低慣量電力系統(tǒng)儲能應(yīng)用探究分析報告-培訓(xùn)課件

低慣量電力系統(tǒng)儲能應(yīng)用探究2023年7月2020-2060年我國電力發(fā)展情景*電源裝機結(jié)構(gòu)：2025年非化石能源發(fā)電裝機占比約為50%；2035年風(fēng)光裝機量超過總裝機容量50%；2055-2060年煤電裝機保持3億kW左右發(fā)電量結(jié)構(gòu)：2030-2035年間非化石能源年發(fā)電量占比超過50%；2045-2050年間風(fēng)光發(fā)電量超過總發(fā)電量50%1009080706050403020100100908070605040302010025201510593.5

10090.279.089.176.292.415.785.688.615.281.666.679.914.78072.474.6和效16.264.748.065.513.757.2

60.157.654.052.912.750.0

54.16045.044.722.042.137.829.638.59.59.833.19.69.38.84020033.97.611.37.24.44.93.314.44.73.610.8

12.15.35.42.15.11.44.60.75.74.03.02.91.711.70.813.10.5

0.49.602020

2025

2030

2035

2040

2045

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2055

20602020

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2055

2060非化石能源發(fā)電量占比

年總發(fā)電量

風(fēng)光發(fā)電量

煤電發(fā)電量非化石能源裝機占比

發(fā)電裝機總?cè)萘?/p>

風(fēng)光裝機煤電裝機1*.

雙碳目標(biāo)下我國能源電力系統(tǒng)發(fā)展前景分析.

中國科學(xué)院學(xué)部“碳達峰與碳中和”科學(xué)與技術(shù)前沿論壇,

2023年2月.低慣量電力系統(tǒng)低慣量電力系統(tǒng)or低慣性時間常數(shù)電力系統(tǒng)未來電力系統(tǒng)將逐步從以同步電機為主的系統(tǒng)，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈弑壤履茉醇案弑壤娏﹄娮友b備特征的電力系統(tǒng)推L

廣和效益

析TmCTeLC2量化表征電網(wǎng)慣量的重要指標(biāo)等效慣性時間常數(shù)電力系統(tǒng)等效慣性時間常數(shù)演變趨勢為便于開展分析，以慣性時間常數(shù)M作為系統(tǒng)慣量水平的主要表征指標(biāo)100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%12108包含多臺發(fā)電機組的系統(tǒng)：

n

M

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SS推廣應(yīng)用和效益分析6

Ni

BNiB

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14

2

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1Ni01996-2016年，歐洲電網(wǎng)慣性時間常數(shù)從8s下降至6.6s，新能源裝機占比極高的丹麥電網(wǎng)則從8s快速下降至3.2s*水電火電核電風(fēng)電太陽能其他等效慣性時間常數(shù)-不考慮風(fēng)機慣量*Fernández-Guillamón

A，Gómez-Lázaro

E，Muljadi

E，et

al．Powersystems

withhigh

renewable

energy

sources:

A

review

ofinertia

and

frequency

control

strategies

overtime[J]．Renewable

and

Sustainable

Energy

Reviews，2019，115：109369．3低慣量電力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)電力電量平衡新能源滲透率提升2040年主要挑戰(zhàn)：新能源消納主要挑戰(zhàn)：新能源消納+電力保供+頻率穩(wěn)定主要矛盾：中短時間尺度電力平衡主要矛盾：中短時間尺度電力平衡+長周期電量平衡?

短時間尺度?

正常天氣條件有功功率偏差——頻率穩(wěn)定場景條件時間尺度新能源消納

or

頻率穩(wěn)定?中時間尺度小時級日級功率平衡問題——新能源消納?

極端天氣條件電力保供+頻率穩(wěn)定?

長時間尺度跨周跨季電量平衡問題——電力保供4儲能在低慣量電力系統(tǒng)中的應(yīng)用實現(xiàn)能源/電力的“斷點續(xù)傳”“緩存”儲能

儲能特有的功率控制和能量搬移功能，是支撐高比例可再生能源高效利用的有效調(diào)控手段能源轉(zhuǎn)型未來愿景效益分析新型電力系統(tǒng)實現(xiàn)不同時間尺度電力電量平衡源

網(wǎng)荷電力系統(tǒng)特性的根本性變化（靈活性、經(jīng)濟性、安全性提升）儲5儲能應(yīng)用場景新能源消納-場景1高比例可再生能源電力系統(tǒng)發(fā)展情景?

儲能促進新能源消納作用存在飽和效應(yīng)，隨著儲能相關(guān)指標(biāo)2030年裝機增加，儲能對新能源消納促進作用逐漸減弱一次能源消費總量（億tce）58非化石能源在一次能源消費中的比例（%）28.11.004.506.8112.530.6310.263.3526.8%全國西北受端東北核電水電26.69%26.60%26.6%26.4%26.2%26.0%25.8%25.6%風(fēng)電廣應(yīng)用和效電力裝機（億kW）太陽能發(fā)電生物質(zhì)電煤電氣電25.67%指標(biāo)名稱生產(chǎn)模擬仿真結(jié)果*非化石能源發(fā)電量（萬億kWh）非化石能源發(fā)電占比（%）新能源**發(fā)電量（萬億kWh）新能源發(fā)電量占比（%）5.4751.072.750.000.390.771.161.551.93配置儲能容量（億kW）25.67**結(jié)果統(tǒng)計中“新能源”均僅含風(fēng)電、光伏，不包括生物質(zhì)發(fā)電6*仿真基于中國電科院新能源時序生產(chǎn)模擬軟件儲能應(yīng)用場景頻率穩(wěn)定隨著M

降低，出現(xiàn)功率不平衡后?

頻率初始下降率增大?

頻率最大偏差增大虛擬慣量？

不影響頻率穩(wěn)態(tài)值效?

是否應(yīng)該缺啥補啥？?

是否能補得上？是否具有經(jīng)濟性？電化學(xué)儲能可快速減小功率不平衡值??

是否會導(dǎo)致新的問題？范例中，當(dāng)電網(wǎng)H(M/2)=3時，頻率偏差最大值約1.33Hz，電網(wǎng)H(M/2)=5時，頻率偏差最大值約1.25Hz，兩者差別偏差僅為0.08Hz（考慮到北美電網(wǎng)頻率為60Hz，實際偏差更小）

Anderson

P

M

,

Mirheydar

M

.

A

low-order

system

frequency

response

model[J].

IEEE

Transactions

on

Power

Systems,

1990,

5(3):P.720-729.儲能應(yīng)用場景頻率穩(wěn)定頻率跌落最低點?

隨著新能源滲透率提高，M值減小，頻率跌落最低點逐步降低假定出現(xiàn)5%