儲能型風電場應用實踐

1、關注】儲能型風電場應用實踐（圖文）北極星儲能網(wǎng)來源:華電天仁公司作者:段欣鑫2016/5/47:34:57我耍投稿北極星儲能網(wǎng)訊:“十二五”期間，我國清潔能源快速發(fā)展，水電、核電、風電、太陽能發(fā)電裝機規(guī)模分別增長1.4倍、2.6倍、4倍和168倍，其中風電無論裝機規(guī)模、增長速度，無疑都是佼佼者。2015年中國風電并網(wǎng)裝機累計已超過100GW，居全球首位。2005年中國風電總裝機占全球裝機僅為2.0%,僅僅10年時間這一比例已達25.9%?！笆濉逼陂g，中國風電仍將持續(xù)快速發(fā)展，裝機總量將翻1倍達250GW。按地域分布，“三北”地區(qū)將要新增風電規(guī)模不低于60GW，中東部和南方地區(qū)及海上風電將增

2、約40GW。到2020年,“三北”地區(qū)風電裝機累計將達到170GW，中東部及南方地區(qū)累計將達到70GW，海上風電達10GW。從“十三五”規(guī)劃的思路看，西部大基地仍是風電發(fā)展的重點。按建設周期，“十三五”前期三年年新增裝機容量可能達到25GW，后期兩年年新增裝機規(guī)?？赡苓_到30GW。伴隨著風電快速發(fā)展和裝機增大，并網(wǎng)消納和棄風限電的問題也隨之而來，成為阻礙產(chǎn)業(yè)進一步發(fā)展迫切需要解決的問題。據(jù)國家能源局統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2015年全國風電平均利用小時數(shù)為1728小時，同比下降172小時。棄風限電形勢加劇，全年棄風電量339億千瓦時，同比增加213億千瓦時，平均棄風率15%，同比增加7個百分點。棄風問題得不

3、到有效緩解和改善，不僅大大損害了投資者的利益和熱情，更嚴重稀釋掉了風電作為綠色能源本應取得的社會經(jīng)濟效益。情況最嚴重的恰恰是“三北”地區(qū)，當?shù)仫L電大發(fā)時節(jié)正是電網(wǎng)調(diào)峰最困難的冬季供熱期。甘肅成為2015年棄風問題最嚴重（棄風電量82億千瓦時、棄風率39%）、風電利用小時數(shù)最低（1184小時）的省份;吉林以棄風電量27億千瓦時、棄風率32%位居第二“三北”其余各?。▍^(qū)）的總體情況均不樂觀?！笆濉币?guī)劃明確提出，解決棄風限電問題是風電行業(yè)的關鍵任務，也是風電持續(xù)發(fā)展的必解之題。儲能技術發(fā)展形勢隨著能源互聯(lián)網(wǎng)概念的興起，儲能作為未來能源系統(tǒng)的關鍵節(jié)點被提升到了更為重要的位置，儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也被廣泛

4、看好。儲能技術主要分為物理儲能（如抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等）、化學儲能（如鉛酸電池、鈉硫電池、液流電池、鋰離子電池等）和電磁儲能（如超導電磁儲能、超級電容器等）三大類。各種儲能方式都有其自身適用的條件?；瘜W儲能隨著其技術的逐步發(fā)展，由于其環(huán)境適應性好、能量密度高、占地少、效率高、工期短等優(yōu)點受到越來越多的關注。從全球看，日、美、歐等發(fā)達國家對電化學儲能技術投入較大，技術領先，預計至2015年底將有300余套儲能電站投入運行，總安裝容量達到891MW。我國電化學儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對較晚，但受可再生能源快速發(fā)展以及近期電改相關政策刺激，市場逐步活躍。據(jù)統(tǒng)計至2015年底國內(nèi)總裝機約為106M

5、W，近5年我國電化學儲能市場增速復合增長率為110%，是全球市場的6倍，而到2020年預計市場規(guī)模將達到31GW。解決（改善）思路要解決（改善）風電棄風限電問題，如果說著眼供需平衡，加強大型基地外送通道建設是基于資源稟賦和經(jīng)濟發(fā)展的宏觀視角，那么著手儲能技術結合，建設儲能型風電場則是立足自身特性和技術演變的微觀視角，是提高風電運行質量的的根本出路所在。儲能系統(tǒng)具有動態(tài)吸收能量并適時釋放的特點，能有效彌補風電的間歇性、波動性缺點，改善風電場輸出功率的可控性，提升穩(wěn)定水平。此外，儲能系統(tǒng)的合理配置還能有效增強風電機組的低電壓穿越能力、增大電力系統(tǒng)的風電穿透功率極限、改善電能質量及優(yōu)化系統(tǒng)經(jīng)濟性。這

6、樣，電網(wǎng)系統(tǒng)受風電并網(wǎng)沖擊降低，在不新增容量的情況下電網(wǎng)公司可以提高風電上網(wǎng)電量，甚至優(yōu)先調(diào)度風電，可以大大增加風能的利用率，符合國家的大力發(fā)展新能源戰(zhàn)略。因此，研發(fā)高效的儲能裝置及其配套設備，與風力發(fā)電機組容量相匹配，支持充放電狀態(tài)的迅速切換，確保并網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，已成為新能源充分利用的關鍵。項目概況基于以上考慮，北京華電天仁公司與國電和風公司合作，在北鎮(zhèn)風電場開展了風電場大型混合化學儲能示范項目，該項目完善了國電和風北鎮(zhèn)風場功能，完成了該風場項目核準批復的儲能項目。國電和風北鎮(zhèn)風場位于遼寧省錦州市北鎮(zhèn)市廣寧鎮(zhèn)東北約4km處。場址中心坐標東經(jīng)1215,北緯4142場址北至符家?guī)X，南瀕常屯村

7、，西鄰北鎮(zhèn)市，東至下洼子一線，地形為海拔高度120m240m的丘陵。國電北鎮(zhèn)風電場風能資源豐富，已安裝1500kW風力發(fā)電機組66臺，裝機容量為99MW，風電場建有66kV升壓站1座，儲能項目建設在升壓站旁，儲能容量為5MWx2h磷酸鐵鋰電池+2MWx2h全釩液流電池+1MWx2min超級電容，該項目是目前國內(nèi)電源側投資建設的規(guī)模最大的混合電化學儲能示范項目。系統(tǒng)構成國電和風北鎮(zhèn)儲能系統(tǒng)主要配合風電場并網(wǎng)發(fā)電用，整個系統(tǒng)如圖1所示包括風力發(fā)電機、升壓站、電池組、電池管理系統(tǒng)、逆變器以及相應的儲能電站聯(lián)合控制調(diào)度系統(tǒng)、功率預測系統(tǒng)等在內(nèi)的發(fā)電系統(tǒng)。*百CAN+WIPE圖1儲能型鳳電場垂統(tǒng)架構團H

8、MS+申皚辭觀出護*煩器RE33ammrmunrm口國電和風儲能系統(tǒng)的主體設備部署在與風電場相鄰的儲能站內(nèi)，其中鋰離子電池系統(tǒng)采用常規(guī)戶內(nèi)布置方案，鋰電池儲能裝置樓為二層結構，設有電池間、PCS室、控制室、高壓配電室、消防設備室；根據(jù)液流電池的特點將該系統(tǒng)布置在儲能電池樓內(nèi)，設置電池模塊區(qū)、電解液儲罐區(qū)、集液池、PCS&BMS電氣區(qū)，升壓變壓器布置在室外，采用箱式變壓器;超級電容系統(tǒng)布置在超級電容室樓，設有電容室、PCS室，升壓變壓器布置在室外，采用箱式變壓器。另外，儲能中央監(jiān)控系統(tǒng)、功率預測系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)均布置在風電場綜合辦公樓中央機房，值班員站布置在風電場監(jiān)控室內(nèi)。儲能系統(tǒng)接入風電場3

9、5kV母線，鋰電池分5組，每組通過1MWPCS接入35kVI段;全釩液流電池通過4個500kW的PCS接入35kVII段，超級電容通過1MWPCS接入35kVI段，兩段設計了聯(lián)絡開關，既可分段投入也可聯(lián)合疊加作用。儲能系統(tǒng)分兩期建設，其中一期工程于2014年初開工，完成儲能站、鋰電池和液流電池安裝調(diào)試后，同年年底通過遼寧電網(wǎng)公司驗收并網(wǎng)運行;二期工程于2015年11月完成超級電容裝置的加裝，也已正式投入示范運行。應用情況國電和風儲能型風電場在常規(guī)的風力發(fā)電運行的基礎上，主要實現(xiàn)如下四項示范應用功能：出力平抑，如圖2所示，使風電場總出力波動得到了明顯改善;如圖3所示，最優(yōu)輸出波動3%;跟蹤計劃，

10、如圖4所示，風電場跟蹤計劃曲線運行的能力得到較大改善;電網(wǎng)支撐，能夠根據(jù)調(diào)度指令向電網(wǎng)及時輸出有功/無功，輔助電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。削峰填谷，能夠在棄風限電時段存儲少量電量，在非限電時段上網(wǎng)，獲得更多發(fā)電收益。儲能系統(tǒng)采用三種儲能介質，因其在特性上有所互補，如圖5所示，故在應用領域也有所傾向。本項目中鋰電池更多應用于跟蹤計劃曲線，而超級電容和液流電池更多用于出力平抑。國電和風儲能系統(tǒng)示范項目，從投資水平看，結合目前的峰谷電價差以及電池儲能電站在示范項目階段的容量，直接經(jīng)濟效益還無法達到電力行業(yè)基準收益率，但在技術驗證、經(jīng)驗積累、團隊打造、支持新能源的靈活接入等方面均有不小收獲具有較高的戰(zhàn)略儲備意義。平HD皴果統(tǒng)計抑制后最大波勖(MW)最大流波抑制率(%)30DCG15DM10祐2D25昶354045BW紳圈3出力平撫曲經(jīng)ICHO5:XHXJ45O-SO4WM35HXJ25CHKI爾開I5OMf_雖U砸測計劃指令：-0-10鐘切率擔令值12IWV-1024分鐘功奉指