2023高比例新能源系统中储能配置规模论证

01新型电力系统下的储能应用背景目CO目CONTENTS录高比例新能源系统中的储能配置规划录03结语一、新型电力系统下的储能应用背景储能类型多、作用多、应用场景多，但是只有部分场景回收机制成熟。领域应用场景作用适用形式电源侧火电厂侧储能目前主要参与二次调频辅助服务，提供黑启动能力等，以后可以参与系统调峰，参与需求侧响应等电化学储能、飞轮储能新能源侧储能抑制波动，增加出力预测准确性，提供一次调频能力，减少弃电等，以后可以参与系统调峰，参与需求侧响应等电化学储能、飞轮储能电网侧调峰削峰填谷抽水蓄能、压缩空气储能、和电化学储能供电缓解供电缺口电化学储能、压缩空气储能、抽水蓄能调频精确跟踪调度调频指令、协助安全运行电化学储能、飞轮储能、超导储能、压缩空气储能、抽水蓄能促进新能源消纳抑制新能源发电出力的波动性水光蓄互补、电化学储能黑启动、调压等辅助服务电源启动等抽水蓄能、压缩空气储能、电化学储能用户侧峰谷套利工商业用户通过装设储能节省电费开支电化学储能分布式新能源配套储能提高能源利用率电化学储能微网和重要用户增加系统柔性，形成缓冲，增强调度可靠性电化学储能、飞轮储能、超级电容一、新型电力系统下的储能应用背景我国风电、光伏等新能源进入规模化快速发展时期我国可再生能源实现跨越式发展，装机规模已突破我国可再生能源实现跨越式发展，装机规模已突破10亿千瓦大关，占全国发电总装机容量的比重超过40%。2025年可再生能源年发电量达到3.3万亿千瓦时左右，“十四五”期间，可再生能源发电量增量在全社会用电量增量中的占比超过50%，风电和太阳能发电量实现翻番。——《“十四五”可再生能源发展规划》2021年底，我国风电、太阳能发电总装机规模分别超过3亿千瓦。有专家预测，到2030年，风电、太阳能发电总装机规模将达到12亿千瓦以上，从目前情况来看，乐观预计2025年就能达到11亿千瓦一、新型电力系统下的储能应用背景新型电力系统下新能源占比逐渐提高，新能源消纳压力加大，可靠供电难度提高。“要加快构建适应新能源占比逐渐提高的新型电力系统”——国家发展改革委、国家能源局《关于促进新时代新能源高质量发展的实施方案》

通过储能进行能量的时间转移存储、发电和负荷曲线更优匹配，提高供电能力，降低电力系统综合投资

源能力，达到电力供能更加清洁、综合社会成本力，01新型电力系统下的储能应用背景目CO目CONTENTS录高比例新能源系统中的储能配置规划录03结语二、高比例新能源系统中的储能配置规划传统电力系统大部分情况下运行随机性小，储能规划可以采用边界化处理传统电力系统中新能源比例较低，对电力系统运行影响较小，对于大电网，其次是发电能力，最后才是其它因素。储能规划必然包括抽蓄和抽蓄的规划基本上同等效应，即分析典型方式下的调峰平衡、电力平衡，分析系统的调峰容量和发电容量需求此时，系统的不确定性小，主要的短期不确定性来自于负荷波动和其它突发事件，采取的主要分析和平衡方法是将不确定性问题边界化处理。二、高比例新能源系统中的储能配置规划新能源消纳和电力可靠安全供应能力新能源出力的不可控性、随机性和波动性，新能源消纳和电力供应的可靠性都会受到极大挑战。新能源出力不可控，随机，可能导致反调峰特性、阶段性电量过剩。系统现有灵活性资源相对不足，会导致经常性或阶段性新能源部分电量难以消纳，若部分灵活性资源强行配合消纳可能导致电力供应可靠性不足。不仅需要挖掘现有源网荷的灵活性能力，储能配置是高比例新能源系统提升灵活性的关键。

新能源带来系统惯量下降，系统频率控制难度加大，更快、更精准、更大规模的一次和二次调频需求新能源的频率控制能力一般较差，需要控制、联网等手段改善，或者通过储能来提升系统调频能力。容量型储能 功率型储能二、高比例新能源系统中的储能配置规划高比例新能源系统中的储能配置两种主要类型：1、容量型：削峰填谷，供电，是储能规模配置的主要部分，同时能兼顾部分调频功能；2、功率型：主要是调频，配置规模相对有限，配置地点也相对固定（分枢纽点）5、波动性、调频，预测准确性，减少弃电

1、调频辅助服务

3、供电4、其他原因调压，黑启动2、削峰填谷二、高比例新能源系统中的储能配置规划高比例新能源系统中的储能配置两种主要类型：1、容量型：削峰填谷，供电，是储能规模配置的主要部分，同时能兼顾部分调频功能；2、功率型：主要是调频，配置规模相对有限，配置地点也相对固定（分枢纽点）削峰填谷容量需求优化装机功率规模兼顾削峰填谷容量需求优化装机功率规模兼顾一次调频功率需求兼顾二次调频功率需求优化装机功率规模二次调频最终功率需求一次调频最终功率需求容量型储能最终功率需求兼顾供电、缓解阻塞、电网安全的规模需求其他局部配置需求其他局部配置需求（2）下层运行层模型n（2）下层运行层模型nf(v,r)rsrtTxopertC tC tCGgenopertCBESSoperopertC tCNEWLOADlosstC tSYSabanreliab容量型储能配置规模规划方法第一阶段主要明确系统级储能整体配置规模，在确保系统规划投资和运行综合成本较低，合理控制新能源弃电水平为前提，以提升系统新能源消纳能力及系统安全可靠性为主要优化目标。（1）上层规划层模型min（1）上层规划层模型minF(xinv,xoper)CinvCoperxCinv inv inv invCSYSCRISKCFLEXCSYSCGENCLINECESSinv inv inv inv情况来定。情况来定。第一阶段总体规模论证案例 程 （2）总体规划模型本、为负荷限电成本，以系统运行最小成本为目标。约束条件：新能源弃电比例和负荷限电比例。minfCESENE,abancNE,AbanEl,losscl,loss成本； 量电电量 体 则 手段考虑.全时段的时序生产模拟。合理的开机方式。二、高比例新能源系统中的储能配置规划第一阶段总体规模论证案例论证储能配置总体规模，需要进行全时段的时序生产模拟论证储能配置总体规模，需要进行全时段的时序生产模拟求解年度新能源弃电量和负荷限电量，再通过多次不同储能规模、不同边界条件的计算，求得优化的储能配置规模。其中，储能各个规模配置方案可以根据电网实际发展规划取，也可以采用程序阶梯遍历的方式来选取。开机方式安排需要考虑电网实际化石能源电源装机规模以及源检修计划合理确定。（1）方法示例二、高比例新能源系统中的储能配置规划第一阶段总体规模论证案例3）储能配置4）经济性测算二、高比例新能源系统中的储能配置规划3）储能配置4）经济性测算数据取值数据取值抽水蓄能初始投资5500元/W运行寿命50年不含电量损耗的年运行成本初始投资*2%损耗电量年充电量*25%损耗成本0.45元/kWh充放电时间1h容量单价1.6元/Wh充放电时间1.5h容量单价1.6元/Wh充放电时间1.5h容量单价1.1.5元/Wh运行寿命10年不含电量损耗的年运行成本初始投资*2%损耗电量年充电量*20%损耗成本0.45元/kWh新能源弃电单位电量损失0.67元/kWh负荷限电单位电量损失60元/kWh抽水蓄能90%电化学储能100%1）系统规模1）系统规模以200GW规划电网参数为例，系统最大负荷170GW，系统装机240GW，海上风电18GW，陆上风电7GW，光伏28GW。2）电源出力和调峰能力2）电源出力和调峰能力风电、光伏出力曲线参考历史值，进行等效放大计算；机组成本按同类型、同容量机组进行分类合并，外区送电和核电按同时段历史比例取值，煤电气电等按一容量和最大调峰深度取值，平均最大调峰深度55%。数据取值抽水蓄能充电时间4h电化学储能充电时间1.5(avg)抽水蓄能的高压侧充放电效率75%新型储能交交高压侧充放电效率85%抽水蓄能规模12GW初始新型储能规模8GW二、高比例新能源系统中的储能配置规划开机方式每15分钟为一个时间间隔计算全年开机方式。每15分钟为一个时间间隔计算全年开机方式。蓝色曲线：15分钟级别的最大开机规模曲线。红色曲线：15分钟级别的最小开机规模曲线。天级别的最大和最小开机。黑色加粗曲线：每10天调整一次开机，对10天内最大、最小开机规模分别取均值，再根据系统弃风电量适当对最大、最小均值取加权值，得到用于储能配置规模研究的开机曲线。系统开机规模时序图二、高比例新能源系统中的储能配置规划配置储能效果对比根据一个典型的开机方式和新能源出力预测，以每15分钟为一个时间间隔、全年8760小时计算，即35040个节点数计算。差值为0表示系统功率能够平衡，差值为正值表示系统发电功率过剩，需要弃电或采取其它措施，差值为负值表示系统发电功率不足，需要限制负荷根据一个典型的开机方式和新能源出力预测，以每15分钟为一个时间间隔、全年8760小时计算，即35040个节点数计算。差值为0表示系统功率能够平衡，差值为正值表示系统发电功率过剩，需要弃电或采取其它措施，差值为负值表示系统发电功率不足，需要限制负荷或采取其它措施。结论：不配置储能时该电力系统弃电率6.34%，负荷不满足率0.0046%。配置12080MW抽水蓄能和4000MW、1.5h新型储能。新能源弃电率降为3.06%，负荷不满足率降为0.0018%。不考虑储能的电网功率全年平衡曲线 考虑储能的电网功率全年平衡曲线二、高比例新能源系统中的储能配置规划配置储能效果对比考虑到该计算2月份电网新能源弃电压力较大，为反映储能的作用，特将该月份相关计算曲线进行详细展示。考虑到该计算2月份电网新能源弃电压力较大，为反映储能的作用，特将该月份相关计算曲线进行详细展示。蓝色为未安装储能功率不平衡部分，红色为安装储能系统功率不平衡部分，横坐标为15分钟计点数。 结论：即使在2月新能源严重过剩的情况下，通过合理的储能充放电总体策略，可以结论：即使在2月新能源严重过剩的情况下，通过合理的储能充放电总体策略，可以有效减少新能源弃电现象，同时消除了出现一次的负荷限电问题。二、高比例新能源系统中的储能配置规划结论：配置足够的储能可明显地结论：配置足够的储能可明显地降低新能源弃电率（5%以下）和满足率，系统限电电量也明显降低。对比方案2和方案7：电化学储能配置容量一致的情况下，两者对新能源弃电率和负荷不满足率控制效果基本相当；方案7电化学储能功率更大，控制负荷限电稍有优势，但总投资代价稍大，效益稍差。方案1：电化学储能完全不配置，系统经济性评价指标相对较好表明现阶段抽蓄经济性要远好于电化学储能，但在抽蓄开发进度和资源有限的情况下，应该配置足够容量的电化学储能。推荐抽水蓄能12080MW、电化学储能4000MW/1.5h的总体储能配置方案。考虑抽水蓄能规模相对确定，以考虑抽水蓄能规模相对确定，以12080MW抽水蓄能为基础，考虑多种新型储能配置方案，得到10种储能配置方案下的指标和储能收益对比。方案抽水蓄能电化学储能新能源弃电率/%负荷不满足率/%储能年费用/亿元储能效益/亿元效益与年费用比值/%效益与年费用差值/亿元0006.340.00463----112080MW0-3.670.0022826.3329.12111%2.79212080MW4000MW,1.5h-3.060.0017832.7235.56109%2.84312080MW2000MW,1.5h-3.290.002229.5431.82108%2.28412080MW6000MW,1.5h-2.970.0016735.9136.71102%0.8512080MW4000MW,1h-3.120.002043133.75109%2.75612080MW4000MW,2h-3.010.0019434.234.94102%0.74712080MW6000MW,1h-3.060.0017133.3235.97108%2.65812080MW6000MW,2h-2.880.001738.1