儲能的多環(huán)節(jié)應用提升我國“三北”地區(qū)風電消納能力

2017-09-29 15:19:36 電力電網(wǎng) 　點擊量：評論 (0)

近年來，我國新能源并網(wǎng)裝機和消納總量高增長。截至2015年底，我國風電累計裝機容量達128 3GW，全國風電發(fā)電量為185 1TWh，裝機總量居世界第一，但是嚴重的棄風問題制約著我國從世界大風電裝機國邁向世界最大風電

近年來，我國新能源并網(wǎng)裝機和消納總量高增長。截至2015年底，我國風電累計裝機容量達128.3GW，全國風電發(fā)電量為185.1TWh，裝機總量居世界第一，但是嚴重的棄風問題制約著我國從世界大風電裝機國邁向世界最大風電利用國。風力資源最豐富的“三北”地區(qū)也是棄風最為嚴重的地區(qū)，以吉省為代表，棄風率連年超過30%，風電消納問題引起社會的廣泛關注?，F(xiàn)階段國內(nèi)各研究機構圍繞棄風題，基于電網(wǎng)實際運行情況，從機理上深入探討，分問題產(chǎn)生的根源，致力于找出科學的解決途徑。

國網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學研究院(以簡稱“國網(wǎng)吉林電科院”)經(jīng)過多年在新能源領域中不懈努力，已經(jīng)建立了一支“風電并網(wǎng)技術一網(wǎng)源協(xié)技術一風電消納技術”閉環(huán)式科技攻關團隊，人才優(yōu)明顯，技術實力雄厚，具有良好的試驗與理論基礎。前擁有一個中心，兩個省級工程實驗室，即吉林省風并網(wǎng)技術研究與檢測中心、吉林省風電并網(wǎng)技術及消能力研究工程實驗室和大電網(wǎng)仿真實驗室。近三年，網(wǎng)吉林電科院在新能源技術領域中先后承擔了國網(wǎng)司、吉林省科技廳和工信廳等相關科技項目34項，究成果全部達到國內(nèi)領先水平及以上，并建設了多個范工程進行推廣應用，在風電消納方面取得了諸多實經(jīng)驗。

我國“三北”地區(qū)棄風的主要原因

分析我國“三北地區(qū)”棄風問題產(chǎn)生的根源，要表現(xiàn)在低負荷、供熱期電網(wǎng)向下調(diào)峰能力不足和電外送能力弱。

“三北”地區(qū)新能源裝機與負荷呈逆相關，負占全國總負荷的36%，但風電裝機占了全國的70%，電滲透率高達70%，其中，蒙東的風電滲透率已經(jīng)超100%。而山東、江蘇的風電裝機總量也很大，但基本實了全額消納。因此，低負荷是制約風電消納的根本原因。

冬季供熱是“三北”地區(qū)的固有特點，以吉林為例。吉林省電源結構以火電為主，達到省調(diào)直調(diào)裝的75.5%，供熱機組又占了火電機組的總裝機的92%為保證冬季采暖，供熱機組“以熱定電”，不能深度峰，調(diào)峰能力僅為20%左右。而整個東北區(qū)域抽水蓄等靈活調(diào)節(jié)電源占比只有1.5%。負荷低谷時，電網(wǎng)下調(diào)峰異常艱難，恰逢風電需求大，造成了大量的風。經(jīng)統(tǒng)計，東北地區(qū)90%以上的棄風電量發(fā)生在供期，負荷低谷棄風電量又占總棄風的80%基于以上兩點，風電消納對電網(wǎng)外送提出了更高求。然而，目前國內(nèi)的電網(wǎng)仍不能滿足“三北”的風電送。截至2015年底，東北電網(wǎng)新能源裝機已達25.5GW電力富余20GW以上，跨區(qū)外送華北地區(qū)的輸電能力有3GW，電網(wǎng)外送能力較弱。

風電消納的解決措施和儲能的需求分析

對“三北”地區(qū)棄風問題產(chǎn)生的根源，解決“北”地區(qū)風電消納的有效措施可概括為以下三個方面即提高火電機組的電源調(diào)節(jié)能力，加快推進抽蓄電站設;積極推進“三北”電網(wǎng)的特高壓直流外送通道設，加強送受端交流電網(wǎng)建設，保證跨區(qū)直流能夠大率運行;推進煤改電供熱等電能替代，推廣風電供暖同時加強需求側(cè)響應，實現(xiàn)負荷調(diào)峰。

以上三個措施都需要打破現(xiàn)有的電力生產(chǎn)和消耗時平衡，而儲能技術具有多能轉(zhuǎn)換和能量時移的特點是協(xié)調(diào)電源和負荷的有效手段。儲能技術既包括熱儲等廣義儲能，也包括電化學儲能，如鏗電池、液流電等。大規(guī)模儲能系統(tǒng)可在電力系統(tǒng)發(fā)、輸、用電多個節(jié)中應用，其可協(xié)調(diào)火電機組進行靈活性改造，提高組的深度調(diào)峰能力，可為送受端電網(wǎng)提供快速功率釋和支撐，提高特高壓直流輸電的穩(wěn)定性，可作為可控荷參與電網(wǎng)調(diào)峰，提升負荷的可調(diào)度性。因此，大規(guī)儲能系統(tǒng)能夠多維角度為風電消納提供負荷空間，是決棄風的的必然需求。

儲能的多環(huán)節(jié)應用提升風電消納的機理

蓄熱式電鍋爐作為一種廣義的儲能系統(tǒng)，協(xié)調(diào)電機組進行靈活性改造實現(xiàn)深度調(diào)峰，為消納風電提負荷空間。該項技術在北歐地區(qū)的應用最為成熟，丹最為典型。隨著國家政策的支持，“三北”地區(qū)多家電廠開展蓄熱式電鍋爐融合機組進行靈活性改造項目利用電鍋爐解禍熱電機組的“以熱定電”模式，配置電鍋爐容量決定了其機組深度調(diào)峰的能力。負荷低谷段，降低熱電機組出力，由此損失的供熱量由配置的鍋爐運行補充，多余的熱量存入蓄熱罐，在熱負荷高期釋放?；痣姍C組靈活性改造后一方面實現(xiàn)了熱電機的深度調(diào)峰，另一方面實現(xiàn)了負荷時移，大大增加了電消納的負荷空間。

利用棄風電量進行電供熱是解決“三北”地區(qū)風問題的有效手段。夜間負荷低谷時段，利用谷電電或者協(xié)定的棄風電價對蓄熱式電鍋爐加熱，一方面向熱管網(wǎng)提供熱負荷，另一方面將多余熱能儲存至蓄罐中，以滿足次日電價高峰期的熱負荷要求。然而電爐的功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)受機械部件制約，調(diào)節(jié)速率與風功快速波動不匹配，無法實現(xiàn)最大限度的消納風電。電學儲能具有電能雙向流動，有功、無功的靈活調(diào)節(jié)等點，其協(xié)調(diào)電鍋爐能夠改善其調(diào)節(jié)靈活性，具備跟蹤風功率的能力，提高風電供熱的經(jīng)濟性。

為了解決東北地區(qū)窩電問題，提高新能源外送消能力，2017年新建扎魯特一山東青州士800kV特高壓流輸電及其配套工程，該工程投運后最大可外送出力10OOOMW，但該工程投運后，全省電網(wǎng)結構與運行性發(fā)生巨大改變，電網(wǎng)事故的構成要素更加復雜。當直流線路滿負荷運行發(fā)生單級或雙極閉鎖后，松白地頻率將瞬間提高1Hz，重要500kV變電站電壓將被迫高至1.22(pu)，為保證電網(wǎng)的頻率和電壓穩(wěn)定，電將會通過穩(wěn)控裝置切除大量風電機組，嚴重影響新能的消納，也為電網(wǎng)帶來了巨大沖擊。隨著大功率PCS術的快速推進，大規(guī)模的電池儲能電站若達到毫秒級響應時間，將會為扎魯特直流的單極或雙極閉鎖提供速功率釋放，提高直流輸電的頻率和電壓穩(wěn)定性，進提升風電消納能力。

由于用電存在峰谷電價，通過儲能可實現(xiàn)用電荷的轉(zhuǎn)移，谷充峰放不僅可以增加低谷負荷促進風電納，還存在盈利的可能性。若采用儲能分布式并網(wǎng)，中管理，引入負荷集成商的運營模式，可大幅提高負的調(diào)度性，再結合風電功率預側(cè)，可顯著提升風電的納能力。

重點示范工程

華能長春熱電廠(2X300MW)火電機組靈活造工程是國網(wǎng)吉林電科院最新承擔的調(diào)試項目。該項配置了320MW的固體蓄熱式電鍋爐進行機組靈活性造，進而提高機組的深度調(diào)峰能力，其拓撲圖如圖1示。依據(jù)現(xiàn)行的電價政策，火電機組改造盈利的關鍵于其參與深度調(diào)峰輔助服務費補貼。以該工程為例，造前供熱期熱電機組最小技術出力為320MW，改造機組出力可降低至0MW，負荷率為0%。該項目總投為3.55億元，考慮其固定資產(chǎn)折舊費、大修費、材料和用電電價等因素，供熱期內(nèi)當機組參與深度調(diào)峰天為150天時，調(diào)峰輔助服務費大于0.44元/}kWh，項可實現(xiàn)盈利。根據(jù)《東北電力輔助服務市場運營規(guī)(試行)》，熱電機組負荷率}40%時，輔助服務費0.4一1元之間。因此，該工程參與輔助調(diào)峰的電價補平均值為0.88元，有巨大的盈利空間，但這完全依賴政策的持續(xù)性，存在一定的風險。