江苏电网储能技术应用分析

国网江苏电科院李群2024年6月 江苏电网储能适应性分析 2023年江苏最高负荷达1.32亿千瓦，呈现冬夏双峰、日内三峰用电特征，预计2025、2030年将达1.55、1.91亿千瓦；目前，全省新能源装机超6800万于瓦预计2030年达1.5亿于瓦，将超过火电成为第一大电源 江苏电网面临主要挑战 （一）夏冬高峰保供压力持续存在 2025-2027年用电负荷持续增长，负荷高峰运行期间全网电力供需紧平衡；受燃气供应不确定性影响，负荷中心部分220干伏分区电网供电不足问题持续存在，电网保供压力大。 ）新能源消纳形势愈发严峻 2025、2030年新能源装机将达8000、15000万千瓦，新能源“量变”引起净负荷特性“质变”，用电峰谷差以3%-8%逐年增长，调峰缺口日益增大，节假日等时段新能源消纳尤为困难 1-2江苏电网面临主要挑战 （三）系统频率稳定能力逐年弱化 新能源及区外直流快速发展挤占同步电源开机空间，系统惯量水平降低导致频率稳定性遂年弱化，预计至2029年极端情况下，华东最大直流（吉泉）闭锁后系统频率可跌破49Hz，将触发低频减载装置动作。 （四）配变反向重超载风险不断上升 苏北局部地区户均光伏装机28干瓦，远超户均容量6干瓦，局部地区承载能力受限，引起配变反向重超载。2024年以来，全省累计发生因光伏出力引发的超载配变1038台，最大负载率达149%。 1-2江苏电网面临主要挑战 （五）电能质量问题日益显现 配变关口及用户电压午间随光伏有功倒送而抬升。2023年全省光伏台区用户电压越上限率为非光伏台区的2.28倍，台区内分布式光伏渗透率超过80%时，用户最高电压的平均值在晴天达到244.5V。 新型储能具备响应速度快，调节能力强、建设周期短、选址简单灵活等优势是应对电力保供、新能源消纳、系统频率稳定、重超载治理、电能质量一系列挑战的重要手段。 江苏电网运行情况概述 江苏电网储能适应性分析 江苏电网储能优化配置分析 2-1新型储能技术特点及需求场景 截至2023年底①，我国已投运储能装机规模8650万千瓦，占全球市场总规模的30%；新型储能累计装机规模达到3450万干瓦，其中锂离子电池占新型储能总装机97.3%。 2-1新型储能技术特点及需求场景 根据技术原理及存储形式差异，新型储能可分为化学储能、机械储能和电磁储能三大类，可根据各类储能技术特点、电网需求场景灵活配置 （一）锂离子电池 锂离子电池以磷酸铁锂为主，具备能量密度大、响应速度快、度电成本低、技术成熟等优点，但循环寿命较短、有燃爆风险，可应用于电力保供、新能源消纳系统稳定、电能质量提升等场景。 （二）液流电池 液流电池以全钒液流电池为主，具备响应速度快、放电时间较长等优点，但能量密度低、资源丰富度低、工作温度要求高，可应用于电力保供、新能源消纳、系统稳定等场景。 江苏规模最大全钒液流储能（在建）华电灌云10MW/20MWh 2-2新型储能技术特点 （三）重力储能 重力储能具备放电时间长、循环寿命长、环境适应性强、安全性高等优点，但存在响应速度慢、初装造价高等问题，可应用于电力保供、新能源消纳场景。 2-2新型储能技术特点 （四）压缩空气储能 压缩空气储能具备循环寿命长、放电时间长、度电成本低等优点，但在响应速度、能量转换效率存在不足，且易受场地限制。压缩空气储能可应用于电力保供新能源消纳场景。 世界首个非补燃压缩空气储能电站金坛60MW/300MWh 2-2新型储能技术特点 (五）飞轮储能 飞轮储能具备瞬时功率大、循环寿命长、响应速度快优点，但在能量密度、度电成本、放电时间存在不足。主要解决电压瞬变、电压骤升骤降、短时供电中断等电能质量问题，也可应用于惯量响应支撑、一次调频等需要频率快速调节场景 2-2新型储能技术特点 （六）超级电容储能 超级电容储能是指利用电容器的储存电能技术，具备响应速度快、能量转换效率高、循环寿命长优点，但存在放电时间短、能量密度低、材料价格贵问题。可解决电压暂降等电能质量问题 2-3新型储能技术对比 （一）支撑电力保供场景储能需求 电力保供场景下，储能需发挥保障尖峰负荷时段供电、缓解输配电阻塞、提升电网输送能力的作用，要求新型储能容量具备一定规模，放电时长达到小时级、充放电效率高 （二）促进新能源消纳场景储能需求 新能源消纳场景下，储能需发挥平滑新能源发电出力、提供备用容量、减少新能源弃电、增强新能源场站调节能力的作用，要求新型储能容量具备一定规模欣电时长达到小时级，转化效率高 2-4新型储能适用场景分析 （三）提升系统频率稳定场景储能需求 系统频率稳定性提升场景下，储能可提升电网调频能力，应对直流闭锁等故障导致的频率稳定风险，要求新型储能瞬时功率大、响应速度快循环寿命长 （四）治理配变重超载场景储能需求 治理配变重超载场景下，通过储能系统的电能储存时移特性及四象限运行特性，可以实现配变临时性重超载治理和分布式光伏消纳，解决配网未端低电压/过电压问题，要求储能小时级存储、占地小、低成本、寿命长 （五）改善电能质量场景储能需求 在数据中心、智能制造等高电能质量需求地区，需要发挥储能快速充放电优点提高电网对电压跌落、电压偏差等电能质量问题的瞬时响应能力。要求储能响应速度快、空间适应性强、安全性高 （一）独立储能 全国已有25个省（市、自治区）将配建储能作为新能源并网或核准的前置条件。新能源独立配建储能模式下，储能的建设运营成本主要由新能源厂商承担，自前江苏共有电源侧储能电站10座、并网容量12.27万干瓦。 (二）共享储能 共享储能”由第三方投资建设大型独立储能电站，通过租赁等方式供多个新能源厂商（租赁方）满足其调节需求，同时储能电站本身可作为独立主体参与电力市场交易。目前江苏已建、在建电网侧共享储能规模超400万于瓦， 模式特点 优点：降低投资成本提供灵活共赢商业模式便于规模化建设，方便运维 典型示范应用 江苏首个共享式储能站江苏丰储共享储能项目 江苏电网储能适应性分析 江苏电网储能优化配置分析 诸能技术应用研究方向 3-1储能需求测算思路与方法 （一）分析思路 实现目标 江苏储能优化配置分析包括： 口储能容量测算： 优化原则 基于消纳量率、关键断面、储能收益“三约束“，开展面向新能源消纳的储能配置容量测算 分析方法 口储能布局优化： 按照风光集群、分区供电、直区“三优先”原则，布局新流近区型储能建设。 数据基础 3-1诸能需求测算思路与方法 (二）测算方法 储能配置容量测算适合采用时序生产模拟方法，以系统运行成本最低为目标安排系统中所有机组、储能的启停和出力以实现电力平衡，通过模拟全年8760个时序断面运行情况，得到优化的测算结果 时序生产模拟方法测算流程 （二）测算方法 全年测算过程中，可逐日滚动安排可调机组启停，实现新能源最大消纳，根据全年8760小时优化计算结果得出风电、光伏消纳率和储能利用率。 3-1储能需求测算思路与方法 （二）测算方法 时序断面模拟过程中，遇新能源大发平衡困难时： 》首先，依次压低火电机组出力至最小出力（50%）、启动抽蓄机组抽水、新型储能充电运行、火电机组深调； 》然后，安排部分机组停机（保证新能源出力下降后高峰负荷供电）； 》最后，新能源出力仍然无法接纳部分即为弃电。 3-3江苏新型储能布局优化 （一）储能布局优化原则 按照“风光集群优先、分区供电优先、直流近区优先原则，根据电网供需平衡、潮流及新能源分布等情况，进行分区优化布局， 风光集群优先 直流近区优先 分区供电优先 风光集群分区优先布局储能，缓解新能源大发时送出压力 缺电分区优先布局储能提升负荷尖峰时段供电充裕性 ·特高压直流近区优先布局储能，发挥事故后应急支撑作用 3-3江苏新型储能布局优化 （二）主网布局优化 2030年部分分区短时供电紧张情况持续存在：新能源达1.5亿于瓦，以海上风电及分布式光伏为主。需结合负荷、新能源发展情况，对储能进行差异化配置， （三）配网布局优化 针对电压同时越上下限、！小幅度倒送超载、边缘地区网架薄弱等地区，可因地制宜配置台区储能，解决光伏倒送超载、电能质量不合格、供电可靠性差等问题。 江苏典型储能电站运行案例 为缓解火电机组关停、延建导致的局部供电缺口，2018年迎峰度夏前，国内首个百兆瓦储能集群在江苏镇江投运，8座电站总功率101兆瓦，备调峰、调频紧急功率支撑等功能。按照“两充两放”模式，每天提供400兆瓦时电力供应，有效缓解了镇江东部17万居民供电压力。 四储能技术应用研究方向 研究储能优化配置技术，综合新能源消纳率、电力保供需求等多方面因素，明确储能配置容量（配多少）、配置地点（“配在哪”）、配置类型（“配什么”），实现储能效率效益最大化。 电化学储能安全运行与火灾防控技术研究 研究电池热失控触发蔓延机制，明确关键特征参量值，攻关新型状态监测和热失控预警技术：研究电池材料燃烧分解特性，开发专用灭火介质及装备，探索本征安全型电池本体技术。 4-3主动支撑型储能关键技术研究 研究主动支撑型储能典型控制方法，攻关主动支撑型储能提升新能源并网稳定性控制技术，提出主动支撑型储能优化配置方案，解决大规模新能源接入后电网强度不足问题。 储能与电力系统协同优化运行技术研究 研究储能与风光、常规机组多电源协同运行优化技术；研究储能参与电网调峰、调频、调压、暂态紧急支撑技术：研究储能提升负荷侧用电可靠性经济性关键技术，支撑新型电力系统安全稳定运行。 数字储能技术，解决传统电池差异化管理、协同控制问题：针对分布式储能与电网互动难题，攻关基于数字储能的聚合控制方法，提升储能寿命与主动支撑能力 4-6面向新型储能的市场机制研究 构建储能全寿命周期运行经济性评估模型，研究储能容量共享、运行调用模式提出不同发展阶段新型储能参与电网协同交互补贴模式和市场机制：研究适应大规模新能源接入的储能参与调频服务模式，建立全时间尺度调频辅助服务机制 感谢聆听