电池储能参与含抽水蓄能的电网调频研究

发布时间：2020-07-16 07:49

【摘要】：随着可再生能源发电系统渗透率的逐年提升,其固有的随机性和波动性给电力系统稳定运行带来了诸多挑战。而常规电源由于响应时间长、爬坡速率低,已不能完全满足新能源接入的需求。因此,为未来电网配备合理的储能设备以保证可再生能源利用的灵活性和电力系统的柔性显得尤为重要。在这个背景下,各类储能技术得到了快速的发展,其中抽水蓄能应用最为广泛。在夏、冬两季,用电负荷较为紧张,抽水蓄能主要应用于调峰来缓解常规机组的压力;但在春、秋季节,用电需求量相对较小,调峰压力不大,抽水蓄能可以作为优质的调频资源辅助火电机组参与系统调频。但若将抽水蓄能作为主调频电厂,则需要配置足够的备用容量,会导致经济效益不够理想,因此可以考虑结合电池储能来作为补充调频电源,在改善调频效果的同时,保证调频的经济效益。本文围绕电池储能参与含抽水蓄能的电网调频问题,对电池储能参与含抽水蓄能的电网调频的运行原理、系统建模、模型仿真、容量配置以及经济性评估等理论方法与技术展开研究。首先,系统地论述了电力系统一、二次调频的基本原理,构建了常规机组调频元件模型,基于所构建的调频元件模型,构建了单区域与两区域负荷频率控制模型;阐述了对电网调频具有一定影响的非线性因素,在此基础上构建了包含非线性因素的两区域负荷频率控制模型;基于抽水蓄能机组的运行特性,在分别建立发电工况与抽水工况下的抽水蓄能机组模型的基础上,结合非线性环节综合考量,构建了发电工况与抽水工况下考虑非线性因素的含抽水蓄能机组的两区域负荷频率控制模型,并对该模型进行了仿真检验。其次,分析了电池储能参与含抽水蓄能的电网调频的可行性与必要性;阐述在电网调频场景中电池储能的主导特性参数,以电池单体为基础构建了新型电池储能等效模型;在含抽水蓄能的两区域电网场景下,构建了电池储能参与含抽水蓄能的两区域负荷频率控制模型,并对该模型进行了仿真检验。最后,基于经验模态分解技术,分别阐述了电池储能与抽水蓄能的功率与容量配置方法,并对这两种储能参与电网调频的经济性进行了评估,基于成本—效益模型构建了电池储能调频效益评估模型,基于等效替代法构建了抽水蓄能调频效益评估模型;结合电网中ACE信号,对混合储能参与二次调频的效果进行了参数定义;在调频效果最优和调频经济性最佳这两个目标下对常规机组与混合储能进行了容量配置;根据仿真运行结果,对本文的配置及运行控制方法进行技术经济性评价,为该方法的实际应用提供参考。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV743;TM73
【图文】：

储能,持续放电,抽水蓄能,功率等级

空气、抽水蓄能、飞轮、超导等），电化学储能（铅酸、镍氢、镍镉、超级电容、逡逑锂电池、燃料电池、液流电池等）和相变储能（冰蓄冷、储热等）。表１．１和表逡逑１．２为几种主要储能形式的技术经济性参数，图１．１为各类储能典型功率等级及应逡逑用场景。由图表可知，各类储能在功率等级、放电时间、能量／功率密度、响应时逡逑间、循环寿命、单位成本等方面均具有明显的差异性。逡逑逦表１．１各类储能的技术经济比较逦逡逑典型额定逦能量／功率密度逦自放电（每逡逑储能类型逦放电时间逦邋响应时间逡逑功率／ＭＷ逦Ｗ邋ｈ／ｋｇ邋Ｗ／ｋｇ邋天）／％逡逑抽水蓄能逦１００￣５０００逦４？１０ｈ逦０．５－１．５逦—逦很小逦ｍｉｎ级逡逑压缩空气逦１００？３００逦ｌ￣２０ｈ逦３０－６０逦＿逦较小逦ｌｓ－１５ｍｉｎ逡逑储能逡逑飞轮储能逦０．００５￣１．５逦１５ｓ￣１５ｍｉｎ逦５－１３０逦４００－１６００逦１００逦ｍｓ邋级逡逑

态势图,抽水蓄能,年度,容量

１．２．２抽水蓄能研究现状与发展逡逑我国储能产业呈现出多元发展的良好态势，其中抽水蓄能的发展尤为迅猛，逡逑在各类储能发展中占据着主导地位。图１．２为我国抽水蓄能装机分年度运行容量，逡逑从图中可以看出，近十年来抽水蓄能装机容量逐年递增，其中，２０１７年的装机容逡逑量较２０１６年增长了邋１０％，较１９９７年增长了将近１７倍。逡逑３５００逡逑３０００逡逑严邋２８６９逡逑２５００逦Ｘ逡逑２３０３逡逑２０００逡逑＞＾１８６９３逡逑１５００逡逑１０００逦／逡逑＾邋８９４．５逡逑ｓ00逡逑Ｏ邋？邋１１１逡逑１９６８逦１９９１逦１９９３逦１９９５逦１９９７逦１９９９逦２００１逦２００５逦２００７逦２００９逦２０１１逦２０１３逦２０１５逦２０１７逡逑图１．２抽水蓄能装机分年度运行容量（万千瓦）逡逑我国目前抽水蓄能的发展态势良好。在《水电发展“十三五”规划》里明确逡逑指出，“十三五”将加快蓄能电站的建设，以适应新能源大规模开发需要，保障逡逑电力系统安全稳定运行。截至目前，中国抽水蓄能电站装机容量已居世界第一，逡逑在运规模２８４９万千瓦，在建规模达３８７１万千瓦。预计到２０２０年，运行总容量将逡逑达４０００万千瓦。２０１８年在建的抽水蓄能电站自内蒙古自治区至海南省，共计１１逡逑４逡逑

储能,电化学,装机规模,投运

市场预计将从２０１８年的１９．８亿美元增长到２０２３年的８５．４亿美元，期间复合年增逡逑长率为３３．９％。逡逑在国内，电化学储能的装机规模正稳步增长。图１．４为２０００－２０１７年电化学逡逑储能累计装机规模，２０１７年为３１８．１ＭＷ，占比为１．１％，相比２０１６年增长１８％。逡逑据相关报告显示，截至２０１７年第三季度，中国新增投运储能项目的装机规模为逡逑２２．８ＭＷ，同比增长１１４％，环比增长１％。逡逑全国投运电化学储能项目的累计装机规模（２０００２０１７）逡逑３５０逡逑３１８．１逡逑３００逡逑２７０．４逡逑￡邋Ｉ邋Ｉ逡逑ｉ逦ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逡逑Ｑ逦■■■■逦■■■■逦ＨＢｉＨｉ逦■■■■逦■Ｈｈ逦■■■■逦■■■■逡逑２０００－２０１０逦２０１１逦２０１２逦２０１３逦２０１４逦２０１５逦２０１６逦２０１７逡逑图丨．４全国投运电化学储能项目的累计装机规模（邋２０００－２０１７）逡逑电化学储能在应用方面也取得了实质性的进展。在我国，深圳宝清电池储能逡逑６逡逑

【参考文献】