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公司联手CATL进军德国储能参与电网调频领域

 
v 项目情况说明项目简介
2015年,北京艾能万德智能技术有限公司联合宁德时代新能源(CATL)支持德国电池储能参与电网一次调频项目。本项目致力于在德国设计并建设1MW以上的电池储能电站,并参与到德国的调频市场中,为电网提供一次调频的电力辅助服务。其中CATL主要负责电池的生产、储能电站系统设计与安装。北京艾能万德智能技术有限公司主要负责对相关课题的德国市场信息、业界动态、并网技术要求等方面的技术支撑,并提供建立完整调频技术要求、技术方案、认证验收流程、相关法规解读等全方面的专家支持。项目由相关行业国内外的专家结合自身专业经验完成,所涉及的信息收集和技术方案均为公司各专家自身积累的多年工作经验。
v 项目背景介绍
一、为什么要对电力系统进行频率调整
集中发电、远距离输电和大电网互联形式的电力系统供电量占全世界总供电量的 90%,是目前电能生产、输送和分配的主要方式。为应对日益紧迫的能源安全和环境恶化问题,我国政府于 2009 年确立了“加快推进包括水电、核电等非化石能源发展,积极有序做好风能、太阳能、生物质能等可再生能源的转化利用”的发展战略,提出了“到 2020 年非化石能源占一次能源需求 15%左右和单位 GDP二氧化碳排放量降低 40%-45%”的战略目标。然而,风能和太阳能光伏等可再生能源发电为典型的间歇性电源,其出力具有波动性和不确定性,其大量并网会给系统的安全稳定运行带来重大挑战。如何确保间歇性新电源大规模并网后的电力系统频率稳定是亟待解决的问题之一。
二、什么是电力系统的储能
储能是通过物理或化学手段将电、热等形式的能量储存起来,在出现用能需求时释放的过程。抽水蓄能是较早和最为常见的储能技术,随着技术的进步,出现了压缩空气储能、电化学储能、超导磁储能等新兴储能技术以及钠硫电池、液流电池、锂离子电池、超级电容器、飞轮等储能设备和产品。 可再生能源发电规模的扩大和智能电网的形成构成了储能技术应用的主要驱动因素。但可再生能源的进一步发展面临着电网接入和消纳这些关键瓶颈问题,储能技术在很大程度上能够解决新能源发电的随机性和波动性,可以实现新能源发电的平滑输出,使大规模可再生能源电力可靠地并入电网。目前电网运营面临着最高用电负荷持续增加、间歇式能源接入占比扩大、调峰手段有限等诸多挑战;而优质、自愈、安全、清洁、经济、互动的智能电网是下一代电网的发展目标,储能技术尤其大规模储能技术的诸多特性将得以在发电、输电、配电、用电四大环节得到广泛应用,可以说储能技术是实现智能电网信息互动化、大量兼容可再生能源电力和平衡能源供需关系的关键环节。
三、不同类型的储能优劣对比
不同类型的储能技术有着不同的技术特点,这也决定了它们的不用应用场景。表1展示了一些主要储能技术的优缺点与应用领域。
表1. 不同类型的储能优劣对比
储能技术 优点 缺点 应用领域
抽水储能 大容量,寿命长
运行费用低
选址受限
建设周期长
调峰填谷、调频调相
事故备用黑启动
压缩空气储能 容量功率范围
灵活,寿命长
选址受限
化石燃料
调峰填谷、UPS 黑启动
分布式电网微网
飞轮储能 高效,快速响应
寿命较长
自放电率高
用于短期储能
调峰调频,桥接电力
电能质量保证,UPS
铅酸电池 成本低廉,安全稳定性较好 回收处理
循环次数较少
备用电源,
UPS电能质量,调频等
锂离子电池 能量密度高,高
效率,无污染
成本比较高 备用电源, UPS 等中小容量应用场合
钠硫电池 结构紧凑,容量大
效率高
运行维护
费用高
平滑负荷,
稳定功率等中小容量应用
全钒液流电池 充放电次数多,
容量大,寿命长
能量密度较低 调峰调频
可靠性能量调节等
超级电容 寿命长,效率高
充放电速度快
能量密度较低
成本高
大功率负载平衡
电能质量,脉冲功率
超导磁储能 高效,响应速度快
功率密度大
成本高
自放电率较高
动态稳定、功率补偿
电压支撑、调频
 
四、蓄电池储能技术详细介绍
蓄电池储能(Battery Energy Storage,BES)是一种利用化学反应进行充放电过程的储能方式。表 2列出了主要电池技术的基本特性。铅酸电池在目前备用电源领域应用规模最大。表3 列举了一些铅酸电池储能平台。铅酸电池的主要制约因素是如何提高循环次数以及废旧电池的处理。此外,超级铅酸电池作为新技术,比传统铅酸蓄电池功率可提高20%~50%,寿命可延长2~3倍,可用于混合动力汽车、太阳能风能发电等领域。锂电池已经拥有很多种类(例如沽酸锂电池、磷酸铁锂电池),其单体工作电压各不相同(大约3~4.2 V,表 4)。锂电池的发展方向为研发新型聚合物锂离子电池、开发高性能和含碳纳米管的全新结构材料等。磷酸铁锂电池具有价格相对低和安全性能高的特点,适用于大型电力储能系统。锂电池技术在中国已获得很大的发展,而在全球范围内北美企业在此技术上相对领先。2008 年,第一个锂电池示范工程(1MW)由北美 AES 公司投入运行。2011年,一个锂电池储能系统(200 kWh)在英国开始运转,用于补偿风力发电间歇性问题。
表2. 主要类别蓄电池的基本特性
电池
种类
单体电压
(V)
比容量
Wh·kg-1
比功率
W·kg-1
循环效率
%
放电
时间
铅酸 2.0 25-50 75-300 63-80 s-10h
镍镉 1.25 30-80 ~150-300 70-90 s-8h
镍氢 1.25 80-90 500-1000 70-90 s-1h
锂离子 ~3-4.2 75-200 150-2000 75-97 s-8h
钠硫 2.08 150-240 90-230 75-90 s-1h
全钒液流 1.4 10-130 50-140 65-85 s-24h
 
注:s 代表秒数量级,h 代表小时数量级
表3. 已运转的铅酸电池储能平台举例
铅酸电池储能平台
及地点容量
容量
/MWh
循环效率
/MW
应用领域
BEWAG, Berlin 8.5 8.5 备用电源,调频
Chino, California 40 10 备用电源,负载均衡
PREPA, Puerto Rico 14 20 备用电源,调频
Vernon, California 4.5 3 备用电源,电能质量
Metlakatla, Alaska 1.4 1 稳定孤立地区电网
Herne-Sodingen,GER 1.2 1.2 调峰,电能质量
 

钠硫电池是另一种可应用于电网的重要电池储能技术,其制约因素主要是较高的维护费用。在全球,钠硫电池系统在电力系统和负荷侧已进行了成功地应用。日本八仗岛风电机组利用钠硫电池储能用于平滑和稳定输出功率。在国内,2011 年上海电气与上海电力、中科院上海硅酸盐研究所共同组建产业化公司,建设钠硫电池兆瓦级储能示范系统。2013 年 1 月,上海电力三个钠硫电池储能项目通过验收, 宣称其储能系统接入电网运行分析及运行优化方法达到国际领先水平。全钒液流电池是较为成熟的一种液流电池技术,其在全球已有较多的示范工程。全钒液流电池在电力系统的发展方向涉及风能/光伏发电相配套的储能系统,电站调峰以及电能质量等。

v 北京艾能万德智能技术有限公司介绍

北京艾能万德智能技术有限公司主要由留学归国人员创立,并由国内多年相关项目经验的团队成员组成。团队成员工作和项目经验主要涉及配电网技术、新能源并网技术、电网规划咨询、能源整体规划和电力软件开发等领域。定位于新能源国际咨询业务、电网仿真和智能电网技术等专业细分市场,本公司将致力于为中国新能源产业的技术发展提供可持续的有力支持,同时提供未来智能配电网规划的系列软件产品开发。除核心团队成员外,公司团队发展还依靠专家顾问支持,基于项目需求,公司已整合具有德国、丹麦和美国技术和管理背景的众多博士和技术专家资源,依靠德国华人新能源协会充实的学术力量和电力一线工作经验达到了多个细分领域国内领先水平。
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