海電網(wǎng)處于華東電網(wǎng)的末端,負(fù)荷密集,峰谷差大,供電可靠性要求高,儲(chǔ)能系統(tǒng)已成為電網(wǎng)調(diào)峰的必要補(bǔ)充,市場需求主要來自上海市落地儲(chǔ)能電站,高可靠性供電需求以及新能源接入三部分。發(fā)展大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)將成為上海發(fā)展智能電網(wǎng),構(gòu)建智慧城市的一項(xiàng)影響全局,關(guān)乎長遠(yuǎn)的重大舉措。

  總體目標(biāo):立足技術(shù)可靠性、規(guī)?;?、經(jīng)濟(jì)性三個(gè)方面,重點(diǎn)發(fā)展以鋰離子蓄電池、新型鉛酸電池、鈉硫電池和超級(jí)電容器為代表的大規(guī)?;瘜W(xué)儲(chǔ)能技術(shù),利用電池產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈,重點(diǎn)突破電池儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成和并網(wǎng)可靠性接入三大關(guān)鍵科學(xué)問題,通過較大規(guī)模的工程示范和運(yùn)營維護(hù),從技術(shù)可靠性和經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)層面進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià),在電動(dòng)汽車市場的大力牽引下,隨著電池成本的不斷降低,不斷完善本地儲(chǔ)能政策和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,力爭“十三五”中期實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)在上海的率先規(guī)模化應(yīng)用。

  階段目標(biāo):

  階段1—關(guān)鍵技術(shù)突破:系統(tǒng)分析包括虹橋樞紐工程、迪士尼微網(wǎng)、崇明生態(tài)島、曹溪換電站等上海市重要智能電網(wǎng)示范基地的儲(chǔ)能系統(tǒng)示范運(yùn)行情況,尋找影響規(guī)模化應(yīng)用亟待解決的儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)難題,開展基于可再生能源并網(wǎng)、分布式發(fā)電及微網(wǎng)、輸配電及輔助服務(wù)、城市及軌道交通等領(lǐng)域的大容量規(guī)?;瘍?chǔ)能關(guān)鍵科學(xué)問題研究,在蓄電池的研究中,更高的儲(chǔ)能密度、更快的響應(yīng)速度、更好的運(yùn)行安全性、更長的使用壽命、更低的使用費(fèi)用是我們追求的目標(biāo)。

  階段2—技術(shù)應(yīng)用階段:在智能電網(wǎng)各端進(jìn)行儲(chǔ)能工程示范,以上網(wǎng)應(yīng)用為技術(shù)導(dǎo)向,優(yōu)化儲(chǔ)能各裝置的設(shè)計(jì)和使用策略。

  階段3—政策推動(dòng)階段:在滿足技術(shù)指標(biāo)前提下,研究儲(chǔ)能工程化應(yīng)用經(jīng)濟(jì)效益,從政策扶持角度優(yōu)化儲(chǔ)能裝置的使用策略。

  五、項(xiàng)目實(shí)施后的功能描述

  儲(chǔ)能技術(shù)是電力系統(tǒng)、能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及電能生產(chǎn)消費(fèi)變革的重要支撐性技術(shù)。它可以對未來智能電網(wǎng)提供各種不可或缺的實(shí)際應(yīng)用。目前儲(chǔ)能技術(shù)已處在爆發(fā)性發(fā)展和革命性突破的前夜,通過對規(guī)模等級(jí)、技術(shù)成熟水平、經(jīng)濟(jì)效益、應(yīng)用限制與環(huán)保等方面的研究和實(shí)施,以期形成如下功能:

 ?。?)大電網(wǎng):利用儲(chǔ)能系統(tǒng)提供的快速響應(yīng)容量,可以快速補(bǔ)償系統(tǒng)中的不平衡功率,應(yīng)該可以用最直接、最有效的方式提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。

  (2)新能源接入:一是大幅度降低可再生能源發(fā)電的成本,使其可以和常規(guī)能源發(fā)電相比擬;二是盡可能多地消納可再生能源發(fā)出的電力,最終實(shí)現(xiàn)全部消納這些電力;三是提高電能的利用效率。

 ?。?)微網(wǎng):提高系統(tǒng)穩(wěn)定性,當(dāng)分布式電源供電不足或與微網(wǎng)斷開時(shí),儲(chǔ)能系統(tǒng)起到維持設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行的功能

 ?。?)電動(dòng)汽車及軌道交通:形成完整V2G,V2H生態(tài)圈,能源滾動(dòng)利用,資源優(yōu)化配置,以極低的能量閑置和浪費(fèi)換取更高的單位效益,智能交通和智能電網(wǎng)的良性循環(huán)。

 ?。?)其它:形成完善的電池梯度利用網(wǎng)絡(luò),并與信息化網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián),實(shí)現(xiàn)電池全生命周期有處可尋,有地可用,有史可查。

      關(guān)鍵詞: 儲(chǔ)能,智能電網(wǎng)

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