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总体技术接近国际先进水平,火电配置储能可发挥AGC调频、黑启动、电力负荷调整等功能

作者:公告    来源:未知    发布时间:2020-02-09 16:29    浏览量:

近期,科技部高新司在北京组织召开了“十二五”国家863计划重大项目“智能电网关键技术研发(一期)”项目验收会。该项目共设21个课题,由中国电力科学院、中国南方电网有限公司、甘肃省电力公司、江苏省电力公司等多家单位共同完成,主要在大规模集中接入间歇式能源并网技术、高密度分布式电源并网技术、支撑电动汽车发展的电网技术、大容量储能系统、智能配电与用电技术、大电网智能调度与智能输变电技术等6个方向进行攻关,取得了系列研究成果。该项目开展了大型风电场、光伏电站集群控制系统和间歇式能源发电调度系统研发,在冀北电力调度中心及河西走廊风电场、光伏电站实现示范应用;在广东南澳风电基地建成±160kV/200MW/100MW/50MW的世界首个三端柔性直流输电示范工程;完成间歇式电源并网规划与随机全过程分析系统开发并在西北电网示范。该项目开展了高渗透率间歇性能源区域电网关键技术研究,在江苏盐城电网进行示范;完成高密度多接入点建筑光伏系统并网等关键技术研发,应用于浙江海宁20MWp的分布式光伏发电项目,建立了MW级分布式光伏/储能发电系统;完成了含分布式电源的微电网技术研发,在浙江温州建成2个系统容量分别为2.94MW和1.86MW的微网示范工程。该项目研发了电动汽车智能充放储一体化电站系统,在嘉定安亭建成了规模为1.25MW/2.25MWh的储能电站;建立了电动汽车有序充电系统,涵盖21个充换电站;依托大连城西充电站进行了电动汽车与电网的互动协调系统示范应用。该项目研究了大容量储能系统设计及监控管理与保护技术,建成2MW/2MWh储能系统示范工程;完成多类型储能系统协调控制技术研发,在张北风光储基地和山东砣矶岛进行示范应用;开发了适用于MW级储能电站的能量管理和控制系统,在卧牛石风电场建成5MW/10MWh的全钒液流储能示范工程。该项目研发了智能配电网自愈控制系统,在广东金融高新技术服务区4个变电站、23条馈线、89个配电房进行示范应用;开展了灵活互动的智能用电关键技术、智能配用电信息及通信技术研究,分别在广西南宁、扬州和无锡建成示范工程;完成智能配用电园区技术集成研发,在天津中新生态城示范应用,用户数总计20216户,可再生能源发电量年平均渗透率20.74%。该项目开展了大电网运行状态感知、风险评估、故障诊断与调度一体化,提升电网安全稳定和运行效率的柔性控制,高压开关设备智能化,基于物联网的输变电设备智能监测与全寿命周期管理等技术研发,并在华中电网、云南电网等进行示范应用。作为我国在智能电网领域的一个重要布局,该项目突破了一系列关键技术,形成了相关标准体系,在全国范围内建设了多个示范工程,实施推广应用,并培养了大批人才,对我国积极应对气候变化、确保经济社会持续快速发展、促进能源结构优化和高效利用、保障电力供应安全、培育战略性新兴产业、带动产业发展具有重要意义。专家组一致认为,该项目完成了立项通知规定的研究内容及主要考核指标,同意该项目通过验收。

4.储能电池技术选择

2、超超临界循环流化床发电技术随着白马600MW超临界CFB锅炉示范工程的成功运行,标志我国已经具备大型超临界CFB锅炉的设计制造能力。但与煤粉锅炉相比,循换流化床锅炉设备的利用率和效率偏低,同时实现火电厂污染物超低排放难度较大。重点突破CFB锅炉烟气污染物超低排放技术,进一步提高CFB机组发电效率,到2017年掌握CFB锅炉烟气污染物超低排放技术;2020年完成600MW等级超超临界CFB发电机组初步设计,效率和设备利用率达到同等级别煤粉锅炉水平。

无锡新加坡工业园智能配网储能电站在配电端为园区提供的储能服务,与产业园共同为园区企业提供的综合能源服务,结合了分布式可再生能源与智能微电网技术,实现了传统能源与新能源多能互补和协同供应。

近日,新疆发改委发布了《关于在全疆开展发电侧储能电站建设试点的通知》,这是国内首个针对发电侧储能发展而制定的指引性政策文件。近期国家能源局曾表示“2019年将积极推进风电、光伏发电无补贴平价上网项目建设,建立健全可再生能源电力消纳新机制”,借此机遇储能将有望迎来发电侧市场的发展高峰。

3、环境保护、移民安置与生态修复技术水电开发与生态环境保护问题已经成为我国水电可持续发展的重要制约因素,梯级开发的累积影响、鱼类繁衍、栖息地保护技术不足直接影响水电开发。2020年,掌握环境保护、移民安置与生态修复等关键技术,提出相应的环境保护对策措施,妥善处理好水电建设与环境保护的关系,实现合理开发水资源和维持河流生态系统功能。

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西北能监局发布的华能青海格尔木时代新能源光伏储能电站项目调研显示,50MW光伏电站+15MW/18MWh锂电池储能系统,在晴天的日运行曲线为例,电网限发出现在上午10点15分左右,同时储能系统开始充电,并在12时35分储满;下午17时30开始释放电量,19时15分结束,当天为电网多提供清洁电量约1.6万千瓦时。若依照2019年光伏上网电价0.4元计算,则相当于储能系统晴天每天可增收6400元。

3、联合循环发电及煤基多联产技术联合循环发电及煤基多联产系统是一种综合考虑资源、能源和环境效益系统,是未来主要的能源技术之一,是煤炭利用的发展趋势。对于联合循环发电,目前第三代IGCC技术正在研发中,已建立的IGCC示范电站技术达到国际先进水平,但经济性和可靠性是影响其商业化的关键因素;对于煤基多联产国内外已开展了大量的生产流程与产品生产方式的创新研究,技术关键和难点仍是煤的热解和气化装置的开发。重点研究以空气为气化剂的气化炉以及与其相应的IGCC系统,2017年,突破低阶煤干馏关键技术和设备,完成IGCC+CCUS技术和煤基多联产IGCC电站的可行性研究。2020年,建成以褐煤低温干馏为基础的煤电化工一体化示范工程。

电站为用户提供了高效智慧的能源供应和相关增值服务,实现能源需求侧管理,推动了能源就近清洁生产和就地消纳,提高了能源综合利用效率,也推动了公司未来在分布式能源与能源互联网领域的商用模式创新。

发电侧储能目前看来主要可以分为火电配置储能、新能源配置储能两方面,火电配置储能可发挥AGC调频、黑启动、电力负荷调整等功能;在风电场、光伏电站配置储能则主要提供新能源消纳、辅助执行一次调频等服务。此外储能电站还可以参与调峰调频、电力需求响应等电力市场交易,获得部分收益。

一、发展现状

1.储能在发电侧的主要作用

2、无线输电技术无线输电距离越长,输电效率越低,技术难度也越大。对于中短距离的无线输电技术来说,基于电磁感应方式的无线输电技术是目前研究最多、应用最为成熟的一种;对于长距离无线输电来说,微波输能成为目前研究解决远距离输电的主流技术,长距离无线输电技术在空间电站电力传输、偏远地区重要负荷供电以及移动负荷供电等方面具有应用前景。未来研究方向重点研究提高各种无线输电效率的技术优化措施、提出技术解决方案和工程方法;试验应用不同应用场合、不同应用方式下的无线输电的原型试验装置或示范系统。

该储能电站在10KV高压侧接入,为整个园区供电。该项目由南都电源负责整体投资,并提供了电站的全套技术解决方案、电站建设及运营服务。

2.未来发电侧储能市场需求

1、第三代大型先进核电技术及装备第三代核电已逐渐成为国内外核电发展的主流,我国压水堆设计、建设和运行管理水平已走在世界前列,具备自主设计建设第三代核电机组能力,如我国走在研发具有自主知识产权的“华龙一号”已获国家批准开工建设;CAP1400正等待国家审批;正在建设的山东石岛湾高温气冷堆核电站示范工程是我国核电重大专项的重要成果之一,为发展第四代核电技术奠定基础。2020年,我国将完善大型先进压水堆的各个环节,实现自主化、国产化,不受制于人,具备以完全拥有自主知识产权的中国核电品牌走向国际市场,彻底解决核废料安全处置问题。

该项目安装了江苏省第一只储能用峰谷分时电价计量电表,并成为首个接入国网江苏省电力公司客户侧储能互动调度平台的大规模储能电站。该电站是首个依照江苏省电力公司《客户侧储能系统并网管理规定》并网验收的项目。

关于光伏电站到底应该配多少储能,目前还没有准确的定位,通常认为需要20%、15%。此次新疆发布的文件中指出原则上按照光伏电站装机容量的20%配置储能,并可根据弃光率调整。依据专家分析,一方面需要确定功率目标,通过功率预测的约束条件选择电池和放电深度,通过计算得出配置方案,可能需要一对一的进行设计。而没有功率预测的情况需要进行线性拟合,计算对储能设备的需求。以美国储能市场为例,光伏电站配置的储能装置储能时间0.5~4小时,而公共事业级的光伏电站共49个项目、平均配置1.7小时的储能。此外在发电侧火电配置储能辅助AGC调频方面,目前多是配置0.5小时的储能。

1、700℃超超临界的关键技术700℃超超临界发电技术的发电效率接近50%,可比600℃超超临界发电技术高4%。目前,欧美和日本等国家基本完成材料筛选及性能测试、大型铸件试验生产、高温部件验证平台制造、大型耐热合金部件验证的工作。我国在该项目起步较晚,关键技术与国外存在差距。我国将继续进行自主知识产权的低成本、高强度高温合金材料的开发工作,锅炉受热面管材已在华能南京热电厂挂网运行。到2020年,形成具有核心竞争力的自主知识产权700℃超超临界燃煤发电技术,完成关键材料和关键部件的研制,完成600MW等级700℃先进超超临界发电系统的方案设计,择机签订示范工程。

该项目在工程建设和并网接入等方面得到来自政府和电网公司的全力支持和协助,并最终顺利并网运行,电站的建成标志着储能商用化时代的到来。

未来发电侧储能市场容量有多大?我们主要从以下几个角度进行分析:

输配电技术领域特高压交流1000kv、直流±800kv系列成套装备已实现国产化,在电压等级、输电距离、传输容量、关键设备等方面不断刷新世界记录,整体达到国际领先水平。

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3.发电侧如何配置储能容量

碟式太阳能热发电技术碟式太阳能热发电系统是通过斯特林循环或者布雷顿循环发电的太阳能热发电系统,其光学效率可达到90%,吸热器工作温度可达800℃以上,系统峰值光--电转化效率可达29.4%。碟式太阳能热发电系统可以采用空冷技术、仅消耗少量的水对聚光镜进行清洁等,减少对水资源的耗费,更适合沙漠、戈壁地带。2010年,全球首个碟式光热示范电站Maricopa电站在美国亚利桑那州投运,该项目由TesseraSolar开发,采用现已破产的SES斯特林能源系统公司的SunCatcher碟式发电设备,装机1.5MW,单个系统发电功率25KW,共采用了60个SunCatcher碟式斯特林发电机。2016年3月,国内首座碟式太阳能发电示范电站落户铜川,中航工业西安航空发动机有限公司投资建设的碟式太阳能实验基地建设现场,50台碟架发电设备主体安装到位。作为国内第一座兆瓦级碟式斯特林太阳能发电示范电站,项目建成后可年发电量126万度,同时为碟式太阳能热发电行业标准的建立提供依据,促进碟式太阳能热发电产业化。

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另外,通过光伏配置储能给发电质量和发电量都带来优化,可显着提高现有的输电网能力,融合更多的可再生能源、避免电网输配线路的升级,也相当于控制了未来可能产生的输配电价,这部分利益是无法用普通方式计算估量的。

2、大容量、远距离输电技术与装备我国在特高压交直流输电技术总体上处于国际领先水平。对于特高压直流的换流变压器、直流穿墙/换流变套管、直流场开关器件等高端装备少数核心器件的制造技术国内尚未完全掌握,需要“十三五”期间重点攻关。2020年,研制成功±1100kV特高压直流穿墙套管,提升直流输电重大装备、核心部件的国产化水平,核心部件自制率达到70%~90%,建立特高压直流受端分层接入示范工程,建成±1100kV特高压直流输电示范工程。

项目成功并网运行将为工商业储能应用并网破冰,促进客户侧储能设备大规模接入电网。既缓解了电网调峰压力,又保证了储能用户获得合理的收益,实现了双赢的结果。

目前液流电池、铅炭电池、锂电池在光伏储能电站均有应用,其中液流电池比较适用于风电光伏配置的储能电站,如辽宁卧牛石风电场储能项目、青海共和、乌兰的风电场储能项目。而铅炭电池因其成本和占地面积等优势,也已在部分光伏电站中使用。不过目前有专家认为锂电池成本下降迅速,未来大型新能源电站配置储能更可能会优先选择锂电池。

2、大型地下洞群关键技术我国西部地区独特的环境使得地下洞群成为水电工程枢纽布置的最佳选择,地下洞群正朝着单机大容量、洞室大跨度、施工大规模和安全高要求的方向发展。2020年,预期掌握大型地下洞群系统关键技术,解决地下洞群工程建设中所面临的关键科学技术难题。

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依据有关专家的测算,光伏电站投建储能,若在直流侧接入3.5MWh磷酸铁锂电池储能设备,通过光伏上网电价测算收益率可达8%,回收期大约为8.96年。另有一份测算显示对于装机90 MW的光伏电站,装设储能容量12.72 MW/5.19 MWh铅酸电池,年收益可达931万元以上,相比没有储能的光伏系统提升4%左右,装有储能的光伏发电系统能够留较少的备用容量,从而提高了系统收益。而据《南方区域电化学储能电站并网运行管理及辅助服务管理实施细则》,配有储能的光伏电站除了参与电网调度以外,还可以领取0.5元的度电补贴。

智能电网技术智能电网已经成为全球电网发展和进步的大趋势,欧美等发达国家已经将其上升为国家战略。我国在智能电网关键技术、装备和示范应用方面具有良好的发展基础和国际竞争力。智能电网技术体系涵盖发电、输电、变电、配电、用电和调度等多个环节。

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而且配置的储能电站还可参与调峰调频等电力辅助服务、电力需求响应等电力市场交易,获取相应的补偿,进一步提高项目的经济效益,缩短项目投资回报周期。而火电机组方面通过增加储能改造以后可参与AGC调频,单个机组可获得补偿达460万元/年。

4、高性能大容量水电机组技术根据规划和我国水电建设现状,2030-2050年,随着西藏水电的开发,将有四个千万千瓦级水电站的运行水头超过400米,最大水头达830米,超高水头和超大容量水电将成为我国水电发展的主要方向。实现高性能大容量水电机组及相应配套的自主设计、制造与安装,满足我国到2050年前后水电开发,特别是西藏水电开发的需要,新型超高水头和超大容量的高性能水电机组研制将成为我国水电设备科研及制造的主攻方向。

电站的建成标志着南都电源在储能领域系统集成、工程设计及建设上,取得里程碑式突破。

目前新疆可再生能源发电已占主力,包含181个风电场、300个光伏电站,以新疆此次发布的文件为例,鼓励储能与光伏电站作为联合体参与电网运行优化、接受电网运行调度。且配置储能电站的光伏项目,原则上增加100小时计划电量,这将为光伏电站带来更多收益。

2、大电网柔性互联技术具备一定的技术基础和工程经验,存在主要问题是大容量、远距离输电能力仍显不足,适用于特殊场合的新型输电技术和更高电压等级的柔性直流输电技术尚待突破。重点突破500KV以下基于架空线的柔性直流输电技术,重点研发大容量柔性直流转换器等先进输变电设备;2020年,研制超高压柔性直流输电及组网成套装备。

储能电站投运之后,每天高峰时段可给园区提供2万KVA负载调剂能力,降低了工业园区变电站变压器的负载率,缓解了工业园区变压器的增容速度。

5. 发电侧配置储能项目经济效益

2、受端综合能源电力系统关键技术传统电力系统不支持多种一次和二次能源相互转化和互补,既难以支撑高比例分布式清洁能源电力接入电力系统,又不适应大量分布式光伏发电、小型风电、冷热电三联供、电动汽车、蓄电池、氢能等“即插即用”式设备的接入。重点研究受端综合能源电力系统规划运行技术,2020年掌握受端多种能源网融合规划、高渗透分布式能源接入和利用的一系列关键技术。构建受端综合能源电力系统仿真平台。建成多个冷、热、电综合能源电力系统的示范工程。

日前,南都电源接到国网江苏省电力公司无锡供电公司下发的无锡新加坡工业园智能配网储能电站《并网验收意见书》,标志着该项目得到国家电网正式批准,即日起全容量并网运行。

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