1MW/1MWH鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)加裝到直流母線上，通過現(xiàn)場(chǎng)的平滑動(dòng)力出力測(cè)試，以及充放電的效果，加裝超級(jí)電池以后，在分鐘級(jí)/甚至秒級(jí)的有功變化大幅度降低，并且能夠有效的控制風(fēng)電的出力，在我們研究后發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上后期風(fēng)電場(chǎng)也直接把這套儲(chǔ)能裝置用于棄風(fēng)情況下的儲(chǔ)電，到不棄風(fēng)時(shí)候的放電，一年也能夠獲取近百萬的收益。

——甘肅省電力公司風(fēng)電技術(shù)研究中心主任汪寧渤

2019年9月25日-26日第二屆中國(guó)儲(chǔ)能西部論壇在青海舉辦。本次會(huì)議由中國(guó)能源研究會(huì)儲(chǔ)能專委會(huì)，青海大學(xué)，黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司，國(guó)網(wǎng)青海省電力公司，青海能高新能源有限公司，華能清潔能源技術(shù)研究院，中關(guān)村產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟聯(lián)合會(huì)，中關(guān)村海東科技園等聯(lián)合主辦，青海省清潔能源高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟承辦。北極星儲(chǔ)能網(wǎng)對(duì)論壇進(jìn)行全程直播。

甘肅省電力公司風(fēng)電技術(shù)研究中心汪寧渤主任在分論壇“儲(chǔ)能參與輔助服務(wù)的路徑與方式探討”中，做了題目為“儲(chǔ)能改善風(fēng)電長(zhǎng)并網(wǎng)技術(shù)性能研究”的演講。

甘肅省電力公司風(fēng)電技術(shù)研究中心主任汪寧渤：

很高興在這兒跟大家再次交流儲(chǔ)能和新能源發(fā)展的關(guān)系。我今天跟大家交流的是儲(chǔ)能改善風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)性能研究。

首先，結(jié)合甘肅的一些新能源發(fā)展情況，談一下儲(chǔ)能的需求，首先在甘肅目前是在酒泉，其中敦煌變電所是國(guó)內(nèi)外并網(wǎng)規(guī)模最大的新能源基地，在這樣一個(gè)集中并網(wǎng)1500多萬風(fēng)光電的地區(qū)，又是距離蘭州負(fù)荷中心1千公里，所以是集中并網(wǎng)規(guī)模最大，送出距離最遠(yuǎn)的新能源基地。在這樣一個(gè)長(zhǎng)條形的鏈條當(dāng)中，形成了兩頭大，中間薄弱的點(diǎn)，在這樣一個(gè)1000公里的雙回輸電線路過程中，由于源端的風(fēng)電大幅度的有功的波動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)，包括有功和無功大幅度的波動(dòng)，會(huì)使得整個(gè)運(yùn)行控制非常的困難。

前幾年，酒泉到湖南湘潭的特高壓直流輸電線路2400多公里的一條正負(fù)800輸電線路投運(yùn)，直到目前為止完全沒有火電配套電源，完全由風(fēng)電、光伏組成的送端電網(wǎng)的情況下，使得這條直流輸電通道控制也是存在諸多問題、困難和挑戰(zhàn)。

首先介紹一下大規(guī)模新能源基地的特點(diǎn)，除了剛才講的情況以外，在整個(gè)中國(guó)新能源的發(fā)展?fàn)顩r，也是與歐美國(guó)家顯著不同，資源與市場(chǎng)逆向分布，大規(guī)模集中開發(fā)，遠(yuǎn)距離送出的特點(diǎn)，包括甘肅、青海、新疆等等都是這樣的一些特點(diǎn)。高比例、遠(yuǎn)距離外送的特點(diǎn)比較突出，像甘肅、新疆、青海、寧夏西北這幾個(gè)省份的新能源的裝機(jī)均超過30%，其中青海和甘肅已經(jīng)都超過40%，甘肅的41.4%與國(guó)際上的小的國(guó)家相比，包括丹麥和德國(guó)相比，已經(jīng)超過了他們的裝機(jī)比例的水平。

在這樣一個(gè)情況下，甘肅由于處在特殊的地理位置，所以在開發(fā)新能源方面，有一些特殊的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)然在青海也同樣跟甘肅有很多地方比較類似的優(yōu)勢(shì)。

酒泉發(fā)展風(fēng)電的優(yōu)勢(shì)，主要是風(fēng)資源相對(duì)于其他地方比較穩(wěn)定，場(chǎng)地平整，主要集中在開闊寬廣的戈壁灘，而且交通條件比較好，國(guó)道、鐵路都從風(fēng)電場(chǎng)中心穿過，又是站在輸電走廊的集中的位置，使得它具有比較好的大規(guī)模集中開發(fā)的新能源的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

甘肅在新能源發(fā)展的過程中，大家可能聽到有很多正面也有很多負(fù)面，但是從主要指標(biāo)來看，年發(fā)電量占全省總發(fā)電量的23.7%，接近1/4，占全省用電量的32.9%，接近1/3，最大的月發(fā)電量已經(jīng)到30%，裝機(jī)容量占到41.5%，最大出力占全省最大用電負(fù)荷的80%以上，而且最大日發(fā)電量占全天日日發(fā)電量的55%，這些指標(biāo)拿到世界范圍內(nèi)都是處在領(lǐng)先水平的，而且整個(gè)風(fēng)電的發(fā)展過程中，也在積極探索高比例可再生能源發(fā)展的一些極限，到底在什么地方。

近幾年，新能源的超常規(guī)發(fā)展，10年增長(zhǎng)了200多倍，光伏6年增長(zhǎng)了300多倍，同時(shí)新能源的總裝機(jī)容量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過全省最大用電負(fù)荷，如果按照穿透率的概念來講是141%，市場(chǎng)消納能力嚴(yán)重不足的矛盾十分突出。同時(shí)，在前面講的甘肅90%的風(fēng)電集中在河西走廊，其中絕大部分集中在酒泉地區(qū)。需要通過750千伏電網(wǎng)輸送到1000公里以外的蘭州，是全世界并網(wǎng)最大規(guī)模的新能源基地。

導(dǎo)致這樣一些問題，實(shí)際上帶來的棄風(fēng)棄光問題比較嚴(yán)重，整個(gè)國(guó)家的棄風(fēng)2018年400多億，相當(dāng)于8個(gè)劉家峽電場(chǎng)的發(fā)電量，同時(shí)酒泉地區(qū)2011年也發(fā)生了100多次拖網(wǎng)事故，整個(gè)脫網(wǎng)事故頻發(fā)，這些問題比較突出。

新能源的發(fā)展是一個(gè)機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)并存的，從大的趨勢(shì)來看，新能源發(fā)展的趨勢(shì)又不是不可逆轉(zhuǎn)的，如何來研究新能源的問題，我們首先從出力特性來研究，這是我們統(tǒng)計(jì)酒泉地區(qū)一個(gè)風(fēng)電基地，風(fēng)電整個(gè)平均利用小時(shí)數(shù)占到全年利用小時(shí)數(shù)的1/4-1/3，大概是30%左右，同時(shí)最高出力的的點(diǎn)是個(gè)別時(shí)段，整體呈現(xiàn)了大幅度波動(dòng)的態(tài)勢(shì)。

我們?cè)倏匆幌碌湫惋L(fēng)電場(chǎng)的出力特性，也是有這樣的特性，它的出力波動(dòng)的幅度比較大，旁邊是光伏的，大家知道光伏應(yīng)該比較平滑，為什么不斷的出現(xiàn)毛刺呢，實(shí)際這是一個(gè)多云的天氣，云一遮，太陽(yáng)立刻就降下來了，云一走，立刻就上來了，所以形成大幅度的波動(dòng)比較突出，而且跟風(fēng)電自我互補(bǔ)性不一樣，光伏是一片云遮太陽(yáng)，一片光伏的整體出力都呈現(xiàn)這樣的特性。

同時(shí)整個(gè)風(fēng)電又存在群體效應(yīng)，也就是整個(gè)風(fēng)電在整體的時(shí)間里，單臺(tái)機(jī)組和單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的浮動(dòng)變化率更快一些，到整個(gè)大的風(fēng)電基地總的風(fēng)率呈現(xiàn)自我平滑效應(yīng)。

這是整個(gè)出力平均的時(shí)間，99%以上的時(shí)間，整個(gè)酒泉風(fēng)電基地的出力不超過60%，也就是它的平均出力水平比較低，只有不到1/4，25%左右，但是最大出力實(shí)現(xiàn)的時(shí)段非常少。

這個(gè)是整個(gè)發(fā)生事故情況，一個(gè)是電壓跌落的電流變化和模擬功率的有功功率的曲線，在這樣的過程中，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)發(fā)生事故，甚至有可能引起連鎖故障，在整個(gè)酒泉2011年的時(shí)候，先后發(fā)生過100多次事故，風(fēng)電最大的脫網(wǎng)3次嚴(yán)重的事故，最大的脫網(wǎng)達(dá)到了153萬，相當(dāng)于同時(shí)甩掉了5臺(tái)30萬的機(jī)組。實(shí)際上，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的電壓和頻率，電能質(zhì)量，以及系統(tǒng)安全穩(wěn)定都造成了很大的影響。為什么會(huì)對(duì)系統(tǒng)安全穩(wěn)定影響呢？主要是是在運(yùn)力負(fù)荷中心1千多公里的地方，當(dāng)?shù)貨]有常規(guī)電源支撐，突然甩掉150多萬的負(fù)荷，必然會(huì)導(dǎo)致功率缺額難以彌補(bǔ)，對(duì)系統(tǒng)造成很大的沖擊。

整個(gè)新能源出力的整體在極端情況下，新能源占比非常高，這是理論出力還原以后，最大的一天風(fēng)光電的出力，包括全省用電負(fù)荷70%，實(shí)際上沒有發(fā)生過這種情況，主要是發(fā)不出來這么多，已經(jīng)棄掉了一部分，如果真發(fā)生這種情況，高比例新能源的發(fā)展會(huì)有一個(gè)比較大的越級(jí)。

這是風(fēng)電的典型波動(dòng)的情況，單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組，風(fēng)電場(chǎng)群，和整個(gè)酒泉，以及全省的風(fēng)電變化幅度，大家可以看到，單場(chǎng)和單機(jī)波動(dòng)幅度非常大，但是就全網(wǎng)或者酒泉地區(qū)有自我平滑效應(yīng)，這個(gè)特點(diǎn)在風(fēng)電當(dāng)中普遍存在，也就是風(fēng)電具有時(shí)空互補(bǔ)特性，這種互補(bǔ)特性是使得風(fēng)電的整體的個(gè)性既不像我們想象的那么好，也不像我們想象的那么差，典型技術(shù)研究，我們主要是探索了一個(gè)風(fēng)型儲(chǔ)能提高風(fēng)電儲(chǔ)能的技術(shù)研究，通過鋰電池和風(fēng)電機(jī)組，風(fēng)電機(jī)組+超級(jí)電容兩種方式，兩種方式都按照功率型儲(chǔ)能的方式來運(yùn)行，主要是改善風(fēng)電并網(wǎng)的出力波動(dòng)，電壓支撐，可調(diào)性能和展態(tài)能力的支撐方面做了一些探索性的研究。

選擇的是在酒泉基地西段的一個(gè)魯能風(fēng)電場(chǎng)，是3兆瓦的風(fēng)電機(jī)組，在一端母線按照1MW/1MWh的箱式鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，實(shí)行平抑風(fēng)電功率分鐘級(jí)波動(dòng)，跟蹤計(jì)劃出力。

這是我們接的鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)部的一個(gè)結(jié)構(gòu)圖，就是1MW/1MWH接到35千伏母線上。

這個(gè)儲(chǔ)能的工作策略，通過研究，主要是進(jìn)行平滑出力，并且通過充放電來應(yīng)對(duì)一些緊急的緩解風(fēng)電的出力波動(dòng)，同時(shí)，可以探索削峰填谷，工藝增益和差值控制等等研究方法，這是風(fēng)電機(jī)組加裝超級(jí)電容的一個(gè)示意圖，由于3MW用兩個(gè)1.5MW的變頻器并上的，相當(dāng)于在兩個(gè)變頻器之間的直流母線上加了一個(gè)超級(jí)電容，只要在這個(gè)地方加裝一個(gè)類似于儲(chǔ)能的元件，同時(shí)能提供有功和無功支撐，對(duì)整個(gè)風(fēng)電機(jī)組的性能改善肯定有比較大的幫助

這個(gè)是風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合運(yùn)行的模擬圖，也就是說，在運(yùn)行過程中，通過儲(chǔ)能的工作，平抑毛刺浮動(dòng)，但是變化的幅度整體不大，因?yàn)閮?chǔ)能整體的容量比較小，只能起到這樣的作用。

這是在風(fēng)電機(jī)組上加裝超級(jí)電容，并且在里面加裝電力控制界面，在兩個(gè)變流器之間的直流母線上分別加裝兩個(gè)150千瓦的超級(jí)電容，通過超級(jí)電容的激裝，超級(jí)電容由于是瞬間的快速充放電，既能夠吸收一定的有功，也能夠釋放出無功，在這個(gè)過程中，在電壓跌落的過程中，我們選擇的不同的測(cè)試，在接近額定功率70%左右的電壓跌落情況下，能夠保證5秒鐘充電機(jī)組繼續(xù)發(fā)出有功，這個(gè)是很好的電壓耐受和展開支撐能力，整個(gè)通過超級(jí)點(diǎn)肉的作用，大幅度提升了風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)特性。這個(gè)是出口電壓和無功變化，持續(xù)的時(shí)間是5.1秒，跌落有功整體的結(jié)束的時(shí)候，有功功率和無功的變化都完整的記錄下來，證明在電壓跌落到70%左右額定電壓的情況下，具備能夠繼續(xù)平穩(wěn)的輸出有功的功能。

這個(gè)是整個(gè)記錄波形圖，并且在過程中，超級(jí)電容吸收了這么多有功，降低了母線電壓的升高幅度，從而大幅度提高了機(jī)組的電壓耐受能力和展開支撐能力，風(fēng)電機(jī)組在這種情況下，可以有效的以繼續(xù)輸出有功，提升整個(gè)發(fā)電的特性。

1MW/1MWH鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)加裝到直流母線上，通過現(xiàn)場(chǎng)的平滑動(dòng)力出力測(cè)試，以及充放電的效果，加裝超級(jí)電池以后，在分鐘級(jí)/甚至秒級(jí)的有功變化大幅度降低，并且能夠有效的控制風(fēng)電的出力，在我們研究后發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上后期風(fēng)電場(chǎng)也直接把這套儲(chǔ)能裝置用于棄風(fēng)情況下的儲(chǔ)電，到不棄風(fēng)時(shí)候的放電，一年也能夠獲取近百萬的收益。風(fēng)電盡管在大風(fēng)的時(shí)候，普遍棄風(fēng)，但是大量的時(shí)間，不來風(fēng)的時(shí)候，整個(gè)又是不限電的，大風(fēng)的時(shí)候充滿，沒風(fēng)的時(shí)候再放出去，較好的發(fā)揮了作用，從技術(shù)角度沒什么可言的，但是從經(jīng)濟(jì)上，一年的運(yùn)行效果還是不錯(cuò)的。

這個(gè)策略是我們?cè)诮^對(duì)功率控制下，風(fēng)電整體按照這樣的控制策略來進(jìn)行執(zhí)行，使得儲(chǔ)能降低棄風(fēng)率，并且能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整它的運(yùn)行狀態(tài)，通過控制平臺(tái)，來實(shí)現(xiàn)充放電的有序的控制。當(dāng)然這套控制系統(tǒng)也可以進(jìn)行人工控制，比如棄風(fēng)條件下的充放電，后期我們風(fēng)電場(chǎng)自己改變的。

通過這樣一些探索，功率型儲(chǔ)能，通過鋰電池和超級(jí)電容的組合，可以大幅度的改善現(xiàn)有風(fēng)電場(chǎng)的一些技術(shù)性能，尤其是在展臺(tái)支撐能力和電壓耐受能力，以及抗干擾能力方面，具有明顯的效果，使得風(fēng)電場(chǎng)和風(fēng)電機(jī)組預(yù)備某些常規(guī)電源的特色。在高比例新能源發(fā)展過程中，對(duì)于改善風(fēng)電并網(wǎng)特性或者是風(fēng)電光伏的適應(yīng)能力，逐步的提出了更多的需求，我們這個(gè)研究正是從這些方面進(jìn)行有益的探索。

我的匯報(bào)到此結(jié)束，謝謝大家！