儲能提高風電場併網技術性能研究

7月2-4日,由上海逍天電子科技有限公司和華東儲能領跑者聯盟(EESA)聯合主辦的“2018中國國際光儲充大會”於上海佘山召開。大會期間,共有百位演講嘉賓分享了他們的專題報告。

儲能提高風電場併網技術性能研究

01大規模新能源基地

在新能源快速發展過程中,尤其對大規模的新能源基地而言,在發電和用電負荷之間的時間匹配性問題上,迫切需要儲能技術來緩解電力生產和電力消費時間不匹配的矛盾。

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▲ 資源稟賦特徵和用電負荷逆向分佈決定了可再生能源發電規模化利用是我國風能、太陽能開發的主流模式

大規模新能源基地的主要特點是風光資源和用電市場的逆向分佈,除了本身北部和西部地區的風光資源比較好以外,還有一個重要的原因是土地資源。但是從長遠來看,土地資源不足,將是制約風光電,尤其是制約光伏發展最主要的原因。

每一萬千瓦的光伏需要佔用500畝左右的土地,由於現在效率的提升和設計的優化,土地佔用面積可降到350畝左右。儘管能夠降到350畝,但對人口稠密的東南部地區來說,有限的土地資源仍是發展風光電最大的制約,所以未來還是要向人口密度較小、資源較好的北部和西部地區發展。其中,擁有平坦、開闊且地質結構較好的土地資源的甘肅正好處在幾個大的基地的中心地帶,同時也是能源的輸送走廊和樞紐,具有發展大規模可再生能源基地的獨特優勢。

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甘肅可再生能源基地的獨特優勢

地緣優勢:

◆ 新絲綢之路經濟帶咽喉

◇ 國家能源輸送走廊

◆ 可再生能源基地群樞紐

規模優勢:

◆ 風電國內第三、世界第七

◇ 光伏國內第五、世界第九

◆ 國內外規模化利用典型代表

酒泉風電基地的優勢

建設條件好:

◆ 地質構造穩定,滿足風機建設要求;交通

發達,擁有蘭新鐵路、蘭新客運專線、國

道及高速公路,大型設備可直接通過戈壁

灘運到機位;

◇ 甘肅與新疆聯網750kV線路從風電基地

穿過,750kV酒泉變、敦煌變位於風光

電基地附近,有利於風電場的接入及送

出。

氣候條件好:

◆ 主導風向穩定,風能資源年際變化較小;無破壞性風速,超過風機最大運行風速情況非常少;相對溼度低,不含鹽霧,基本不存在腐蝕性威脅。

風電場廠址面積大:

◆ 未利用土地10萬平方公里以上;風電、光電規劃區域地勢平坦開闊的,土地成本低,無移民等問題。

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甘肅風光電超常規發展的併網、消納難題

◆ 近10年甘肅省風電增長了239倍,近6年光伏增長334倍,電網建設難以適應這種超常規發展速度,風光電併網成為巨大的技術難題;

◇ 甘肅省風光電總裝機容量2067.8萬千瓦,甘肅風光電裝機容量遠遠超過了全省最大用電負荷(1468萬千瓦)(141%),市場消納能力不足的矛盾突出。

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▲ 甘肅省風電裝機容量容量統計(MW)

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▲ 甘肅省光電裝機容量(MW)

甘肅省裝機容量中國第一、世界第六

◆ 甘肅省風光電總裝機容量中國省級電網第三、世界第九;風光電佔全省總裝機容量的41.4%,裝機比例比例中國第一、世界前三。

集中併網規模最大、送出距離最遠

◇ 甘肅省風光電90%以上在河西走廊,其中大部分集中在酒泉地區,需要通過750 千伏電網

輸送到1000公里以外的蘭州,是全世界集中併網規模最大、送出距離最遠的風光電基地。

風光電基地存在的問題

◆ 風光電隨機性、波動性和不確定性導致我國棄風、棄光問題突出,2016年我國可再生能源棄風達到了497億千瓦時,相當於劉家峽水電站10年的發電量;

◇ 僅2011年酒泉風電基地發生脫網事故100多次、累計脫網風電機組超過4000臺,高比例新能源綜合示範區建設的機遇與挑戰抗干擾和可控性不足導致了脫網事故頻發。

02關鍵技術研究(部分)

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▲ 儲能系統工作策略

03示範工程建設

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▲ 開展了超級電容儲能提高風電機組低電壓耐受能力測試,分別在示範風電場28號機組出力2MW、2.2MW和2.7MW開展了72%左右低電壓超過5秒鐘的低電壓耐受測試,加裝超級電容的發電機組電壓跌落到72%左右仍然能夠正常發有功,具備較好的低電壓耐受和暫態支撐能力。

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▲ 正常運行時線電壓38kV,跌落髮生時電壓27.45kV,跌落幅度為72.23%,持續時間為5.1秒。跌落前有功功率為2.68MW,跌落過程中最低降至1.45MW,之後緩慢抬升達到2.44MW左右。跌落結束後瞬間功率為3.84MW,跌落結束後功率穩定值2.7MW。超級電容在電壓跌落過程中吸收了多餘的有功功率,提高發電機組的低電壓耐受能力和暫態支撐能力。

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▲ 電壓跌落28.9%、跌落時間5.11s;初始功率2658KW,跌落期間功率最小1795KW、最高3299KW。超級電容在電壓跌落過程中從二條直流母線抽取電流均為95.8A,吸收了237.2kW有功功率,降低了直流母線電壓升高的幅度,提高發電機組的低電壓耐受能力和暫態支撐能力。

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▲ 通過風電場分鐘級的最大有功功率變化量曲線,可以看出,加入電池儲能系統後風電併網功率的分鐘級最大有功功率變化量減小,電池儲能系統用於平滑風電功率波動具有較好的控制效果。

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