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欧洲电力系统灵活性现状及趋势

作者:中国储能网新闻中心 来源:人文能建 发布时间:2022-07-12 浏览:

中国储能网讯:当前,世界各国的电力系统正在经历深刻的变革。随着技术进步与成本下降,可再生能源飞速发展,与可再生能源相关的系统集成问题日益突出。电力系统灵活运行能力被视为电力系统优化的关键,提高系统灵活性对可再生能源并网至关重要。

日前,欧洲电力传输系统运营商协会发表了一份报告,重点对目前欧洲电力系统中新兴灵活性研发与应用进展进行了梳理。

工业负荷需求响应

技术特点:高负荷用电行业具有较大的负载和快速的响应时间,可以根据电网情况调整用电,工业负荷还可以通过调整其有功和无功功耗提供电压支撑服务。

技术成熟度:应用期。

技术应用情况:欧洲许多的高负荷用电工业企业已经参与柔性电力市场。德国斯图加特的示范项目可以为电网提供0.4Hz的频率调整储备服务,铝生产企业可以提供连续48小时的± 25 %额定负荷变化服务。

技术发展趋势:企业在利用可再生能源电力生产绿色产品的同时,向电网公司提供辅助服务,开辟新的收入来源。

电动汽车需求响应

技术特点:电动汽车作为电网的分布式储能,利用电动汽车与电网双向互动(V2G)的聚合需求响应为电网提供调频、调峰和调压服务。

技术成熟度:研制期和示范期。

技术应用情况:欧洲Red Eléctrica公司开发的Cecovel管理平台已能实现1500辆电动汽车的监测和需求预测,在晚上用电高峰有约三分之一的汽车参与需求响应,平均每80~90辆电动汽车可以实现2s内提供0.25MW容量的需求响应。

技术发展趋势:依托管理平台统筹大量电动汽车的充放电,通过智能充电软件与汽车控制系统集成,提升需求响应效果。

电池储能

技术特点:基于电池储能为集中式和分布式电网提供调频、调峰、调压等辅助服务,具有响应速度快、应用场景广的优势。这里提到的电池主要指中型电池组和家用小型电池的聚合。通过调整电池充放电的峰值速率还可以对负荷曲线实现平滑处理。

技术成熟度:应用期。

技术应用情况:与其他储能技术相比,中型电池组具有更高的能量容量,加之快速的响应时间,使其非常适合向电网提供调峰服务,欧盟“地平线2020计划”下的ELSA项目已充分展示了这一点。另一些示范项目,如SENISBLE、OSMOSE等,证实了电池储能的电压支撑功能。OSMOSE项目还将电池储能与飞轮、超级电容结合,综合提供调频、调峰和惯量支撑。NAIDES项目的目标是开发基于钠离子电池的储能技术,相比锂离子电池储能成本大幅下降的同时,保证电池的安全、循环寿命和能量密度。

技术发展趋势:提升电池技术经济性、使用寿命、能量密度、安全性,优化电池充放电循环,与其他储能技术和发电技术协同使用为电网提供灵活调节支撑。

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机械储能

技术特点:机械储能主要包括压缩空气储能、液态空气储能和飞轮储能。其中,压缩空气储能将空气压缩后用于驱动透平发电,液态空气储能将空气冷却为液态后用于驱动透平发电,压缩空气储能和液态空气储能可以用于调峰和调频;飞轮储能具有最快的响应速度,主要用于调频。

技术成熟度:压缩空气储能和液态空气储能处于示范期,飞轮储能处于应用期。

技术应用情况:目前实际运行的压缩空气储能示范项目的效率只有54%左右;飞轮储能示范项目已可实现4 × 150kW,通常与电池储能、超级电容等集成提供混合储能解决方案。

技术发展趋势:对于压缩空气储能和液态空气储能,提升响应速度和能量转换效率;对于飞轮储能,提升与其他储能技术集成耦合应用效果。

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超级电容

技术特点:超级电容可以为电网提供短时高功率支撑,主要用于调频。

技术成熟度:应用期。

技术应用情况:超级电容已在OSMOSE项目中与飞轮储能和电池储能集成,综合提供调频、调峰和惯量支撑。

技术发展趋势:作为混合储能解决方案的一部分,与其他储能方式集成使用。

储热

技术特点:将能量以热能形式存储并在需要的时候通过汽轮机发电将能量释放。储热的方式主要包括:1)固体储热,可以实现1周以上的热能存储,用于长时储能调峰;2)热流体(如熔盐)储热,响应速度快于固体储热,储热时长通常为几天。储热还可以与城市能源系统耦合,储存的热量不再用于发电而是满足区域供热和供冷需求,实现更高的能源利用效率。

技术成熟度:示范期和应用期。

技术应用情况:德国汉堡的示范项目已能实现130MWh的储热效果,蓄热装置为1000吨的固体储热材料,并计划未来实现超过1GWh的储热。

技术发展趋势:与火电厂热力循环系统集成,为锅炉和汽轮机提供缓冲器效果,在锅炉持续运行的情况下,改变汽轮发电机组电力输出,系统反应时间小于7s。

氢气和甲烷生产

技术特点:电能可以通过转化为化学能的方式存储在氢气和甲烷等化学产品中。这些化学产品的生产针对可再生能源消纳量身定制,具备大容量且快速频繁变负荷的能力,可以根据电网用电和电力生产之间的不平衡调整其电力消耗,从而为电力系统的灵活性提供支撑。化学储存同样也是一种储存可再生能源的方法。生产的氢气和甲烷可以直接用于燃气电厂的发电,或为氢燃料电池汽车提供燃料。

技术成熟度:示范阶段初期。

技术应用情况:已有示范项目以生产的氢气和甲烷作为微型燃气轮机的燃料。

技术发展趋势:氢气的生产采用质子交换膜(PEM)电解水制氢,进一步提升装置的响应速度、容量和制氢效率,并利用二氧化碳合成甲烷和甲醇。

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虚拟电厂

技术特点:虚拟电厂(VPP),是一种可以汇聚成千上万的电力生产商,消费者和储能单元,并通过智能控制其并网和消纳,获得高度灵活性的一系列电力系统技术。通过分布式电力管理系统,虚拟电厂技术将分布式可再生能源发电和电池储能聚合,使其能够参与电力平衡及辅助服务市场。聚合服务还可以为众多的小型能源生产者提供必要的技术支撑、优化控制和管理,从而使聚合后的灵活性资源稳定可控,在市场中成为一个负责可靠的主体。

技术成熟度:示范期。

技术应用情况:欧洲多国基于虚拟电厂的理论研究,已开展了一系列工程示范项目。

技术发展趋势:通过虚拟电厂将能源网络与不同利益相关者连接起来,实现局部能源系统的整体运行优化和独立性,促进可再生能源发展。

具有离网独立运行可靠性的微电网

技术特点:当微电网具有更高容量的公共储能、更多的本地电力和消费、更活跃的本地电力市场交易时,便具备更长时间离网运行的可靠性。

技术成熟度:研制期。

技术应用情况:目前在欧洲有数百个正在运行的微电网示范项目,以挪威赫瓦勒微电网为代表,其基于当地的发电设施、公共储能电池等,可以在与主网断开的情况下,为当地居民、市政办公、公共设施等提供长达20小时的供电。但赫瓦勒微电网所应用的电池储能系统过于昂贵,且光伏发电占比过大导致与主网断开时部分时段需减少光伏发电量。

技术发展趋势:可以更多的基于可再生能源,具备更强的离网运行灵活性和可靠性,在具备风能和太阳能资源条件的岛屿上部署。

基于分布式发电的系统黑启动

技术特点:分布式发电的大幅增长为开发系统黑启动新方法提供了可能。当大电网完全或部分停电时,在没有外部电力输入的情况下,基于一个或多个分布式发电设施(包括分布式燃机、生物质发电、水电站、风电、光伏等)重新恢复每一个区域配电网,并扩展支撑整个电力系统的重新启动。

技术成熟度:研究期。

技术应用情况:仍处于初期阶段。

技术发展趋势:提升技术可行性,与传统电网启动方式协同使用。

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