风电热储能技术PPT课件

.,1,风电热储能技术提高风电消纳能力，解决风电并网问题,风电储能的必要性各种风电储能方案的比较风电热储能方案风电热储能技术说明风电热储能经济性分析下一步研究工作总结,张勇丁伟龙源（北京）风电工程设计咨询有限公司,.,2,风电储能的必要性,风电的“消纳”问题风电的随机性、间歇性甚至“反调峰”特性，导致风电场限电“弃风”，产生风电的“消纳”问题；2011年，我国全年“弃风”损失电量约有100亿度，风能资源浪费严重，风电开放商为此遭受巨大经济损失。风电的并网问题风电机组的并网技术门槛越来越高，如有功功率调节、无功功率动态补偿、电压控制、低/零电压穿越等，许多风电场难以满足风电机组并网的技术规范要求，导致风电项目接入电力系统越来越难。,.,3,各种风电储能方案比较,风电项目储能可能采用的技术方案有物理储能方案，包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能；电化学储能，包括铅酸、镍氢、镍镉、锂离子、钠硫和液流等电池储能；电磁储能，包括超导、超级电容和高能密度电容储能等。目前储能技术比较成熟并得到大规模电网储能应用的主要是抽水蓄能电站，这种储能方案特点是能量循环效率高，能够达到75%80%，但整体工程造价高，且对工程应用场地有特殊要求。,.,4,.,5,各种风电储能方案比较,2011年国家风光储输示范一期工程在河北省张北县建成投产，该项目风电装机100MW、光伏发电50MW、储能功率20MW，储能容量95MWh，总投资约33亿元，其中储能设备投资超过4.5亿元，储能方案分别采用技术相对成熟的磷酸铁锂电池和液流电池的电化学储能方式。根据计算，示范项目储能设备度电投资约5000元/KWh，大大超过目前应用广泛的抽水储能电站的度电储能投资。在目前电价政策下，该储能设备距离真正的大规模商业化储能产业开发尚有相当大的距离。,.,6,各种风电储能方案比较,风电开发产业迫切需要技术成熟、效率高、成本低廉、适用范围广的大规模储能技术。风电热储能技术可以有效解决风电并网难题，全面满足风电场并网规范中难度较高的有功调节、无功动态补偿、电压调节和低/零电压穿越要求；同时，采用热储能技术，能够有效的减小风电场限电“弃风”损失，也能够为电网提供“削峰填谷”和“紧急功率支援”等功能。在经济上，热储能方案技术简单，成本低廉，便于大规模推广应用，而且满足“零污染”和“零排放”的环保要求。,.,7,风电热储能方案,风电场热储能发电技术的基本原理是将多余的风电转化为热能并储存在储热介质中，当需要电能时，再利用高温介质加热水产生高温高压蒸汽，驱动汽轮发电机组发电，从而完成风电储能功能。为提高效率，一般采用热电联产技术，这对于冬季风大、限电严重而供热需求高的东北、内蒙等地区具有重要实用价值。经过初步经济测算，热储能技术造价低，循环效率高，能够显著改善风电项目的经济效益。,.,8,风电热储能技术说明,风电场热储能发电系统主要由功率控制器、电加热器、高温储能罐、低温储能罐、蒸汽发生器、汽轮机、发电机、热交换器、除氧器及各类泵等设备组成，储热介质采用熔融盐。,.,9,风电热储能技术说明,（1）功率控制器功率控制器由电力电子开关设备及其测量、控制系统组成，可分为直流功率控制器和交流功率控制器，也可以是二者的组合。,直流功率控制器交流功率控制器,.,10,风电热储能技术说明,（1）功率控制器交流功率控制器具备风电场有功功率的实时调节功能。直流功率控制器的主要功能有：风电场有功功率实时动态调节功能；风电场无功功率实时动态调节和电压调节功能；实现风电场零低电压穿越功能。直流功率控制器的有功功率和无功功率的调节是解耦控制，可以独立调节，即使在储能系统退出运行后，直流功率控制器仍可以作为独立的动态无功补偿装置，为风电场和电网提供电压支持功能和零低电压穿越功能。,.,11,风电热储能技术说明,（2）电加热器电加热器将电能转换为熔融盐的热能，使熔融盐温度升高，电热转换效率一般在95%以上。电加热器的功率大小由功率控制器调节，负责吸收风电场多余的风能，控制熔融盐在电加热器内的流速可以调节熔融盐的温度。,.,12,风电热储能技术说明,3）高、低温储热罐高、低温储热罐用来储存液态熔融盐，具有较高的绝热效率。熔融盐储热系统在国外的太阳能光热发电工程中已有成功的实践应用，如右图。储热盐一般选用硝酸盐，无毒、不易燃，熔点在200300，典型熔点为220，突出的优点是价格低，腐蚀性小及在600下不会分解。并且在化工、冶金工业应用广泛。,.,13,风电热储能技术说明,（4）蒸汽发生器蒸汽发生器属于热量交换设备，在蒸汽发生器内，高温熔融盐的热量使水变为高温高压水蒸汽，导入汽轮机做功，熔融盐温度降低，完成热量交换过程。（5）汽轮机-发电机组高温高压蒸汽推动汽轮机做功，将热能转化为机械能，汽轮机带动同轴的发电机同步旋转，在励磁系统的作用下，发电机将机械能转化为电能。为提高能量利用效率，一般采用背压式或抽汽式等具有热电联产功能的汽轮机组。（6）热交换器从汽轮机排出的乏汽在热交换器内将热量传递给供热介质，通过输送管道向热负荷提供热能；或者乏汽直接通过输送管道向热负荷提供热蒸汽。,.,14,风电热储能技术说明,热储能系统并网技术分析国家最新发布的国家标准“风电场接入电力系统技术规定”和行业标准“大型风电场并网设计技术规范”共同规定了风电场并网的相关技术要求。风电项目并网应能满足:有功功率要求，风电场需具备有功功率调节能力，参与电力系统调频、调峰和备用的能力；风电场有功变化率应满足1min和10min有功功率变化要求；无功功率调节和电压控制能力；风电场低电压穿越能力，保证并网点电压跌落到20%额定电压并维持625毫秒的情况下风电机组不间断并网运行。,.,15,风电场热储能系统稳态等效电路图,为风电场等效电压，Xw为风电场等效电抗,为电网等效电压，Xs为电网等效电抗,为功率控制器连接点电压,.,16,风电热储能经济性分析,热储能系统与火电厂发电流程类似，但没有燃料储存、输送、锅炉燃烧、废弃物处理和排放环节。风电场热储能系统主要有功率控制器、电加热器、高温盐储能罐、低温盐储能罐、蒸汽发生器、汽轮机、发电机、冷却系统、除氧器及各类泵等设备。为进行风电场热储能投资估算，这里假设装机容量为50MW的风电场配置储能容量为100MWh的热储能系统，能够满足单机容量为20MW的汽轮发电机满负荷运行5小时，储能系统的技术参数如所示：风电场热储能容量：100MWh电加热器功率：50MW功率控制器容量：50MW汽轮机-发电机组容量：20MW冷却方式：热电联产储热循环发电效率：37.5%储能罐储热容量：300MWh储热罐体积：9m（高）28m（直径）2（个）储热盐总量：5000t,.,17,风电热储能经济性分析,（1）功率控制器功率控制器分为直流功率控制器和交流功率控制器，直流控制器和交流控制器的容量配置比例为1：4，总的功率控制器的造价为680万元。（2）电加热器电加热器结构简单，技术成熟，工程应用多且造价低廉，估算电加热器的造价为300万元。（3）高、低温储热罐储热罐壁内外敷设高效绝热材料，并采用高效率的保温绝热技术，保证储热罐的热量损失最小，储热效率最高。储热罐投资估算900万元。（4）储热盐储热盐一般选用硝酸盐，无毒、不易燃，熔点在200300，在化工、冶金工业应用广泛。估算5000t的储热盐成本为580万元。（5）其它设备这里按照一般小型火电厂的造价水平为4000元/KW计算，汽轮发电机系统、循环水系统和热交换器的成本为2800万元。风电场热储能工程总投资，共计5260万元，单位千瓦造价为2630元/KW，低于一般小型火电厂造价，单位储能造价为526元/KWh。,.,18,风电热储能经济性分析,由于风电场储能不能产生新的能源，只是将“弃风”转化为热能存储起来，在目前电力市场和风电政策下，风电场热储能的效益主要体现在减小风电场“弃风”带来的电量和收入损失。这里以一个装机容量为50MW，等效满发小时为2500，上网电价为0.61元/KWh的风电场为例，为减少限电损失，增加一套热储能系统，储能容量100MWh，储能功率20MW，储能系统发电效率为37.5%，能量循环总效率65%，储能系统总投资为5260万元，分别计算风电场在限电比例在5%，10%，20%，30%、40%和50%时的储能系统收益情况，原风电场投资按照8000元/kW估算，运营期经济性评价参数按照常规风电项目经验参数测算。,.,19,风电热储能经济性分析,.,20,风电热储能经济性分析,由于增加了储能设备投资，在未限电条件下，原风电场的收益下降，但随着限电比例增加，储能系统的效益开始显现，能够明显降低限电带来的收入损失；在风电场限电比例13.5%时，配置储能系统和未配置储能系统的风电场具有相同的收益率；随着限电比例的增加，配置储能系统的风电场的经济性优势将更加明显，即使限电比例达到50%，风电项目的收益率仍在8%以上。,.,21,风电热储能下一步研究工作,作为一种新的风电场储能技术，风电场热储能技术还有许多的研究、探索性工作要做，例如：例如掌握风电场出力变化和电网限电规律以确定风电场最佳储能容量；开展风电场周边地区的热负荷需求调研以确定最佳的热电设备配置；调研相关设备厂家，确定合适的设备参数和可靠的造价信息；联合具有相关设计经验的研究所，设计院进行可行性研究，系统集成和总体方案设计等；尽快开展试验性项目和示范性项目立项，进入工程项目实施阶段，总结经验、进一步优化设计，为大规模热储能应用做好技术储备和积累工程经验。,.,22,总结,从风电场热储能系统的技术性和经济性分析结论来看，风电场热储能技术能够全面满足严格的风电项目并入电网的技术规范要求，具备有功功率和无功功率的动态调节能力，满足风电场低/零电压穿越要求，使风电场能够像常规能源一样具有可调度性，解决