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储能技术在送端电网中促进新能源消纳的容量需求分析

1、研究背景

我国新能源富集的三北地区的风/光发电受本地消纳能力低以及跨区外送受阻等因素制约,弃风弃光率高,亟需灵活有效的措施来促进大规模可再生能源的送出与消纳。现有研究中对促进新能源消纳的解决措施基本是从电网本体规划与改造、能源替代及跨区域输送等层面出发,而缺少对新型灵活调节手段的应用需求及经济适用性分析。为此,本文以提升新能源消纳能力为目标,提出应用储能缩减弃风和弃光率的解决方法,探索储能解决当前新能源消纳困境新方案的技术经济可行性。

2、创新点及解决的问题

新能源的消纳并不是以不考虑代价的完全接纳,需在消纳能力与储能投资之间进行合理的折衷,因此,本文基于电网可最大释放的新能源发电空间约束,建立以缩减弃风率与弃光率为目标的储能功率与容量配置的数学模型,结合储能投资成本与提升新能源消纳收益构成的投资收益比评估约束指标,提出较优的储能容量需求计算方法,探索储能提升新能源消纳能力的技术与经济可行性分析思路。以消纳风/光为主的两省级电网为例,验证该新能源消纳方案的可行性。

3、重点内容导读

3.1 新能源消纳现状与储能技术发展

“三北”地区弃风弃光现象严重的典型地区,如甘肃、新疆、青海与吉林等,均存在新能源渗透率高、本地消纳不足,外送通道受阻等原因,如表1所示。当前新型储能系统虽经济性欠佳,但其功率与容量特性及发展水平已适应规模化可再生能源发展需求。

表1  2016年三北典型地区电网概况及消纳矛盾分析

储能技术在送端电网中促进新能源消纳的容量需求分析
3.2 储能促进能源基地新能源消纳的容量需求分析

新能源消纳空间为在风电或光伏大发期间,联络线外送功率提至最大,火电机组出力压至最低时系统最大可接纳新能源发电的能力。加入储能对弃风/弃光电量应用能量时移而促进消纳的部分新能源,为储能所提升的新能源消纳空间。储能功率受新能源限电功率及自身最大出力两者约束,实时动态容量为储能系统输入功率在时间上的积分。储能系统提升新能源的消纳电量空间为在统计时长内储能存贮的电量之和,设为。通过该储能系统释放的弃风/弃光电量消纳比例设为,和的表达式如式(1)所示

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图1  促进新能源消纳的储能容量需求求解流程

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3.3 算例分析

选取新疆和青海海西地区电网作为典型场景,基于风、光出力序列随机建模,结合电网的负荷与常规电源出力模型,分析配置不同储能功率与容量值下削减的弃风与弃光比例,得出新疆与海西电网最佳储能容量配置值分别为400万千瓦/4小时和40千瓦时/3小时。以磷酸铁锂电池储能系统为例进行静态工程投资成本估算,并基于新疆与青海的风电及光伏并网电价,对储能用于新能源消纳的运行效益进行估算,得出储能在促进风电消纳场景中的应用效果甚微且经济性不强,影响因素主要为持续限电时期长,储能系统利用率低;在促进光伏消纳场景中的应用效果优且收益高,主要原因为在光伏消纳应用中储能一天至少有一次循环,且光伏上网电价高于风电。

表2  储能消纳新能源效益估算

收益方式 风电消纳 光伏消纳 合计
 

新疆

风电上网电价 0.54元/千瓦时
光伏上网电价 0.88元/千瓦时
消纳新能源电量 21.3亿度 8.2亿度
收益 11.5亿元/年 7.2亿元/年 18.7亿元/年
储能投资 380亿元
投资回收期 20.3年
 

 

海西

光伏上网电价 0.9元/千瓦时
消纳新能源电量 4.38亿度
收益 3.942亿元/年
储能投资 29.4亿元
投资回收期 7.5年
4、结论

针对新能源的本地消纳与送出问题,探索了各电网影响新能源消纳的主要因素,通过配置储能系统分析该技术对新能源消纳能力的提升效果,主要结论如下:

(1)引发三北地区弃风弃光问题的主要原因是新能源装机大、本地消纳有限与外送通道受阻等。

(2)当前储能系统的功率与容量发展水平已基本适应与规模化新能源相协调应用场景需求,但其经济性有待提高。

(3)通过算例分析可知,现有储能技术在大规模集中式风电消纳中作用甚微,项目投资回收期约20.3年;在促进大规模集中式光伏消纳中可发挥有效作用,投资回收期约7.5年。

来源: 储能科学与技术

作者:杨军峰, 郑晓雨, 惠东, 杨水丽, 罗卫华, 礼晓飞. 储能技术在送端电网中促进新能源消纳的容量需求分析[J]. 储能科学与技术, 2018, 7(4): 698-704.   

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