面向新能源应用的储能技术PPT课件
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发电 （稳定、可控）
输电、变电、配电
用电
（随机、不可控、可预测）
调度
➢ 充裕性：发电侧输出功率稳定且可控，用电侧负荷随机性大 ➢ 稳定性：以同步发电机为基础，同步运行，3000r/min
传统电力系统的特点（续）
➢ 充裕性：一组可控变量跟随一组随机变量 调频，调峰
传统电力系统一直在解决负荷的波动性和随机性问题！
储能需求分析：大电网应用
储能作用示例：调峰
储能辅助提高负荷跟踪机组 载荷水平示意图
储能的作用示例：调峰（续）
储能辅助提高负荷跟踪机组 载荷水平示意图
储能辅助提高基荷机组运行 容量示意图
储能的作用示例：调峰（续）
储能辅助提高负荷跟踪机组 载荷水平示意图
（1）提高常规机组调控能力 （2）利用储能
哪个更经济？
储能辅助提高基荷机组运行 容量示意图
v
➢ 综合控制（对应不同风速）
➢ 储能（case：必须最大功率跟踪；风电场参与调频）
储能作用示例：风电波动抑制
风电场出力波动限值（MW）
风电场装机容量 10min最大变化
<30
20
30-150
装机容量/1.5
>150
100
1min最大变化 6
装机容量/5 30
➢ 综合控制（对应不同风速） ➢ 储能（case：必须最大功率跟踪） ➢ 大范围消纳可平抑波动 ➢ 波动范围限值是否合理？为何必须最大功率跟踪？
新能源规划
• 欧洲的目标 20:20:20
20% reduction in emissions 排放减少 20% renewable energy 新能源利用 By 2020 compared to 1990
新能源规划
• 美国
➢ 能源部：2030年，风能为美国提供20%的能源 ➢ WWF：2050年，100%的可再生能源
新能源规划
• 中国：可再生能源发展“十二五”规划
➢ 主要指标（2/4）1. 可再生能源发电在电力体系中上升 为重要电源，2015年电量达到20%以上；4.分布式可再 生能源应用形成较大规模，30个新能源微网
➢ 202来自百度文库年，累计并网风电装机达到2亿千瓦，年发电量超 过3900亿千瓦时，其中海上风电装机达到3000万千瓦， 风电成为电力系统的重要电源
传统电力系统的特点（续）
➢ 稳定性：惯性稳定（发电机转子惯性，自稳） 电压稳定（无功控制） 振荡稳定、功角稳定（有功控制） 严重故障（切机／切负荷／ 解列，被动致稳）
传统电力系统必须应对一台机组脱网或更严重的故障！
新能源电力系统的特点
火电 水电 核电
发电 （稳定、可控）
输电、变电、配电
用电
（随机、不可控、可预测）
➢ 电力系统的主要控制：有功功率，无功功率 ➢ 传统控制设备：发电机 ➢ FACTS设备：无功，分散布置 ➢ 电力系统储能：有功+无功，“全能”，主动致稳
储能使传统的“刚性”电力系统变得“柔性”！
电力系统储能带来的根本变化
➢ 储能把发电与用电从时间和空间上分隔开来 ➢ 发出的电力不再需要即时传输 ➢ 用电和发电不再需要实时平衡
➢ 2020年，太阳能发电装机达到5000万千瓦，太阳能热 利用累计集热面积达到8亿平方米
汇报提纲
新能源定义与规划 新能源并网中的科学问题 基于储能的解决方法 一些认识
新能源并网
➢ 新能源发电的大规模应用：并入电网 ➢ 可再生能源法：全额收购
可再生能源法修正案：全额保障性收购 ➢ 过去：电网能接纳多大比例的风电
现在：在高比例新能源发电并网条件下 如何保证电力系统可靠运行
➢ 对电网的影响：风电、太阳能 特点：波动，随机（但部分可预测）
电力系统的特点
发电
输电、变电、配电
用电
调度
➢ 电能难以大规模存储 ➢ 发出电能需即时传输 ➢ 发电／负荷实时平衡
电力系统：刚性（充裕性、稳定性）
传统电力系统的特点
火电 水电 核电
储能将使电力系统运行方式发生根本变革！
储能作用示例：风电参与调频
➢ 模拟惯量控制 ➢ 下垂控制
P,r ,
max r PN
Zone 1
min r
Zone 2 Zone 3 Rotor speed power
Maximum
Zone 4 Pitch angle
➢ 转子转速控制
➢ 转子桨距角控制
v min
➢ 充裕性：波动范围增大，爬坡增大，不确定性增大 负荷与风电：两组随机变量的平衡问题！
新能源电力系统的特点（续）
➢ 稳定性：惯性稳定（风轮惯性；光伏发电单元无惯性，储能？） 电压稳定（可有帮助） 振荡稳定、功角稳定（可有帮助） 脱网故障（单机／风场/群，与常规电网类似）
通过变频器控制，风电机组特性可优于同步发电机！
第470次香山科学会议
面向新能源应用的储能技术
2013.10.17
汇报提纲
新能源定义与规划 新能源并网中的科学问题 基于储能的解决方法 一些认识
新能源定义
• 联合国新能源和可再生能源会议（1980年）
以新技术和新材料为基础，使传统的可再生能源 得到现代化的开发和利用，用取之不尽、周而复始的 可再生能源，取代资源有限、对环境有污染的化石能 源，重点开发太阳能、风能、生物质能、潮汐能、地 热能、氢能和核能
新能源定义与规划 新能源并网中的科学问题 基于储能的解决方法 一些认识
应对大规模风电并网的方法
火电 水电 核电
发电 （灵活可控）
大电网
用电 （部分可控）
优化 调度
大规模风电、太阳能 （提高预测精度）
储能
储能：多种应对方法中的一种！
电动汽车、新能源微网 （随机、移动、
不可控、难预测）
储能对电力系统的作用
调度
风电 （随机、不可控、难预测）
千万千瓦级大型 风电基地并网
大规模分布式 风电场并网
大规模风电并网：对电力系统的运行特性有深刻影响
新能源电力系统的特点（续）
2周内的单日波动范 围从19.3GW/天增 大到26.2GW/天）
净负荷爬坡（从 4052MW/h增大 到4560MW/h）
风电的不确定性 增大了净负荷的 不确定性
未来电力系统的特点
火电 水电 核电
发电 （稳定、可控）
输电、变电、配电
用电
（随机、不可控、可预测）
调度
大规模风电、太阳能 （随机、不稳定、 难预测、难控制）
未来电力系统：多组随机变量的平衡！
电动汽车、新能源微网 （随机、移动、
不可控、难预测）
风光电、微网的高渗透将使电力系统运行方式发生深刻变化！
汇报提纲
输电、变电、配电
用电
（随机、不可控、可预测）
调度
➢ 充裕性：发电侧输出功率稳定且可控，用电侧负荷随机性大 ➢ 稳定性：以同步发电机为基础，同步运行，3000r/min
传统电力系统的特点（续）
➢ 充裕性：一组可控变量跟随一组随机变量 调频，调峰
传统电力系统一直在解决负荷的波动性和随机性问题！
储能需求分析：大电网应用
储能作用示例：调峰
储能辅助提高负荷跟踪机组 载荷水平示意图
储能的作用示例：调峰（续）
储能辅助提高负荷跟踪机组 载荷水平示意图
储能辅助提高基荷机组运行 容量示意图
储能的作用示例：调峰（续）
储能辅助提高负荷跟踪机组 载荷水平示意图
（1）提高常规机组调控能力 （2）利用储能
哪个更经济？
储能辅助提高基荷机组运行 容量示意图
v
➢ 综合控制（对应不同风速）
➢ 储能（case：必须最大功率跟踪；风电场参与调频）
储能作用示例：风电波动抑制
风电场出力波动限值（MW）
风电场装机容量 10min最大变化
<30
20
30-150
装机容量/1.5
>150
100
1min最大变化 6
装机容量/5 30
➢ 综合控制（对应不同风速） ➢ 储能（case：必须最大功率跟踪） ➢ 大范围消纳可平抑波动 ➢ 波动范围限值是否合理？为何必须最大功率跟踪？
新能源规划
• 欧洲的目标 20:20:20
20% reduction in emissions 排放减少 20% renewable energy 新能源利用 By 2020 compared to 1990
新能源规划
• 美国
➢ 能源部：2030年，风能为美国提供20%的能源 ➢ WWF：2050年，100%的可再生能源
新能源规划
• 中国：可再生能源发展“十二五”规划
➢ 主要指标（2/4）1. 可再生能源发电在电力体系中上升 为重要电源，2015年电量达到20%以上；4.分布式可再 生能源应用形成较大规模，30个新能源微网
➢ 202来自百度文库年，累计并网风电装机达到2亿千瓦，年发电量超 过3900亿千瓦时，其中海上风电装机达到3000万千瓦， 风电成为电力系统的重要电源
传统电力系统的特点（续）
➢ 稳定性：惯性稳定（发电机转子惯性，自稳） 电压稳定（无功控制） 振荡稳定、功角稳定（有功控制） 严重故障（切机／切负荷／ 解列，被动致稳）
传统电力系统必须应对一台机组脱网或更严重的故障！
新能源电力系统的特点
火电 水电 核电
发电 （稳定、可控）
输电、变电、配电
用电
（随机、不可控、可预测）
➢ 电力系统的主要控制：有功功率，无功功率 ➢ 传统控制设备：发电机 ➢ FACTS设备：无功，分散布置 ➢ 电力系统储能：有功+无功，“全能”，主动致稳
储能使传统的“刚性”电力系统变得“柔性”！
电力系统储能带来的根本变化
➢ 储能把发电与用电从时间和空间上分隔开来 ➢ 发出的电力不再需要即时传输 ➢ 用电和发电不再需要实时平衡
➢ 2020年，太阳能发电装机达到5000万千瓦，太阳能热 利用累计集热面积达到8亿平方米
汇报提纲
新能源定义与规划 新能源并网中的科学问题 基于储能的解决方法 一些认识
新能源并网
➢ 新能源发电的大规模应用：并入电网 ➢ 可再生能源法：全额收购
可再生能源法修正案：全额保障性收购 ➢ 过去：电网能接纳多大比例的风电
现在：在高比例新能源发电并网条件下 如何保证电力系统可靠运行
➢ 对电网的影响：风电、太阳能 特点：波动，随机（但部分可预测）
电力系统的特点
发电
输电、变电、配电
用电
调度
➢ 电能难以大规模存储 ➢ 发出电能需即时传输 ➢ 发电／负荷实时平衡
电力系统：刚性（充裕性、稳定性）
传统电力系统的特点
火电 水电 核电
储能将使电力系统运行方式发生根本变革！
储能作用示例：风电参与调频
➢ 模拟惯量控制 ➢ 下垂控制
P,r ,
max r PN
Zone 1
min r
Zone 2 Zone 3 Rotor speed power
Maximum
Zone 4 Pitch angle
➢ 转子转速控制
➢ 转子桨距角控制
v min
➢ 充裕性：波动范围增大，爬坡增大，不确定性增大 负荷与风电：两组随机变量的平衡问题！
新能源电力系统的特点（续）
➢ 稳定性：惯性稳定（风轮惯性；光伏发电单元无惯性，储能？） 电压稳定（可有帮助） 振荡稳定、功角稳定（可有帮助） 脱网故障（单机／风场/群，与常规电网类似）
通过变频器控制，风电机组特性可优于同步发电机！
第470次香山科学会议
面向新能源应用的储能技术
2013.10.17
汇报提纲
新能源定义与规划 新能源并网中的科学问题 基于储能的解决方法 一些认识
新能源定义
• 联合国新能源和可再生能源会议（1980年）
以新技术和新材料为基础，使传统的可再生能源 得到现代化的开发和利用，用取之不尽、周而复始的 可再生能源，取代资源有限、对环境有污染的化石能 源，重点开发太阳能、风能、生物质能、潮汐能、地 热能、氢能和核能
新能源定义与规划 新能源并网中的科学问题 基于储能的解决方法 一些认识
应对大规模风电并网的方法
火电 水电 核电
发电 （灵活可控）
大电网
用电 （部分可控）
优化 调度
大规模风电、太阳能 （提高预测精度）
储能
储能：多种应对方法中的一种！
电动汽车、新能源微网 （随机、移动、
不可控、难预测）
储能对电力系统的作用
调度
风电 （随机、不可控、难预测）
千万千瓦级大型 风电基地并网
大规模分布式 风电场并网
大规模风电并网：对电力系统的运行特性有深刻影响
新能源电力系统的特点（续）
2周内的单日波动范 围从19.3GW/天增 大到26.2GW/天）
净负荷爬坡（从 4052MW/h增大 到4560MW/h）
风电的不确定性 增大了净负荷的 不确定性
未来电力系统的特点
火电 水电 核电
发电 （稳定、可控）
输电、变电、配电
用电
（随机、不可控、可预测）
调度
大规模风电、太阳能 （随机、不稳定、 难预测、难控制）
未来电力系统：多组随机变量的平衡！
电动汽车、新能源微网 （随机、移动、
不可控、难预测）
风光电、微网的高渗透将使电力系统运行方式发生深刻变化！
汇报提纲