光伏电站上网需求及储能解决方案 中国电力科学研究院 李建林 1
目 录 一 光伏发电特性及并网特性分析 二 BESS 在光伏电站中的应用 三 典型光储电站案例介绍 2
输出功率 (MW) 输出功率 (MW) 输出功率 (MW) 日照强度 (W/m 2 ) 日照强度 (W/m 2 ) 输出功率 (MW) 输出功率 (MW) 日照强度 (W 日照强度 (W 600 一. 光伏发电特性及并网特性分析 200 1000 400 格尔木某 20WMp 光伏电站数据出力特性分析 : 1000 20 0 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 时间 (2012-12-2) 20 15 800 600 400 200 0 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 时间 (2012-12-2) 20 15 10 800 15 600 10 400 5 200 典型天气情况下的光照强度与光伏出力对比 20 0 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 时间时间 (2012-12-12) (2012-12-2) 15 10 10 5 5 5 3 20% 0 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 时间 (2012-12-2) 0 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 时间 (2012-12-12) 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 时间 ( 月 )
输出功率 (MW) 光伏电站发电量 (MWh) 一. 光伏发电特性及并网特性分析 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 时间 ( 月 ) 全年各月发电量柱状图 典型月光伏系统发电量统计 18 16 14 短时间出力变化大于 50% 12 10 8 6 4 2 4 0 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 时间 典型天光伏系统的特性曲线 典型天光伏系统的特性曲线
一. 光伏发电特性及并网特性分析 出力水平 光伏电站出力水平的定义 高出力 出力水平高于装机容量的 80% 中出力 出力水平在装机容量的 20% 到 80% 之间 低出力 出力水平低于装机容量的 20% 5 各月份光伏电站出力水平统计 低 48.67% 低 29.84% 1 月高 0.08% 5 月高 3.67% 中 51.25% 中 66.50% 9 月高 11.67% 低 20.30% 中 68.03% 低 45.77% 低 29.39% 低 27.20% 2 月高 0.55% 6 月高 1.21% 10 月 中 53.68% 中 69.39% 高 13.56% 中 59.24% 低 40.98% 低 38.34% 低 41.06% 3 月 7 月高 0.66% 光伏电站出力特性分析 11 月高 9.55% 中 59.02% 中 61.00% 中 49.39% 低 38.48% 低 32.99% 低 40.32% 4 月 8 月高 6.38% 12 月 中 61.52% 中 60.63% 高 17.31% 中 42.37%
一. 光伏发电特性及并网特性分析 光伏电站并网对电网的影响 : 大规模光伏并网后, 带来问题 : 对电力系统规划的影响对电力系统调峰的影响对系统可靠性与稳定性的影响对电能质量的影响 对电力系统规划的影响 对电源规划的影响 : 常规电源的建设规模 常规电源利用小时数 调峰电源需求 常规电源调节能力 ; 对输电网规划的影响 : 大范围的资源配置能力 远距离输电技术 电网控制技术 ; 对配电网规划的影响 : 配电网的容载比 配电网自动化技术 二次系统规划 ( 保护 通讯 自动化 计量 ); 6
一. 光伏发电特性及并网特性分析 光伏电站并网对电网的影响 对电力系统规划的影响 最大负荷时光伏电站出力水平的概率统计 最大负荷时刻光伏电站出力为零的概率占 66%, 出力在 10% 到 90% 各区间的概率都小于 8%; 最大负荷时, 光伏电站出力超过 30% 的概率不到 20%, 如果置信度需求为 90%, 光伏电站出力只能保证约 8% 7 光伏电站的置信容量较低, 穿透功率高时不能有效代替峰值负荷电源
一. 光伏发电特性及并网特性分析 光伏电站并网对电网的影响 对电力系统调峰的影响 光伏容量穿透率约 2.5% 时, 光伏电站接入对等效负荷的峰谷差率影响不大 光伏容量穿透率约 18.9% 时, 电网峰谷差率增大使得电网调峰更加困难 8 峰谷差率变化及其分布
目 录 一 光伏发电特性及并网特性分析 二 BESS 在光伏电站中的应用 三 典型光储电站案例介绍 9
二. 电池储能系统在光伏电站中的应用 考虑加入电池储能系统, 解决新能源发电带来的问题 1 平抑光伏电站的出力波动 提高光伏电站的调度能力 2 配合电网调峰, 提供辅助服务 平滑光伏功率输出, 提高并网友好性 4 延缓输电走廊扩容 增强光伏电站的无功支撑能力 3 10 实现光伏能量转移, 减少弃光损失 电池储能系统改善光伏系统的特性曲线
二. 电池储能系统在光伏电站中的应用 储能工作模式 1: 削峰 延缓输电走廊扩容 光伏功率 光伏出力上限 光伏出力峰值出现在午间, 且持续时间较短 储能系统吸收电能 放电功率 : P E *( SOE SOE ) k,..., N rate k min dis1_ BESS Tdis 在光伏出力的非高峰时段, 储能恒功率放电 11 夜间 上午 9 时 正午 下午 6 时 时间
二. 电池储能系统在光伏电站中的应用 储能工作模式 2: 削峰 + 转移 延缓输电走廊扩容 光伏功率 光伏出力上限 储能系统吸收电能 放电功率 : P E *( SOE SOE ) k,..., M rate k min dis3 _ BESS Tpeak P, P P k,..., M k,..., M k,..., M dis3 _ BESS dis3 _ BESS rate dis3 _ BESS k,..., M Prate, Pdis 3_ BESS Prate P 负荷晚高峰时段, 储能系统恒功率放电, 辅助系统调峰 夜间 上午 9 时 正午 下午 6 时 10 时 时间 12
二. 电池储能系统在光伏电站中的应用 储能工作模式 3: 削峰 + 平抑 延缓输电走廊扩容 放电功率 : 光伏功率 储能系统吸收电能 P P P, P P P k 1 k k k 1 k PV PV Limit PV PV Limit dis2_ BESS k k 1 0, PPV PPV PLimit P 光伏出力上限 P, P P k k k dis2_ BESS dis2_ BESS rate dis2_ BESS k Prate, Pdis 2_ BESS Prate P 控制储能系统放电, 以平滑光伏下降过程中的波动 13 夜间 上午 9 时 正午 下午 6 时 时间
目 录 一 光伏发电特性及并网特性分析 二 BESS 在光伏电站中的应用 三 典型光储电站案例介绍 14
三. 典型光储电站案例介绍 青海格尔木 50MWp 光储电站 本工程光伏电站通过配置 15MW/18MWh 的电池储能系统, 基于调度端 D5000 的光储联合发电系统调度计划制定软件模块, 已期解决光储并网协调优化调度控制策略, 实现光伏发电最大化消纳 提高跟踪计划出力能力 以达到改善光伏电站输出特性, 减少 弃光 提高光伏电站上网电量, 为大规模集中式光伏电站解决 弃光 限电寻找一种可行的技术解决手段 15
16 三. 典型光储电站案例介绍
三. 典型光储电站案例介绍 光储电站电气连接示意图 110kV 母线 兴明变 35kV 母线 3MW/3.6MWh 3MW/3.6MWh 3MW/3.6MWh 3MW/3.6MWh 3MW/3.6MWh 3.6MWh 电池系统 3MW 变流系统 17 5*35KV 配电设备布置图 配电系统 3MW/3.6MWh 储能单元
三. 典型光储电站案例介绍 3MW/3.6MWh 储能系统实物图 3MW/3.6MWh 储能 PCS 实物图 18 150kWh 储能系统实物图 3MW/3.6MWh 储能就地监控 500kW/600kWWh 储能 PCS 就地监控
三.典型光储电站案例介绍 研发光储联合调度管理监控系统 19 19 1
三. 典型光储电站案例介绍 就地监控软件界面 : 后台监控软件界面 : 储能运行时后台软件界面 : 20
三. 典型光储电站案例介绍 光储电站数据分析与评估 ( 跟踪调度计划模式 ) 光伏 储能 调度 光储跟踪误差 21 多云晴天晴转阴 21
三. 典型光储电站案例介绍 光储电站数据分析与评估 ( 跟踪调度计划模式 ) 多云 晴天 晴转阴 光伏跟踪误差小于 5% 概率 (11:00-16:00) 68.27% 51.1% 56.8% 光储跟踪误差小于 5% 概率 (11:00-16:00) 92.27% 97.9% 97.6% 储能充 / 放电量 (kwh)( 全天 ) 14790/13012 17751/17343 18091/15523 相对于单独的光伏发电, 加入储能系统后, 光储联合跟踪调度误差明显减小, 储能系统提高了光伏发电跟踪调度计划的能力 ; 特定时间段内, 光储跟踪误差小于 5% 的概率基本达到 90% 以上 ; 光储跟踪误差未全部小于 5% 的原因是误差超出了储能系统的最大充放电能力 22 22
一. 光伏发电特性及并网特性分析 江苏某地 4+5MW 地面光伏电站以 1MW 为一个光伏发电单元, 每个单元通过逆变器整流逆变后输出 0.27KV 低压三相交流电, 再通过箱式升压变升压后与站内集电线路相连, 送至站内 35kV 配电装置, 其中 1000kVA 箱式升压变 4 台,1260kVA 箱式升压变 6 台 ( 目前光伏实际安装容量为 11.9MW, 计划新增 2.5MW ) 35KV 35KV 1250kVA 1250kVA 1000kVA 箱式升压变 0.27KV 三相交流电 DC/AC DC/AC DC/AC DC/AC DC/AC DC/AC DC/AC DC/AC DC/AC DC/AC DC/AC DC/AC 光伏发电单元 光伏发电单元 新增光伏发电单元 1.269MW 23 1.337MW 1.375MW 1.335MW 1.05MW 1.05MW 1.258MW 1.182MW 0.998MW 1.049MW 光伏电站电气接线示意图 1.25MW 1.25MW
二. 减少光伏电站弃光方案仿真 储能系统接在光伏并网交流低压侧 24 储能系统接线示意图
二. 减少光伏电站弃光方案仿真 35 kv 1250kVA 1250kVA AC270V AC270V AC270V AC270V... 储能逆变器 储能逆变器... 储能逆变器 储能逆变器 钒电池 光伏 光伏 钒电池 钒电池 光伏 光伏 钒电池 板 板 板 板 250kW/3h 250kW/3h 250kW/3h 250kW/3h 500kW*3h 全钒液流电池储能系统接入方式 35 kv AC270V AC270V AC270V AC270V... 储能逆变器 储能逆变器 储能逆变器 储能逆变器... 钒电池 钒电池 钒电池 钒电池 700kW/3h 700kW/3h 700kW/3h 700kW/3h 25 700kW*3h 全钒液流电池储能系统接入方式
三. 光伏电站中储能系统的典型应用 建议采用 5 组 500kW*3h 的全钒液流电池储能单元 - 12.5kW/37.5kWh 电池 12.5kW/37.5kWh 电池 正极罐正极罐 45kW 单堆 10 个串联... 45kW 单堆 + 250kW*3h 集装箱尺寸 : 13.5*2.5*2.0m 负极罐 负极罐 - 250kW 双向 PCS 12.5kW/37.5kWh 电池 12.5kW/37.5kWh 电池 - 正极罐 45kW 单堆 10 个串联... 正极罐 45kW 单堆 + 负极罐负极罐 250kW*3h 的全钒液流电池储能单元模块示意图 - 全钒液流电池集装箱摆放效果示意图 每个 250kW 储能单元需要 2 个电池箱子 ( 上下放置 ),250+250kWPCS 放在同一个集装箱 ; 每个 500kW*3h 储能单元需要 5 个集装箱 2.5MW/7.5MWh 的全钒液流储能系统单元共需 25 个集装箱, 需占地面积约为 700 平方米 26
三. 光伏电站中储能系统的典型应用 光伏电站调研 电站名称 容量 (MV) 地址 公司 27 中广锡铁山光伏电站 100 锡铁山中广核 中型蓄积光伏电站 50 德令哈黄河 中节能太阳能科技德令哈有限公司 10 德令哈中节能 龙源格尔木光伏电站 90 格尔木龙源 黄河水电格尔木光伏电站 500 格尔木黄河 国电格尔木光伏发电有限公司 60 格尔木国电 大唐国际格尔木光伏电站 40 格尔木大唐国际 大唐山东格尔木太阳能发电有限公司 20 格尔木大唐山东 格尔木特变电工新能源有限人责任公司 30 格尔木特变电工 中广核共和 30MV 光伏电站 30 共和中广核 恰龙水水光互补电站 (1 期 320MV,2 期 530MV) 850 共和黄河 大唐国际共和光伏电站 40 共和大唐国际 黄河共和光伏电站 200 共和黄河 沙珠玉风电场 14 共和柴达木
三. 光伏电站中储能系统的典型应用 调研项目中大部份电站是常规地面式的, 基建上没有可拓展空间, 集 装箱储能系统的主要市场 28 光伏电站 - 常规地面式
总结 1 光伏电站的置信容量偏低, 可预测 可调度能力偏弱 2 3 储能系统可大幅提升光伏电站跟踪计划出力的能力 储能系统在一定程度可以有效缓解弃光问题 4 既有的光伏电站中加装集装箱式储能系统是首选 5 储能系统在光伏电站的大规模推广的商业模式值得研究 29 29
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