兆瓦級大型儲能電站在用戶高可靠性供電的應(yīng)用研究

兆瓦級大型儲能電站在用戶高

可靠性供電的應(yīng)用研究

一、項目執(zhí)行情況二、項目完成程度三、主要研究內(nèi)容四、研究成果及成效五、成果創(chuàng)新點及特色六、總結(jié)及展望一、項目執(zhí)行情況2014年1月1日—2014年4月20日主要內(nèi)容：（1）項目相關(guān)文獻、標準及實地調(diào)研，分析研究已有大容量儲能電站運行現(xiàn)狀；（2）制定基于MW級大容量儲能技術(shù)的高可靠性供電方案；（3）確認規(guī)程編寫范圍，完成規(guī)程初稿，并召開專家審查會；（4）對供電方案的可行性進行綜合評估；（5）規(guī)程征詢建議階段；根據(jù)征詢建議修改規(guī)程形成送審稿。

一、項目執(zhí)行情況2014年4月20日—2014年10月20日

主要內(nèi)容：（1）對供電方案的經(jīng)濟性、可靠性進行分析評價；（2）結(jié)合特需用戶電力工程，完成基于MW級大容量儲能技術(shù)的特需用戶高可靠性供電示范工程系統(tǒng)分析。2014年10月20日—2014年12月30日

主要內(nèi)容：（1）針對MW級大容量儲能技術(shù)的特需用戶高可靠性示范工程前期研究；（2）儲能系統(tǒng)應(yīng)用于配電網(wǎng)中的電能質(zhì)量檢測。

2014年10月20日—2014年12月30日項目總結(jié)，準備結(jié)項材料。

規(guī)范標準：《大型儲能電站技術(shù)規(guī)范》（地方標準）建議稿。專題報告：大型儲能電站工程關(guān)鍵支撐技術(shù)；特需用戶用電需求調(diào)研報告；儲能系統(tǒng)典型應(yīng)用案例分析報告；MW級大容量儲能技術(shù)的高可靠性供電方案及其仿真評估報告；基于儲能技術(shù)的特需用戶高可靠性供電方案的可靠性與經(jīng)濟性評價指標體系；基于MW級大容量儲能技術(shù)的特需用戶高可靠性供電示范工程前期研究；兆瓦級大型儲能電站在用戶高可靠性供電的應(yīng)用研究二、項目完成程度論文和專利：已撰寫論文5篇：儲能電站的接入對配電網(wǎng)運行狀態(tài)影響分析儲能電站接入配電網(wǎng)的可靠性評估多種智能設(shè)備接入系統(tǒng)的配電網(wǎng)經(jīng)濟效益分析考慮不同利益主體的儲能電站經(jīng)濟效益分析智能配電網(wǎng)中儲能電站的經(jīng)濟效益分析

已經(jīng)準備申請專利4項。二、項目完成程度子課題一：大型儲能電站工程關(guān)鍵支撐技術(shù)研究1）大型儲能電站工程關(guān)鍵支撐技術(shù)研究；2）大容量儲能技術(shù)典型應(yīng)用案例研究；3）大型儲能電站工程施工關(guān)鍵技術(shù)研究；4）大型儲能電站運行維護管理策略研究；5）大型儲能電站技術(shù)規(guī)范研究。三、主要研究內(nèi)容——子課題一子課題二：兆瓦級大型儲能電站在用戶高可靠性供電的應(yīng)用研究1）特需用戶用電需求調(diào)研報告；2）儲能系統(tǒng)典型應(yīng)用案例分析報告；3）兆瓦級大容量儲能技術(shù)的高可靠性供電方案及其仿真評估；4）兆瓦級儲能電站供電可靠性和經(jīng)濟性評價指標體系研究；5）基于MW級大容量儲能技術(shù)的特需用戶高可靠性供電示范工程前期研究。

三、主要研究內(nèi)容——子課題二3)兆瓦級大容量儲能技術(shù)的高可靠性供電方案及其仿真評估

主要研究內(nèi)容：

（1）針對特需用戶的不同供電需求，探索制定切實可行的基于兆瓦級大容量儲能技術(shù)的高可靠性供電方案，研究儲能電站的合適裝接容量、接入方式，為提高儲能系統(tǒng)與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展提供有力支撐。（2）對建立的基于MW級大容量儲能技術(shù)的供電方案建立評估模型，進行可靠性評估。在節(jié)點系統(tǒng)中接入儲能部分，應(yīng)用仿真方法對系統(tǒng)進行可靠性評估，計算儲能系統(tǒng)中設(shè)備臺數(shù)變化對供電系統(tǒng)可靠性的影響和儲能系統(tǒng)對供電系統(tǒng)可靠性的影響系數(shù)。

三、主要研究內(nèi)容——子課題二3）兆瓦級大容量儲能技術(shù)的高可靠性供電方案及其仿真評估三、主要研究內(nèi)容——子課題二電網(wǎng)可靠性分析方法：解析法：該法是利用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和元件的功能以及兩者之間的邏輯關(guān)系，建立可靠性概率模型，通過遞推和迭代等過程對該模型精確求解，從而計算可靠性指標，其優(yōu)點在于采用了精確的數(shù)學(xué)模型。在實際工作中這種方法使用的最多模擬法：的特點是基于馬爾科夫模型，準確度較高，適用于結(jié)構(gòu)簡單的小型電力系統(tǒng)的可靠性評估，但其計算工作量隨系統(tǒng)規(guī)模呈指數(shù)關(guān)系增長，而且當(dāng)系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜時，其狀態(tài)空間的狀態(tài)數(shù)劇增，這必然會造成維數(shù)災(zāi)難。同時為了獲得解析模型，常常需要對系統(tǒng)的實際條件作較多簡化，所以其應(yīng)用受到較大的限制。3）兆瓦級大容量儲能技術(shù)的高可靠性供電方案及其仿真評估三、主要研究內(nèi)容——子課題二實例電網(wǎng)接線圖：3）兆瓦級大容量儲能技術(shù)的高可靠性供電方案及其仿真評估三、主要研究內(nèi)容——子課題二儲能裝置接入不同節(jié)點的供電可靠性指標計算：

節(jié)點名稱供電可靠性(%)AITC-1（次/戶*年）AIHC-1（次/戶*年）299.98780.1271.0725399.98810.17311.0465499.98840.19131.0137599.98880.20690.98272099.98930.15660.9412299.98960.24690.90772399.99030.25060.85282499.99070.28670.81562599.99090.23690.79853）兆瓦級大容量儲能技術(shù)的高可靠性供電方案及其仿真評估三、主要研究內(nèi)容——子課題二儲能裝置接入不同節(jié)點的可靠性指標圖：

3）兆瓦級大容量儲能技術(shù)的高可靠性供電方案及其仿真評估三、主要研究內(nèi)容——子課題二儲能裝置三個節(jié)點同時接入系統(tǒng)的可靠性指標圖：

3）兆瓦級大容量儲能技術(shù)的高可靠性供電方案及其仿真評估三、主要研究內(nèi)容——子課題二在同一個節(jié)點接入不同容量的儲能裝置，分析接入不同容量的儲能裝置對供電可靠性的影響（以節(jié)點2為例）。

3）兆瓦級大容量儲能技術(shù)的高可靠性供電方案及其仿真評估三、主要研究內(nèi)容——子課題二接入儲能電站時系統(tǒng)節(jié)點電壓計算：3）兆瓦級大容量儲能技術(shù)的高可靠性供電方案及其仿真評估三、主要研究內(nèi)容——子課題二

接入不同容量儲能裝置的節(jié)點電壓曲線圖

（以節(jié)點2為例）：3）兆瓦級大容量儲能技術(shù)的高可靠性供電方案及其仿真評估三、主要研究內(nèi)容——子課題二

接入不同容量儲能裝置對網(wǎng)損的影響

（以節(jié)點2為例）：3）兆瓦級大容量儲能技術(shù)的高可靠性供電方案及其仿真評估三、主要研究內(nèi)容——子課題二結(jié)論：（1）研究了儲能電站單點、兩點和三點接入電網(wǎng)時對系統(tǒng)電網(wǎng)可靠性的影響情況，實例驗證表明上述三種情況對系統(tǒng)可靠性都有不同程度提高，其中三點接入系統(tǒng)對提高可靠性的貢獻最為顯著。（2）在負荷節(jié)點安裝不同容量的儲能裝置都可以提升系統(tǒng)供電可靠性指標，但對于某運行狀態(tài)下的電網(wǎng)總會找到某一特定的儲能容量使得其對可靠性的貢獻達到一飽和狀態(tài)，隨著容量的進一步增大，可靠性曲線趨于平緩。（3）當(dāng)儲能裝置接入電網(wǎng)時，在負荷區(qū)域安裝儲能裝置，對節(jié)點電壓指標的提升作用較大，這是主要是由于在負荷側(cè)安裝儲能裝置可以降低線路傳輸?shù)挠泄β?，減少線路上的電壓降，所以會提升負荷側(cè)的電壓水平。3）兆瓦級大容量儲能技術(shù)的高可靠性供電方案及其仿真評估三、主要研究內(nèi)容——子課題二

（4）在電網(wǎng)各個節(jié)點安裝儲能裝置都可以不同程度降低網(wǎng)損，總的來說在負荷節(jié)點安裝儲能裝置降損效果更好些，但隨著儲能電站容量的不斷增加，網(wǎng)損會達到一個最小值，然后出現(xiàn)網(wǎng)損增大，形成凹的拋物線趨勢，但是每個節(jié)點的最小值都不相同，因此，尋找網(wǎng)損最小對應(yīng)的儲能電站容量是達到系統(tǒng)運行經(jīng)濟性的一個優(yōu)化目標。4）兆瓦級儲能電站供電可靠性和經(jīng)濟性評價指標體系研究建立經(jīng)濟評估體系。電網(wǎng)側(cè)：從延緩電網(wǎng)擴建、減少網(wǎng)損成本、低儲高發(fā)獲利、減少分布式發(fā)電所需備用容量、降低電網(wǎng)可靠性成本等多方面建立經(jīng)濟性評估指標進行分析和評估；

用戶側(cè)：從減少用戶所需建設(shè)的配電容量、減少用戶基本電費、電量電費、降低用戶配變損耗、降低停電損失費用等多方面建立指標進行分析評估。

三、主要研究內(nèi)容——子課題二4）兆瓦級儲能電站供電可靠性和經(jīng)濟性評價指標體系研究三、主要研究內(nèi)容——子課題二電網(wǎng)側(cè)經(jīng)濟性評價指標：（1）減少電網(wǎng)擴建容量方面的效益可以表示為：其中：為拉平負荷曲線所需的臨界功率；為用戶配電系統(tǒng)的單位造價（萬元/MW）；為用戶配電設(shè)備的固定資產(chǎn)折舊率；為蓄電池組長期最大充放電功率（MW），即額定功率；為谷荷時的平均功率；為系數(shù)；為日負荷最大值（MW）；為儲能裝置的儲能效率，包括并網(wǎng)設(shè)備的損耗和蓄電池的充放電損耗；為負荷的日平均功率。上式表明當(dāng)儲能容量實現(xiàn)完全削峰填谷后，儲能系統(tǒng)容量繼續(xù)增大會削峰為谷，填谷為峰，其減小配電站建設(shè)容量的作用隨其容量的繼續(xù)增大而減小4）兆瓦級儲能電站供電可靠性和經(jīng)濟性評價指標體系研究三、主要研究內(nèi)容——子課題二電網(wǎng)側(cè)經(jīng)濟性評價指標：（2）減少網(wǎng)損方面的年收益可以表示為：其中：為儲能裝置每年充放電循環(huán)次數(shù)；為儲能裝置以功率充電的持續(xù)時間（h）；和分別為峰時段和谷時段電價。定義為減少網(wǎng)損指標。為和的二元二次函數(shù)，當(dāng)其中一個變量固定時，函數(shù)曲線呈拋物線狀，所以當(dāng)儲能容量達到一個極值之后，儲能裝置減少總網(wǎng)損費用的作用會下降。

4）兆瓦級儲能電站供電可靠性和經(jīng)濟性評價指標體系研究三、主要研究內(nèi)容——子課題二電網(wǎng)側(cè)經(jīng)濟性評價指標：（3）低儲高發(fā)套利的指標可以表示為：（4）減少新能源發(fā)電所需的常規(guī)備用容量指標可以表示為：（5）減少電網(wǎng)可靠性成本的指標可以表示為：4）兆瓦級儲能電站供電可靠性和經(jīng)濟性評價指標體系研究三、主要研究內(nèi)容——子課題二電網(wǎng)側(cè)儲能電站的投資成本可以表示為：其中：為站址建設(shè)成本（萬元）；為電能轉(zhuǎn)換設(shè)備的單位造價（萬元/MW）；為儲能系統(tǒng)的單位造價（萬元/MWh）；為站址成本和并網(wǎng)設(shè)備的固定資產(chǎn)折舊率；為蓄電池組固定資產(chǎn)的折舊率；因為蓄電池組與站址成本和并網(wǎng)設(shè)備成本的壽命周期不一樣，蓄電池組壽命一般為并網(wǎng)設(shè)備的一半，為15年，所以其固定資產(chǎn)折舊率不同，按整個儲能站的壽命為30年記，蓄電池組需要在第15年全部更換，追加二次投資。電網(wǎng)側(cè)儲能電站的年運行維護費用可以表示為：4）兆瓦級儲能電站供電可靠性和經(jīng)濟性評價指標體系研究三、主要研究內(nèi)容——子課題二電網(wǎng)側(cè)儲能電站的經(jīng)濟性評估模型可以表示為：4）兆瓦級儲能電站供電可靠性和經(jīng)濟性評價指標體系研究三、主要研究內(nèi)容——子課題二實例驗證：上海地區(qū)“十二五”規(guī)劃的新建儲能容量為30MW進行分析，因為電網(wǎng)的谷荷持續(xù)時間為8個小時，所以取T=8小時。各類電池儲能技術(shù)的收益及成本（單位：萬元）電池種類鈉硫821.6968.62177.348001024506604303.5鋰電池821.61033.22557.448001025946603308.2鎳氫821.61033.22557.448001027386601868.2液流821.69041797.14800102882660-461.34）兆瓦級儲能電站供電可靠性和經(jīng)濟性評價指標體系研究三、主要研究內(nèi)容——子課題二用戶側(cè)經(jīng)濟性評價指標：（1）減少用戶配電站建設(shè)容量指標可以表示為：（2）減少容量電價制度下用戶的基本電費指標可以表示為：（3）減少用戶的購電費用中的電量電費指標可以表示為：4）兆瓦級儲能電站供電可靠性和經(jīng)濟性評價指標體系研究三、主要研究內(nèi)容——子課題二（4）降低配變損耗費用指標可以表示為：（5）降低停電損失費用指標可以表示為：4）兆瓦級儲能電站供電可靠性和經(jīng)濟性評價指標體系研究三、主要研究內(nèi)容——子課題二用戶側(cè)儲能電站的投資成本可以表示為：用戶側(cè)儲能電站的年運行維護費用可以表示為：用戶側(cè)總價值評估模型可以表示為：4）用戶側(cè)儲能電站經(jīng)濟性評估指標與模型三、主要研究內(nèi)容——子課題二實例驗證：取上海地區(qū)對供電可靠性要求較高的某三班制企業(yè)的負荷數(shù)據(jù)對安裝鈉硫電池儲能系統(tǒng)的規(guī)劃模型進行分析。該企業(yè)的典型工作日負荷曲線4）用戶側(cè)儲能電站經(jīng)濟性評估指標與模型三、主要研究內(nèi)容——子課題二實例驗證：該企業(yè)的儲能裝置經(jīng)濟效益分析E12.304萬元E575.18萬元E227.648萬元C1189.25萬元E3188.347萬元C22.96萬元E411.498萬元E總109.765萬元4）用戶側(cè)儲能電站經(jīng)濟性評估指標與模型三、主要研究內(nèi)容——子課題二建立的可靠性評價指標（1）儲能電量損失期望值（2）儲能平均故障頻率指數(shù)（3）儲能平均故障持續(xù)時間指數(shù)（4）故障儲能平均故障持續(xù)時間指數(shù)（5）平均儲能可用率指數(shù)（6）平均儲能不可用率指數(shù)（7）平均儲能故障頻率指數(shù)（8）平均儲能故障持續(xù)時間指數(shù)4）用戶側(cè)儲能電站經(jīng)濟性評估指標與模型三、主要研究內(nèi)容——子課題二可靠性實例驗證：以某大型國企職工家屬居住區(qū)為例，區(qū)內(nèi)裝設(shè)有44個配變，共計15個負荷節(jié)點。該小區(qū)內(nèi)10kV電網(wǎng)預(yù)計將安裝一臺5~10MW的儲能裝置。現(xiàn)對儲能裝置接入該區(qū)域內(nèi)不同負荷節(jié)點后的可靠性變化進行分析。4）用戶側(cè)儲能電站經(jīng)濟性評估指標與模型三、主要研究內(nèi)容——子課題二實例驗證：各節(jié)點接入儲能裝置后供電可靠性變化（未接入儲能裝置時原始可靠性為99.9691%）節(jié)點可靠性（RS-1）AITC-1（次/戶*年）AIHC-1（次/戶*年）299.9821%0.23701.5412399.9823%0.24061.4906499.9851%0.27521.4532599.9808%0.22741.3447699.9816%0.19861