风光储联合发电技术研究与示范2021年5月26日01示范工程建设情况02风光储联合发电技术研究03储能在规模化新能源并网中的应用04储能存在的问题及建议一、指南响应情况示范工程建设情况示范工程建设目的➢推动能源发展方式转变，构建安全、稳定、经济、清洁的能源供应体系，变得愈发重要。加快发展风能、太阳能等新能源成为全球关注的重点方向；➢风能、太阳能具有波动性，间歇性和随机性等特点，如何实现连续稳定的电力输出，促进新能源大规模开发利用，成为世界各国面临的共同难题；➢为探索新能源与智能电网和谐发展，推动我国新能源事业又好又快发展，经国家科技部、财政部、能源局批准，国家电网公司积极响应，国家风光储输示范工程应运而生。3一、指南响应情况示范工程建设情况示范工程基本情况➢示范工程采用全球首创风光储输联合发电技术路线，建设风电500MW,光伏100MW，储能33MW,成为全球规模最大的集风电、光伏、储能及智能输电于一体的新能源示范工程。4一、指南响应情况示范工程建设情况风电场基本情况➢风电示范应用了国内最典型的6种型号风机，包括陆上最大5MW直驱风机，机型均系首台首套，引领风电技术向大容量、高效率发展；➢示范工程在国内首次提出包含直驱、双馈型风电机组高电压穿越、虚拟同步机等友好并网技术，具备电压频率支撑、数据支撑等功能。5示范工程建设情况光伏电站基本情况➢光伏电站是国内首个多类型并网功率调节型光伏电站，集中展示多种跟踪方式、多种类型组件组合发电，具有多种比较、多种展示功能；➢5种不同类型的光伏组件：单晶硅、多晶硅、背接触式、非晶薄膜、高倍聚光；➢4种不同的跟踪方式：双轴跟踪、平单轴跟踪、控制型斜单轴、自适应型斜单轴、级联式斜单轴；➢通过积累宝贵的运行、试验数据，为国家推进光伏产业发展提供可信赖技术支撑，也为大规模光伏电站并网起到示范引领作用。光多晶硅背接触式非晶薄膜高倍聚光伏类型单晶硅跟踪方式双轴跟踪平单轴跟控制型斜单自适应型斜级联式斜6踪轴单轴单轴示范工程建设情况储能电站基本情况➢为了验证多种不同技术类型电化学储能技术在新能源并网领域的应用，推动国内总装水平的提高，示范工程采用了5种不同类型的电化学电池储能方式；➢为了实现电池储能全链条检测认证，二期储能将建设国家级储能试验检测和实证平台，从单体到模块再到系统进行全方位的检测，引领储能行业健康有序良性发展。一期二期17MW储能实证10MW储能检测10MW储能多场示范平台与认证平台景示范应用平台磷酸铁锂液流电池14MW/63MWh2MW/8MWh铅酸电池钛酸锂电池2MW/12MWh1MW/0.5MWh超级电容梯次利用电池储能虚拟同步机待建37MW储能1MW/1MW15s3MW/9MWh10MW/3.3MWh7示范工程建设情况示范工程取得的成果➢以国家风光储示范工程为试点支撑，风光储联合发电标准体系已初步建立完成，已发布国家标准13项、行业标准21项；在编国家标准3项，行业标准5项；➢示范工程相继荣获“全国五一劳动奖状”“中国工业大奖”“国家优质工程金质奖”等多项殊荣；《大容量风光储联合发电关键技术研究及示范应用》荣获中国电力行业科技进步一等奖。国家标准13项（发布）行业标准21项（发布）➢风电场接入电力系统技术规定➢大型风电场并网设计技术规范➢光伏发电站电压与频率检测响应检测规程➢风力发电机组功率特性试验➢风电场电能质量测试方法➢光伏发电站功率控制能力检测技术规程➢风力发电机组电能质量测量和评估方法➢风电功率预测功能规范➢光伏发电站逆变器电能质量检测技术规程➢光伏发电站接入电力系统技术规定➢光伏发电站功率预测技术要求➢光伏发电站逆变器防孤岛效应检测技术规程➢光伏发电系统接入配电网技术规定➢风力发电场调度运行规程➢电化学储能系统接入配电网测试规程➢光伏发电站无功补偿技术规范、➢风电机组电气仿真模型建模导则➢风电场理论发电量与弃风电量评估导则➢光伏发电系统接入配电网检测规程➢风电场低电压穿越能力测试规程➢光伏发电站太阳能资源实时监测技术规范➢光伏发电站太阳能资源实时监测技术要求➢风电机组电网适应性测试规程➢光伏发电站低电压穿越检测技术规程➢光伏发电输入配电网设计规范➢光伏发电站防孤岛效应检测规程➢光伏发电站逆变器电压与频率响应检测技术规程➢光伏发电站接入电力系统设计规范➢光伏发电调度技术规范➢光伏电站并网性能测试与评价方法➢光伏发电站接入电网检测规程➢光伏发电站电能质量检测技术规程➢光伏发电站监控系统技术要求行业标准5项（在编）➢电化学储能电站设计规范国家标准3项（在编）➢电化学储能电站检修规程➢电源侧调频用电化学储能系统运行➢电化学储能电站施工及验收规范➢电化学储能电站锂离子电池维护导则管理规范➢电化学储能电站运行维护规程➢高寒地区电化学储能设施运行维护技➢用户侧锂离子电池储能系统运行状术规范态评估规范8➢电化学储能电站安全技术导则01示范工程建设情况02风光储联合发电技术研究03储能在规模化新能源并网中的应用04储能存在的问题及建议风光储联合发电关键技术研究示范工程科技支撑情况河北省科技项目国家科技支撑计划➢多类型储能装置在新能源发电中的示范应用➢高效高可靠低压交直流微电网关键技术及示范应用➢风光储输示范工程关键技术研究➢国家风光储输示范电站低频谐振分析及治理关键技➢大型风电场智能化运行维护关键技术研究及示范➢太阳光伏系统户外试验场技术研究与示范术研究➢风电、光伏发电并网检测技术及装置开发国家电网科技项目863计划➢多类型储能装置的工程化示范➢多类型储能系统协调控制技术及示范➢电池储能规模化系统集成及接入关键技术深化研究➢间歇式能源发电多时空尺度调度系统研究与开发➢国家风光储输示范工程精益化运行技术研究➢梯次利用动力电池规模化工程应用关键技术国家自然科学基金➢电网侧大容量电化学储能电站运行状态评估及智能➢基于多类型大容量电池储能系统的风光发电平化维护关键技术研究及应用滑控制策略研究➢大容量电化学储能电站并网检测及运行评价关键技➢改善大型风电场电压稳定性的无功电压闭环控术研究制策略研究①所列科技项目为示范工程牵头或参与的部分科技项目风光储联合发电关键技术研究1风光储联合发电互补机制及系统集成探明了大规模风光储联合发电出力互补规律，建立了联合发电系统容量配比模型。完成了风光储联合发电系统规划设计技术研究。2风光储联合发电全景监测与综合控制五首次实现了智能电网调度技术支持系统基础平台在新能源场站的应用，可实现大七种运行方式和新能源发电的精益化控制，电能品质已接近常规能源。核3高精度风光一体化发电功率预测技术心提出了风光影响数值天气预报最优参数化方案，建立了数值预报生产系统，建立了全天候、多时空尺度风光联合发电功率预测模型。技术4风光储联合发电的网源协调技术提出多优化目标、计及风光储与常规电源联合优化调度方法，研制了风光储联合发电系统稳控装置，可实现新能源发电与电网调度友好互动。5电池储能装置大容量化及储能系统电站化集成首次提出了多类型电池动态大容量成组及级联集成技术。11风光储联合发电关键技术研究虚拟同步机技术➢示范工程建设风机虚拟同步机118MW、光伏虚拟同步机12MW、容量集中式虚拟同步机10MW，是世界上首个且容量最大的虚拟同步机示范工程；➢示范工程虚拟同步机技术率先提升了响应电网频率变化的惯性支撑和一次调频等主动支撑能力，为我国新能源大规模高比例接入带来的电网安全稳定问题展现了“源”端样本。风机虚拟同步机在变流器控制上引入同步发光伏虚拟同步机将同步发电机数学模型移植电站式虚拟同步发电机采用电压源型控制电机转子运动与机电暂态方程，通过控制转到DC/DC控制算法中，通过电池储能单元有方案，快速响应并网点频率和电压变化，子动能的存储和释放来提供有功支撑，抑制功功率的存储或释放，抑制系统频率突变和提供场站级惯量/阻尼和调压调频能力频率的突变阻尼功率振荡690V/35kV电网齿轮箱DFIG+DCDC电网机侧变流器网侧变流器光伏阵列变桨系统-DCAC变流器负责自输出滤波器储能环节取代一次能源负荷主调压控制虚拟同步控制系统新型DC主控系统风机控制系统DC虚拟同步逆变器DC惯性储能单元AC主控系统负责惯性调频控储能环节制和一次调频控制电力电子变换器12风光储联合发电关键技术研究多类型电池动态大容量成组级联集成技术➢首次提出了多类型电池动态大容量成组及级联集成技术，电站整体能量转换效率>90%；➢开发了基于电站集中控制与储能单元就地调控耦合分层架构的储能电站监控系统，实现储能电站全功率快速响应，实现储能电站全功率响应时间<900毫秒、出力偏差<1.5%。电站集成示意图储能电站监控界面1301示范工程建设情况02风光储联合发电技术研究03储能在规模化新能源并网中的应用04储能存在的问题及建议储能在规模化新能源并网中的应用新能源发展遇到的问题➢新能源消纳问题突出：2020年全年平均弃风率3.5%，弃光率2%，仅2020年，风机光伏弃电量累计218.7亿千瓦时，未来新能源消纳压力越来越大；➢电力系统失稳风险突出：新能源机组不具备频率和电压主动支撑能力，导致系统失稳风险加大。2020年风光储公司风机弃电量统计2020年风光储公司光伏弃电量统计功能常规机组新能源惯量支撑单位：kWh弃风率：15%114262单位：kWh弃光率：9.4%16849一次调频主动调压120000971081700015266阻尼振荡10000015000130008000011000600009000700040000500020000300001000实际发电量理论发电量实际发电量理论发电量储能具有灵活快速调节特性，是提升消纳和解决主动支撑能力不足的重要技术手段②《2020年光伏发电并网运行情况》、《2020年风电并网运行情况》国家能源局15储能在规模化新能源并网中的应用储能在新能源并网中的应用➢储能电站具有跟踪计划、削峰填谷、平滑出力、系统调频四大功能，可以针对风光发电的随机性、波动性和间歇性，实现风、光、储多时间尺度的出力互补，提高新能源发电的可预测、可控制、可调度性，使之达到或接近常规电源。跟踪计划削峰填谷49.2Hz0.1Hz/s恢复49.1Hz48.816Hz系统调频平滑出力16储能在规模化新能源并网中的应用不同电化学储能类型的特征及应用➢储能技术包括物理储能、电化学储能、电磁储能和相变储能等；➢与其它储能方式相比，电化学储能电站建设不受场地限制，较为适合应用于新能源场站。磷酸锂电池单体全钒液流电池可以进行胶体铅酸电池与常规的钛酸锂电池作为典型的超级电容循环寿命长、容量可达几百安深度的充放电以及具有铅酸电池相比较，由于功率型电池，可以进行能瞬间进行大功率响应，时，能量密度高，长寿命，提供功率的电内阻降低、充放电效率高倍率的放电，放电倍可以配合常规的化学电在一定的荷电状堆和提供能量的储液罐可以高出25%以上，电率是普通电池的10倍以池储能系统，有效的应态区间内，可以可以依据需求灵活配置。池制造工艺成熟、单体上用于新能源出力波动控频繁的进行不同适合应用于规模化储能容量可达几千安时制领域工况的充放电，电站当中，是一种比较满足新能源并网先进的技术路线功率和能量需要17储能在规模化新能源并网中的应用动力电池梯次利用➢随着我国电动汽车产业进入快速发展期，动力电池的退役量快速增加，大批量动力电池不断退役，为电力储能的低成本化带来机遇；➢梯次利用电池技术立足循环经济，利用电动汽车退役下来的动力电池，继续应用于电力储能，最后报废回收，寻求电力储能需求、成本、环保的平衡点，破解储能成本过高难题；➢梯次利用电池技术的推广将对降低电动汽车使用成本、降低电力储能投资、减轻和控制污染气体排放方面起到重大作用，是落实国家绿色健康发展理念的切实体现。18储能在规模化新能源并网中的应用黑启动➢新能源电站较之其他常规电站，往往地处偏远，实施“自救”能力有限，一旦外部电网发生故障，将对电站正常安全生产造成极大影响；➢新能源电站在失去外部电网供电的情况下，储能可作为电压源向其他发电单元送电，最终实现新能源电站自启动。19储能在规模化新能源并网中的应用电站式虚拟同步机➢电站式虚拟同步机通过模拟常规同步发电机的机电暂态特性，能够快速、主动参与电网的有功调频、无功调压，并提供虚拟惯量，提升系统抗扰动能力；➢电站式虚拟同步机同时兼具传统储能系统调峰填谷功能，为有效改善新能源机组并网友好型和稳定性提供了坚强支撑。指标启动时间/s响应时间/s调节时间/s有功功率误差/%最大支撑幅值虚拟惯量/≤0.05/≤0.5%/%一次调频≤0.1≤0.5%≤0.05≤0.5±100%±100%电压型储能虚拟同步发电机控制结构2001示范工程建设情况02风光储联合发电技术研究03储能在规模化新能源并网中的应用04储能存在的问题及建议储能发展存在的问题及意见储能发展存在的问题✓储能发电没有单独的价格机制，严重影响新能源场站配置储能的积极性；✓储能电站安全隐患等问题凸显，严重影响电力储能产业健康发展；✓储能标准体系不够健全，储能市场发展较为混乱。相关意见✓形成储能单独的价格机制，提高新能源场站配置储能的积极性；✓开展规范化储能试验检测和实证，实现电池储能全链条检测认证，引领储能行业健康有序良性发展；✓尽快完善储能标准体系，规范储能市场的发展。安全隐患问题无价格机制问题标准体系不健全问题22敬请各位专家批评指正谢谢！23