郭家宝-储能在智能电网中的应用及发展趋势

四、储能技术在电网中应用的典型案例
（1）概述
青海光储项目
随着青海省光伏发电项目的持续增加，目前青海 光伏电站的发展速度已经远远超过了电网的承受能力， 使得光伏发电出现“弃光”现象，且光伏发电需要通过 电网进行远距离输送，而输电线路建设与光伏电站发展 不匹配，导致大量光伏电站建成之后，由于电网基础设 施无法及时满足新能源的发展速度、大规模光伏发电不 能满足并网要求等原因，出现了发电不能并网、发电利 用小时数持续降低和“弃光”等现象。
信息、控制和储能等先进技术，推进智能电网建设，切实加强城乡电网建设与改造，增强电
网优化配置电力能力和供电可靠性。
“十三·五”规划中明确指出
提出要重点推进包括高效智能电力系统、煤炭清洁高效利用、可再生能源、核电、非常规油气、能源输送通 道、能源储备设施、能源关键技术装备等能源行业八大重点工程，其中重点提出要实施光热发电示范工程，加
中国
项目名称
项目时 项目地
间
点
国家风光储输 示范工程
2011
张北县
上海崇明风储 项目
2015
崇明岛
储能系统 20MW 2MW
详细信息
系统应用
100MW风电和40MW光 伏配置20MW的多种
类型储能
可实现风光平滑 输出，跟踪计划 出力，参与系统 调频等多种功能
结合崇明东滩风电 场建设一定容量的
储能系统
截止到2013年底，我国光伏发电装机容量 达21GW，日弃光30%。
“平抑”可再生能源发电的随机波 动性，提高电网消纳能力。
1.2 储能的重要作用 提高电力系统运行经济性（调峰、调频）
电力负荷在白天高峰和夜间低谷周期性 地变化，负荷峰谷差有时高达发电量的 30%-40%。
削峰填谷 在负荷低谷时吸纳电网多余发电
的应用为其规模化进入电力市场奠定基础 • 多能互补、多类储能技术结合应用是近期技术选型的亮点 • 关键技术指标、关键材料仍有待改进 • 主流技术成本近几年不断下降，在未来五年，下降空间很大 • 新兴技术研发活跃
市场 应用
技术
储能市场发展规模
储能市场容量及技术
1、在可 再生能源 中的应用
研究
大规模可再生电源接入后，其波动性、间歇性和随机性 不仅增加电力系统调峰压力，而且影响电力系统的安全 稳定运行。引入储能技术可以有效平抑新能源功率波动， 增强新能源发电可控性，提高新能源的并网接入能力。
（2）项目建设的意义与重要性
b.平抑光伏电站出力波动，有效改善光伏发电供电质量。
光伏电站通常受天气和时间因素的影响，出力大小有时候变化较快，特别是受到云 层的影响，光照强度会发生剧烈变化，进而导致光伏阵列输出功率的波动，当光伏输出 波动达到一定程度时，电网往往会采取限制、隔离的方式来处理。
6、在智 能交通中 的应用研
究
储能应用与智能交通领域，主要是通过电动汽车来实现 ，采用V2G技术实现与电网的互动。
一、发展储能的意义和作用 二、储能系统应用前景和研究热点 三、储能技术在电网中应用的典型案例
（1）概述
国家风光储输示范工程
国家风光储输示范工程是推进我国可再生能源大规模开发利用的一项重大示范工 程。风能，太阳能都是清洁可再生能源，有着广泛的应用前景。但是由于风能和光能的 间歇性和随机性，风、光独立运行供电系统很难提供连续稳定的能量输出。这已经成为 全球范围内制约可再生能源大规模发展的关键技术瓶颈。为研究、解决我国风力发电、 光伏发电、储能和智能电网等领域的关键技术问题，引领清洁能源产业的快速健康发展 ，国家电网公司在张家口建设本工程。风电一期工程建设小东梁风电场49MW、风电一 期工程建设孟家梁风电场49MW，大河光伏储能电站一期建设光伏发电40MW、储能装 置20MW。
）
2MW
8MWh
本期规模总计
20MW
95MWh
远景规模
70～110MW
能量型 能量型 功率型 功率型
四、储能技术在电网中应用的典型案例
（4）储能系统
已突破的关键技术
电池储能装置的大规模电站化集成技术
大规模多类型电池储能电站高速实时监控技术
大规模多类型储能电站协调控制及能量管理技 术 大规模多类型电池储能电站的多种应用技术
改善风力供电不 稳定，实现东滩 风电平滑输出和
友好接入
光储一体化电 站
2015
青海
/
采用锂电池储能系 解决弃光限电问
统
题
2、在微 网中的应 用研究
1、有效稳定系统输出，解决微网中动态电能质量问题；
2、提高现有配用电设备的利用率、降低运行成本等；
3、实现与大电网的并网运行，必要时向大电网提供一定 的支援服务。
跟 踪 计 划
• 实时填补计划值与实际值的差额，实现风光 储多组态联合出力实时跟踪计划值
储出力 频率
参 与 调 频
5
50.05
储出力
4
频率Βιβλιοθήκη Baidu
50.04
3
50.03
2
50.02
1
50.01
0
50
-1
49.99
-2
49.98
-3
49.97
-4
49.96
-5
0
20
40
60
80
100
120
• 储能瞬时切换输出/输入状态，响应快速方式灵活 • 已实现网调直控储能，进行系统调频
一、发展储能的意义和作用 二、储能系统应用前景和研究热点 三、储能技术在电网中应用的典型案例
储能市场近期发展趋势
• 政府对储能技术及应用的关注度提高 • 电力系统加紧对储能系统及其在智能电网应用研究（技术、应用、
标准等） • 金融市场逐步参与到储能的应用中 • 储能在电力系统的应用项目仍以示范为主，但数量、容量有所提高 • 储能技术在电动汽车、能量回收领域、电信基站、数据中心等市场
能力，在负荷高峰时向电网馈电。
1.2 储能的重要作用
提高电力系统运行安全性（可靠性） 随着未来电网的不断建设，电力系统的运
行环境更加复杂,对电网的安全稳定运行要求 也越来越高，这直接关系到国民经济的发展 和人民群众的生活 。
备用电源 储能系统可以当作备用容量，当
常规电源发生无法预期的事故时，快 速提供电能供应。
快推进光热发电、大规模储能等技术研发应用。
1.1 储能的重要意义
储能技术广泛应用于未来智能电网建设的发电、输电、配电、用电4大环节， 储能技术是实现构建坚强智能电网的关键之一
1.2 储能的重要作用
提高可再生能源消纳能力（平抑） 截止到2013年底，我国风电装机容量为
91.4GW，平均弃风率为11.7%，局部地区最 高达到35.2%。
四、储能技术在电网中应用的典型案例
（2）总体构架
图例：
AC220kV AC35kV 控制信号
220kV智能变电站
统一坚强智能电网
AC35kV
AC DC
AC
双向
DC 变换
储能发电
光伏发电
“风+
光”
风力发电 风光储七种组态
发电
“风+光+ 储”
运行方式 “风+储” 发电
发电 “光+储”发电
100MW风电场
海岛示范项目
南麂微网示范工程
系统规模 光伏1MW、柴油机、储
能
储能作用
光伏、柴油机、储能 屋顶光伏13.4MW —
节能减排、满足用电需求、 提高系统安全可靠性、提 高微网经济性、减轻供电
压力和环保压力
风电1MW、光伏545kW、 海洋能30kW、柴油机
1.6MW、储能
3、在电 网调频中
的研究
由于储能调节速度快，未来在电网调频中将起到积极的 作用，目前美国、智利等国均已开展调频储能项目及研 究工作，北京的石景山热电厂储能项目也为华北电网提 供一定的调频辅助服务。
（2）项目建设的意义与重要性
a.创新性的提出光储发展模式，从本质上解决“弃光限电”问题
我国近几年，尤其是近5年，新能源电力规划和建设出现了井喷式的增长，其中大 部分的大规模光伏电站位于本地电力消纳能力不足的地区。由于西北地区电网基础设施 薄弱，无法满足新能源电力输送要求，同时跨地区电网还面临着管理体制的制约，导致 弃光成为电力调度机构不得不采取的行为。储能具有灵活的“调配”作用，光伏和储能 的联姻可以很好的解决“弃光限电”这一棘手问题。通过配置一定规模的储能系统，可 以在电网输送通道受限以及光伏组件阳关照射充分的情况下，将光伏发电电力储存在储 能系统中，在适当的时间，再通过储能反送至电网，光储联合发电可以实现在满足电网 调度要求的同时，降低光伏电站出力对电网产生的冲击，从而达到减少弃光的效果。
40MW光伏电站
20MW储能电站
联合发电智能监控系统
说明： 联合发电智能监控系统可根据
调度曲线以及风力、光照的情况对 储能装置、风电机组及光伏阵列进 行优化控制，从而将具有波动的风 电、光伏电力转化为优质电力。
（3）储能系统
考虑技术风险控制，装置多样性，同时，兼顾到本 工 程的示 范 意义，本期储能电站选用锂电池、钠硫电池和全钒液流电池的 组合。
——构建坚强的智能电网是我国未来电网的发展方向
规划试点阶段：2009—2010
全面建设阶段：2011—2015
“十二·五”规划中明确指出
引领提升阶段：2016—2020
适应大规模跨区输电和新能源发电并网的要求，加快现代电网体系建设，进一步扩大西电
东送规模，完善区域主干电网，发展特高压等大容量、高效率、远距离先进输电技术，依托
中国 东福山岛风光柴储能电站是国内第一个规模化投入实际应用的新能 源储能电站，集风、光、储一体并升压运行孤岛微网系统。
100KW光伏组件
210KW风力发电机 组
2000Ah储能蓄电池组
项目名称 新疆喀拉昆仑山脉微
网项目 国电光柴储互补离网
电站 新疆吐鲁番新能源城
市微网工程项目 山东长岛可再生能源
比亚迪在美国实施的4MW/2MWh储能调频项目，该项目能有效 缓解电网负载压力和增强电网运行稳定。
4、在需 求侧响应 中的研究
为特定电力用户提供服务，例如可为用户提供消减需求 开支并提供后备电源服务，也可在电网故障时，保障对 用户的高可靠性供电。
5、在智 能建筑领 域的应用
研究
围绕智能电网和智能城市的发展，结合储能系统探索智 能电网及智能城市未来的发展形态，实现对区域内电力 供需进行有效调控。
钠硫电池
全钒液硫电池
磷酸铁锂电池
（4）储能系统
输出功率 储能容量 备注
磷酸铁锂电池系统（比亚迪） 6MW
36MWh
磷酸铁锂电池系统（ATL） 4MW
16MWh
磷酸铁锂电池系统（中航锂电 ）
3MW
9MWh
磷酸铁锂电池系统（万向） 1MW
2MWh
钠硫电池储能系统（NGK） 4MW
24MWh
全钒液流电池储能系统（普能
四、储能技术在电网中应用的典型案例
（6）延伸和突破
本项目本期投运99MW风电，以康保地区风电场一年 的预测运行数据进行储能容量配比分析。
四、储能技术在电网中应用的典型案例
（6）延伸和突破
总体上来看，由于风电出力的波动性较大，储能容量的增加对系统 弃电率的减少效果有限，储能电池的容量配置不宜过高。配置储能设备 后，风电场的弃风率低于15%，根据曲线计算结果，可采用20MWh或 者 30MWh 储 能 容 量 。 由 储 能 容 量 与 弃 风 率 关 系 曲 线 对 应 20MWh 、 30MWh的曲线可以看出，储能电池功率在25MW左右出现拐点，弃风 率下降趋势趋于稳定，储能电池功率取25MW可得到较好的技术指标效 益，因此本期工程储能电池的容量取值可为25MW*0.8h（20MWh） 或 25MW*1.2h （ 30MWh ） ， 考 虑 充 放 电 次 数 以 后 ， 最 终 选 定 25MW×1.2h（30MWh）。
四、储能技术在电网中应用的典型案例
（4）延伸和突破
拟在张家口地区建设风光储工程，该工程风光互补电站 总装机容量约为200MW，其中风电场99MW（本期建 设）、光伏电站100MW（远期建设），需要配置一定容量 的储能。储能容量的配置需要根据风光出力特性、储能装 置特性和有效较小弃风和弃光达到风光总输出功率平稳的 要求，从而有效提高能源利用率的作用。
（5）系统功能
平 滑 风 光 出 力
120 100
80 60 40 20
0 -20
联合出力（风光储总加） 风光出力 风出力 光出力 储出力
100
200
300
400
500
600
700
• 削弱风光出力“毛刺”，实现多时间尺度的出 力平滑，保证了电源接近常规电源的稳定输出
削 峰 填 谷
• 利用储能装置的充放电功能，动态调节电网 峰谷，具有传统调峰电源不具备的秒级快速 响应优势
储能在智能电网中的应用及发展趋势
二〇一六年五月
一、发展储能的意义和作用 二、储能系统应用前景和研究热点 三、储能技术在电网中应用的典型案例
1.1 储能的重要意义
中国国家电网公司2009年5月21日首次公布智能电网计划（Smart grid plan；Intelligent electrical network plan ）