CIES2024|| 中电工程西南院晏小彬:高比重水电系统储能配置方案研究-中国储能网
2024 03/28 14:54:31
来源:中国储能网

CIES2024|| 中电工程西南院晏小彬:高比重水电系统储能配置方案研究

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作者:中国储能网新闻中心

  中国储能网讯:3月10-13日,由工业和信息化部节能与综合利用司指导,中国化学与物理电源行业协会主办并联合500余家机构共同支持的第十四届中国国际储能大会暨展览会(简称“CIES”)在杭州国际博览中心召开。

  CIES大会以“共建储能生态链,共创储能新发展”为主题,针对储能产业面临的机遇与挑战等重点、热点、难点问题展开充分探讨,分享可持续发展政策机制、资本市场、国际市场、成本疏导、智能化系统集成技术、供应链体系、商业模式、技术标准、示范项目应用案例、新产品以及解决方案的普及和深化应用。

  来自行业主管机构、国内外驻华机构、科研单位、电网企业、发电企业、系统集成商、金融机构等不同领域的2011余家产业链供应链企业, 53417位线上注册嘉宾将参加本届CIES大会,储能网视频号线上直播11万人参与观看与交流。其中300余家企业集中展示了储能产品,涵盖系统集成、电芯、PCS、BMS、集装箱、消防、检测认证、飞轮储能、液流电池、熔盐储热、压缩空气储能等新型储能全产业链。

  3月10日下午,中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司能源研究中心主任晏小彬受邀在储能电站规划与设计专场分享主题报告,报告题目为《高比重水电系统储能配置方案研究》。以下为报告主要内容:

  晏小彬:各位领导、各位专家、各位同仁大家下午好,我是来自中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司的晏小彬。很荣幸受邀参加十四届国际储能大会做成果交流。我主要从事于西南电力规划设计,我今天分享的题目是《高比重水电系统储能配置方案研究》。

  水电是我国电力供应的主力军,特别是在水电丰富的西南地区,水电绝对是主力电源截至2022年底水电装机全国占比是16.1%,西南各省均高于全国水平,特别是四川、云南、西藏的水电装机占比超过50%。以四川为例,四川的水电比重已经达到了79%,是目前国内水电比重最高的省份。

  探讨储能配置方案必须与目前构建的新型电力系统相结合,2023年6月国家能源局发布了新型电力系统的发展蓝皮书,明确了新型电力系统定义,必须具备安全高效,清洁低碳,柔性灵活,智慧融合四个重大特征,其中基本前提是安全高效,核心目标是清洁低碳,重要支撑是柔性灵活,技术保障是智慧融合,这四个要素构建了咱们新型电力系统的框架体系。

  在西南区域,大型的水电、火电和坚强的智能电网是保障安全的主力军;清洁低碳主要依靠丰富的水电、风电,光伏等多种清洁能源协同发展,以及电能替代推动的终端消费的低碳化转型;柔性灵活主要是依靠调节型的水电、火电等灵活性电源,以及不同时间尺度和规模的储能。在高比重水电系统中,支撑电力系统要面临以下问题:

  水电开发接近了尾声,大规模新能源开发是必然趋势。目前中国的河流、水电开发是以位置相对便利和水电项目开发相对价格较低作为目前重点开发的区域。未来水电开发的重心要转向开发难度极大,而且开发代价较高的区域,这部分区域生态非常脆弱,开发难度也是增加的。大规模的新能源开发是保供必然趋势,未来实现国家的双碳战略,保障电力供应,新能源将成为未来新增电量供应的主体。十五五末西南地区将逐步建成以新能源为主体的新型电力系统,十六五四川新能源装机将全面超过水电装机

  一是系统调峰需求迅速增加。在十年、二十年前国内很多专家对高比重水利系统调峰需求进行相关研究论证,特别是云南和四川,水电适当的弃水调峰就是非常经济的调峰手段,这个论点在当时是成立的。例如在十三五的时候,四川新能源装机占比非常低,当时的水电容量是相对比较富裕的,在十三五四川采用调峰弃水来满足系统的调峰需求。随着新型能源体系和新型电力系统的不断发展,提高清洁能源的高效利用成为绿色低碳的重要手段。同时新能源规模的不断地增加,对调峰深度的要求提出了更高的要求。以前的调峰只需要满足负荷峰谷差,新能源大规模发展之后,调峰需求在满足负荷峰谷差的同时还要为新能源提供必要的调峰。在此新形势下系统调峰需求迅速增加。

  二是源侧调峰能力不足矛盾逐步凸显。因缺乏大型龙头水电站,西南地区具有季及以上调节性能的电站占比较低,源侧调峰能力不足。水电受流域来水影响,整体呈现丰枯期差异大、不同年份来水差异大的特点。水电“靠天吃饭”特征明显,极端天气水电机组发电能力断崖式下降,源侧调峰能力不足凸显。

  三是负荷侧电源“空心化”问题日益突出。以四川电网为例,成都电网位于四川电网中部,属于典型受端网络,主要电力依靠阿坝、甘孜、攀西、康定、雅安、瀑布沟等川西水电通道输入,网内仅有少量电源。省内存在一个类似‘西电东送’的问题。随着用电负荷峰谷差的持续拉大,高峰负荷时期对于电网运行将变得非常艰难。

  高比重水电系统中储能的功能定位。在构建以新能源为主体的新型电力系统大背景下,随着新能源跨越式的发展,高比重水电系统调节能力不足和电力供需矛盾凸显,储能将在满足源侧新能源并网运行调峰需求,保障电力系统供需平衡,保障双高电力系统安全稳定运行,优化通道建设方面发挥重要的作用,主要体现在以下几点:

  第一,为源侧新能源并网运行提供调节支撑。随着新能源为主体的新型电力系统加快建设,系统新能源装机占比逐步增高,对减少新能源间歇性、波动性对电网运行影响,源侧配置储能以支撑新能源友好并网及大捆送出。

  第二,为电力系统安全稳定提供顶峰保障。双碳目标下系统供需保障压力日趋增加,对长时间尺度支撑能力的需求将逐步凸显,利用不用储能的调节特性组合可解决系统的顶峰保障需求,还可以承担系统的负荷及事故备用,释放源侧发电潜力。

  第三,为双高电力系统安全稳定地运行提供坚强的支撑。双高系统下安全稳定运行的风险是日益突出的,储能可以对系统进行调峰,调频,调向,调压,也可以缓解新能源高渗透率带来的系统安全稳定问题,有效地提升安全稳定运行水平。

  第四,为了削峰填谷,减少电网的投资。在负荷侧建设储能可以把最大负荷降低,进而可以降低售端和变电,包括输电线路的投资,从而优化整个系统的投资结构。

  以四川为例,开展高比重水电系统储能配置方案。首先说一下技术路线,基于储能的定位分析,针对高比重水电系统提出如下储能配置方案。结合负荷预测,电源发展规划,电网发展规划等边界条件,开展供需形势研究。基于形势研究,结合省内资源禀赋,我们要提出规划设计水平的基础电量保障方案,这里保障方案要基本实现电量基本平衡,剩下的交给储能来解决。相应的电力电量保障方案必须切合全省的资源禀赋,电量可以开发新能源,新建火电,引入外来直流电源等。电力可以考虑在电量的基础上,再考虑需求侧响应。在基础保障方案的基础上,从系统保供,调峰需求,新能源消纳等多方面论证最终的储能需求规模,进行分区计算,开展储能布局。

  采用上述思路对四川2030年储能配置方案进行了一个分析,十五五考虑引入2回直流外来电的基础上,2030年四川丰枯期最大缺口是1580万到1960万千瓦,在此基础上维持2025年新能源规模不变的情况下,2030年全年电量缺口738亿。对上述的电力供需形势,开展基础电量保障方案计算,考虑最大负荷5%的需求侧响应,需要新增新能源装机3050万千瓦,新增火电400万千瓦。在上述方案下,我们基本上可以实现全省的电量基本平衡,电力缺口450万千瓦。

  针对基础电量方案研究之后,我们分为送端和受端分别来研究储能规模。结合川西的能源资源禀赋和外部条件,若规划2030年阿坝新能源达到1050万千瓦、甘孜新能源达到1000万千瓦、攀西新能源资源达到1700万千瓦,在没有考虑送端新增储能,即使阿坝、甘孜阿坝特高压交流通道加强,送端新能源利用率约88%-89%。此时若在这时候送端配置860万千瓦抽蓄,可以将上述地区新能源利用率提升至98%,这里面抽蓄在条件允许的情况下也可以用等量电化学储备能够替代。

  受端负荷中心需求规模。根据受端负荷的电力缺口,2030年负荷中心的储能需求450万千瓦,这里的450万千瓦同样是可以是抽蓄也可以是电化学储能。主要作用是负荷的调峰,减少日内的净峰谷差,提供旋转备用,释放常规电源的发电能力。

  综上为了支撑新能源为主体的新型电力系统的建设,高比重水电系统未来仍有较大建设储能的需求。

【责任编辑:孟瑾】