电网侧电化学储能电站规模配置研究

25电网与发电技术

电网侧电化学储能电站规模配置研究

陈昆灿

渊中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司袁福州

350003冤

摘要院目前电网侧储能项目应用刚刚起步袁国家及行业标准还未颁布相关的规模配置原则遥此文阐述了我国目前主要的电化学储能电池以及电网侧储能应用情况袁基于统计方法提出了猿种储能规模渊包括储能能量尧储能功率冤配置原则遥以某省南部地区员园座220kV变电站为例袁统计分析了电网侧电化学储能电站的储能能量尧功率以及充放电时间袁并得到储能规模与变电站负荷曲线特性指标的关联性遥可为后续开展变电站尧充换电站渊储能站冤和数据中心站野三站合一冶工作中的储能规模提供一定的论证技术遥

关键词院电化学储能电站曰电网侧曰储能规模中图分类号院TM761

文献标志码院A

文章编号院2095原661源渊圆园员9冤04原园园25原04

StudyonConfigurationofScaleofElectrochemicalEnergy

StorageStationonPowerGridSide

渊PowerchinaFujianElectricPowerSurvey&DesignInstituteCo.袁Ltd.袁Fuzhou350003袁China冤

Abstract:Atpresent袁theapplicationofenergystorageprojectonpowergridsidehasjustbegun袁andthestateandtheindustrystandardhavenotpublishedrelatedscaleconfigurationprinciplesyet.Thispaperexpoundsthecurrentelectrochemicalenergystoragebatteriesandapplicationstatusofenergystorageonpowergridside袁andproposesthreeconfigurationprinciplesof

CHENKuncan

energystoragescale渊includingstorageenergy袁energystoragepower冤.Bysettingten220kVtransformersubstationsinthesouthernpartofourprovinceasexamples袁thestoredenergy袁powerandcharginganddischargingtimeofelectrochemicalenergystoragepowerstationonpowergridsidehasbeenstatisticallyanalyzed袁andtherelevancebetweenenergystoragescaleandcharacteristicindexofloadcurveofsubstationhasbeenobtained.Thispapercanprovidecertaintechnicalreferencesfor渊energystoragestation冤anddatacenterstation.

thedemonstrationofenergystoragescaleinthesubsequent\"three-stationintegration\"workofsubstation袁chargingstationKeywords:electrochemicalenergystoragestation曰powergridside曰scaleofenergystorage

0引言近年来袁国内电网侧储能电站的规划建设项目

成强大的价值创造平台袁共同构成能源流尧业务流尧数据流野三流合一冶的能源互联网遥由此袁国网公司进一步提出了变电站尧充换电站渊储能站冤和数据中心站野三站合一冶的实施方案遥储能作为其中一项主要业务袁不仅可以保证数据中心供电可靠性袁还可以起到电网削峰填谷等作用遥

目前电网侧储能项目应用刚刚起步袁国家及行业标准还未颁布相关的规模配置原则袁本文基于统计方法袁对电网侧储能站的充放电功率尧充放电时间等规模配置进行分析测算袁以便为后续三站合一项目储能规模选择提供参考遥

越来越多袁根据国网公司2019年1号文件袁年度首位重点工作是推动电网与互联网深度融合袁着力构建能源互联网遥承载电力流的坚强智能电网与承载数据流的泛在电力物联网袁相辅相成尧融合发展袁形

收稿日期院圆园员9原04原园3

作者简介院陈昆灿渊1985冤袁男袁硕士研究生袁注册电气工程师渊发输变电尧供配电冤袁咨询工程师渊投资冤袁高级工程师袁主要研究方向为电力系统规划遥

26电网侧电化学储能电站规模配置研究

Vol.22No.41电化学储能电池及电网侧储能应用简介目前我国电化学储能电池较为主流的技术路线

有铅酸辕铅碳电池尧锂离子电池尧液流电池等咱1-2暂电化学储能技术具有不同的特点袁具体如下院

袁各

铅酸辕铅碳电池院技术成熟袁使用安全稳定袁结构

简单尧价格低廉尧维护方便遥但该类电池突出缺点是能量密度低袁深度尧快速尧大功率放电时袁可用容量下降咱3-4暂锂遥

离子电池院充放电效率高袁能量密度高袁循环

寿命较好遥但锂离子电池生产成本较高尧不耐过充过放尧安全性需进一步提高遥

液流电池院具有循环寿命长尧充放电特性良好尧电池荷电状态准确可控等优势遥但是液流电池储能密度偏低袁导致体积很大袁另外电池系统增加的管道尧泵尧阀尧换热器等辅助部件也一定程度上影响其可靠性遥

可见袁锂离子电池渊特别是磷酸铁锂电池冤在能量密度尧充放电次数方面优势较为明显袁更能符合电网侧储能需求遥液流电池循环寿命长袁但占地大袁目前国内主要应用在北方地区渊如在建的大连液流电池储能调峰电站冤遥

式尧集2018中式年冤骤以来然袁爆我发国袁在其电中网袁至侧2018储能项年目底渊江苏含分尧布

河南两省已建的电网侧储能项目规模达到201.8MW辕

327.8南长沙MW尧江苏南京窑h渊电池均尧福采建用泉磷酸铁锂州等地电也池已冤袁陆2019续开年工湖建设百兆瓦级电网侧储能项目遥电网侧储能正从技术

角度出发袁寻求市场化商业价值袁电网侧也势必会在未来一段时间内成为我国储能系统应用的重点领域咱5-6暂遥

2研究的基本前提电网侧储能站的一个主要作用是削峰填谷袁并

希望它达到的理想效果是将变电站波动的负荷曲线调整成一条几*稳的负荷曲线袁本文电网侧储能规模研究主要基于以下基本前提院电站遥

1冤仅针对存在下网负荷渊或少量上网负荷冤的变的同2时冤变袁也电一站定最程高度上负载减率轻在了变60%压以器上降袁压压在削力峰遥

填谷

一致或3冤近变似电一站致负遥

荷特性曲线应与所在省市负荷曲线电转4换冤储效率能按电站90%考虑遥采用磷酸铁锂电池袁系统充放

等级遥

5冤储能系统考虑接入变电站10kV及以下电压

6冤现阶段大规模电化学储能还处于示范阶段遥

3储能规模配置原则本文从储能规模的利用率以及最大限度满足电

网侧需求两个角度出发袁考虑了猿种储能规模渊包括能量尧功率规模冤配置原则遥3.1.1

3.1能1冤能量统量配置计配置原则

全部原则天数一

计时段的功率高于渊或渊低一于年冤365当天天平均冤的功逐率日得每到一正个功统

率差渊或负功率差冤袁并结合该功率差所持续的时间

段袁计算得出该时间段的可放电渊或可充电冤能量袁进而累加得出当天总的可放电渊或可充电冤能量袁本文以下简称野能量偏差冶遥间的概2冤率设定分布连遥

续若干个能量偏差区间袁计算在各区

偏差作为3冤选储择能能系量统偏能差量区配置间概依据率较遥大对应的平均能量3.1.21冤能统量计配置全部原则二

差遥

天数渊一年365天冤的逐日能量偏

23冤统计大于等于某一充辕放冤选电择转一换效定的率冤K

放电能量的总概率K能量能量值尧对应的充辕放电能量渊计

遥

及充作为储能系统能量配置依据遥考虑到目前大规模储能技术还处于发展阶段袁大规模储能系统的稳定性尧安全性等问题还有待进一步验证袁K值按90%以上选取遥

3.1.3能量能量配置原则三

差遥

1冤统计全部天数渊一年365天冤的逐日能量偏2差看3冤作冤求根据每日随机变正能态量偏差的中心值渊均值冤和标准差遥量分袁把区布的间野3渊滓滋冶-3原则滓袁滋袁+3把滓每冤日看的能作是量随偏

机变量实际可能的取值区间袁进而作为储能系统能量配置依据遥

第22卷第4期JournalofStateGridTechnologyCollege国网技术学院学报

273.23.2.1

功率功率配置原则低负荷1冤统与计配置当全日部原则平均负天数一

渊荷一之差年365的最天大值冤的逐MAX日最高渊P辕最

Pmaxave袁Pave-Pmin冤袁本文以下简称野负荷偏差冶遥-间的概2冤率设定分布连遥

续若干个负荷偏差区间袁计算在各区

偏差作为3冤选储择能负系荷统偏功差率区配置间概依据率较遥大对应的平均负荷3.2.2差1冤功统率计配置全部原则二

遥

天数渊一年365天冤的逐日负荷偏23冤冤统选计择大于一定的等于某K

一负荷偏差的概负荷率偏差K功率功率值对应的作为遥

储

能系统功率配置依据遥考虑到目前大规模储能技术还处于发展阶段袁大规模储能系统的稳定性尧安全性等问题还有待进一步验证咱7暂3.2.3袁K功率值按90%以上选取遥

1冤功统率计配置差遥

全部原则三

天数渊一年365天冤的逐日负荷偏2冤求每日负荷偏差的中心值渊均值差看3作冤根据随机变正态量分袁把区布的间野3渊滓滋冶-3原则滓袁滋袁+3把滓每冤和冤日标准差看的作负是荷遥随偏

机变量实际可能的取值区间袁进而作为储能系统功率配置依据咱8暂3.3配置原则使遥

用建议

配置原则一尧二主要是从储能规模的利用率方面考虑袁配置原则三则从最大限度满足电网侧需求面考虑遥

结合叶关于促进储能技术与产业发展的指导意见曳渊发改能源也2017页1701号冤提出的野十三五冶期间储能由研发示范向商业化初期过渡袁野十四五冶期间储能项目广泛应用袁实现商业化初期向规模化发展转变袁考虑到目前储能技术发展成熟度袁建议近期储能规模配置宜采用原则一尧二袁中远期在占地等条件允许下储能规模配置可按原则三预留遥

4举例说明本文选取某省南部地区部分最高负载率大于

60%配置的原则10座袁分典别型测220算各kV变变电电站站配置袁按照储上能一规节模提袁出包括能

猿种

量规模尧功率规模以及充放电时间袁测算结果如表员

所示遥

4.1电网侧储能能量测算

经测算袁各原则下袁各变电站储能能量配置结果为院

主要集1冤按中在配置100原则耀500一MW袁各窑变h袁电占站所在变储能能电量站配置日最规高用模

电量的2豫耀10%袁均值约5%遥

能量配置2冤按规配置模主要集原则二中在袁K

能量值取90%袁各变电站储能

100耀300MW窑h袁占所在变电站日最高用电量的2豫耀5%袁均值约4%遥

主要集3冤按中在配置250原则三耀900MW袁各窑变h袁电占站所在变储能能电量站配置日最规高用模电量的7豫耀14%袁均值约10%遥4.2电网侧储能功率测算

经测算袁各原则下袁各变电站储能功率配置结果为院

主要集1冤按中在配置20原则耀70MW一袁袁各占变所在变电站储电能站功年最率配置高负规荷模

的

12豫耀221%冤按配置袁均值原则二约17%袁K

遥

功率值取90%袁各变电站储能

功率配置规模主要集中在15耀45MW袁占所在变电站年最高负荷的8豫耀15%袁均值约12%遥

主要集3冤中在按配置40原则三耀120MW袁各袁变占电所在变站储能电功站率年最配置高规负模

荷的22%耀41%袁均值约30%遥4.3电网侧储能充放电时间测算

经测算袁各原则下袁各变电站储能充放电时间结果为院

3耀101h冤遥按配置原则一袁各变电站储能充放电时间在6耀7h2遥冤按配置原则二袁各变电站储能充放电时间在.4耀8h3遥

冤按配置原则三袁各变电站储能充放电时间在

电网侧储能规模配置建议

考虑到大规模储能技术还处于示范阶段袁现阶段储能功率建议取所在变电站最高负荷的12%左右袁并结合国内储能电池参数情况袁为节省投资袁充放电时间建议取3耀4h遥随着大规模储能技术的提升和应用的成熟袁在占地等条件具备情况下袁远期规模

28电网侧电化学储能电站规模配置研究

表员各配置原则下的变电站配置储能规模汇总

变电站变电容量/MV窑A最高负荷/MW最高负载率/%

站124017974

站260042070

站318011161

站436025671

站8029261

站636025170

站736021560

站824018075

Vol.22No.4站924018075

站1030020869

不同原则下的储能能量配置

原则一储能能量/MW窑h原则一储能能量/变电站日电量/%

原则二储能能量/MW窑h原则二储能能量/变电站日电量/%

原则三储能能量/MW窑h原则三储能能量/变电站日电量/%

100耀200400耀500100耀200200耀400400耀500200耀300100耀300100耀200100耀200100耀2003耀71463314

5耀63004011

5耀10824312

4耀8228556111

7耀9278578014

4耀620044229

2耀71439

3耀510633199

3耀614743109

2耀598227

不同原则下的储能功率配置

原则一储能功率/MW原则一储能功率/变电站负荷/%

原则二储能功率/MW原则二储能功率/变电站负荷/%

原则三储能功率/MW原则三储能功率/变电站负荷/%

301724.0137241

701743.01011628

201816.51743

451835.0147429

602142.0149834

401629.5125924

351627.01325

301717.5105329

301724.0134224

251217.584622

不同原则下的储能充放电时间测算

原则一储能充放电时间/h原则二储能充放电时间/h原则三储能充放电时间/h注院储能能量计及储能系统90%的转换效率遥

3耀7666耀7785耀105耀9787耀8785耀8773耀9673耀7663耀7674耀866可按所在变电站最高负荷的30%左右预留袁充放电时间仍建议取3耀4h遥

另外袁为节省占地及投资成本袁本文电网侧储能电站建议通过10kV及以下电压等级接入袁若220kV变电站站址周边位置尧间隔等受限袁也可考虑分散接入其供电的110kV变电站10kV侧遥

变电站进一步分析后确定遥

参考文献咱1暂咱2暂咱3暂咱4暂咱5暂咱6暂咱7暂咱8暂

分析咱M暂.北京院中国电力出版社袁2017.出版社袁2018.出版社袁2016.

孙威袁李建林袁王明旺袁等.储能系统商业运行模式及典型案例

丁玉龙袁来小康袁陈海生.储能技术及应用咱M暂.北京院化学工业

5结论针对用于削峰填谷的电网侧储能电站袁本文提

李建林袁惠东袁靳文涛袁等.大规模储能技术咱M暂.北京院机械工业罗星袁王吉红袁马钊.储能技术综述及其在智能电网中的应用展望咱J暂.智能电网袁2014渊员冤院7-12.

张明霞袁闫涛袁来小康袁等.电网新功能形态下储能技术的发展

出猿种规模配置原则袁通过举例分析多个变电站负荷数据袁得出了电网侧储能规模渊包括能量尧功率尧充放电时间冤与所在变电站负荷尧电量的关联性袁并提出本期尧远景电网侧储能电站规模的选取办法遥

本文旨在提出电网侧储能规模配置的思路与方法袁由于不同地方尧不同用电性质等的负荷曲线特性指标不太一样袁电网侧储能规模仍需结合具体地区

愿景和技术路径咱J暂.电网技术袁2018渊缘冤院1370-1377.应用袁2016袁35渊16冤院18-23.

李建林袁修晓青.能源互联网中储能系统发展趋势分析咱J暂.电器荆平袁徐桂芝袁赵波袁等.面向全球能源互联网的大容量储能技

术咱J暂.智能电网袁2016袁37渊8冤院8-17.咱D暂.武汉院华中科技大学袁2017.

韩杏宁.大区电力系统新能源电源规划及储能配置方法研究