适应新型电力系统构建的浙江大规模新能源、储能与电网协同发展研究

适应新型电力系统构建的浙江大规模新能源、前言市(县)专题大纲简介前言●2021年中央财经委员会第九次会议提出，首次提出要构建以新能源为主体的新型电力系统。在此背景下，新能源将迎来新一轮发展，如何满足大规模新能源接入、消·在“化石能源清洁化、清洁能源规模化、源网荷储互动化、能源消费电气化”的新形势下，探索新能源与储能、电网协调发展以有效解决新能源波动性、电网调峰、调频能力不足等问题，提高电力与电量平衡的协同度，全面提升清洁能源消纳能力、大电网安全稳定运行水平和电网运行效率是必要的，助力绿色智能、互联互动、柔性高效的新型电力系统建成。新能源发展现状新能源发展现状源“十三五”以来，浙江省新能源呈高速发展态势，取得了显著成绩。到2020年底，全省风电、光伏总装机规模达到1703万千瓦，其中风电装机186万千瓦，光伏装机1517万千瓦。地市风电光伏杭州0嘉兴湖州绍兴0宁波金华衢州0台州丽水7温州9舟山小计合计储能发展现状储能发展现状省级等各级政府陆续出台了多项政技术相对成熟，尤其是电化学储能技术逐年进步，示范应用较广，成本下降速度快，其规模化发展将对电力系统产生重要影响。储能政策层面政府《能源发展“十三五”规划》+支持性配套政策为储能在国内的大力发展提供支持国家能源局及多个省份能源管理部门储能配额制相关文件促进新能源发展和系统能效提升国网公司多项指导意见引导储能合理布局，有序发展数量统计2020年1-12月储能相关政策国家政策地方政策浙江发布7总计储能技木划分依据储能类型能量转换方式物理储能电化学储能电磁储能热能储能化学储能抽水蓄能压缩空气储能飞轮储能铅炭电池锂离子电池液流电池钠硫电池超导磁储能超级电容器显热储能潜热储能化学储热电制氢电制合成天然气功能能量型功率型能量密度高，放电时间相对较慢，主要用于高能量存储、转移场景储能功率密度高，以高放电率快速放电，主要用于瞬间高功率充放场景3储能发展现状市场规模：截至2020年底，中国已投运储能项目累计装机规模35.6GW,占全球18.6%,同比增长9.8%。浙江省储能总装机规模4679.55MW,其中抽水蓄能4640MW,占比较大，电化学储能电站十四五预期规模：2021年国内电化学储能行业市场累计规模将达到6614.8MW,再创新高。随着式保驾护航，至“十四五”后期2024年、2025年将源网荷储一体化开展工作取得成果开展了支撑大电网的安全相关工作能，十分钟级可控容量400万千瓦，开展毫秒级精准负荷源网荷储一体化开展工作取得成果开展了支撑大电网的安全相关工作能，十分钟级可控容量400万千瓦，开展毫秒级精准负荷开展了增强浙江电网灵活性和适应性相关工作开展了促进浙江电网储能发展的专题研究开展了配电物联网建设知的全低压侧延伸，为配网侧源网荷储协同奠定基础。开展大量源网荷储助力大电网安全稳定运行科技项目研究国网浙江省电力有限公司于2020年提出的多元融合高弹性电网包含了源网荷储一体工作并取得了丰富的“四首”浙江华云电力工程设计咨询有限公司5风能资源分布主要包括等深线50米以内的海域和近海岛屿。优势：风能资源富集，盛行风向相对稳定，风速大且稳定，海域空阔具备建设大中型海上风电场的条件。缺点：海上风电开发投资成本较高，风电场建设施工和维修维护受天气影响较大，且沿海中部和南部近海易遭受台风的威胁。包括杭州湾南岸、宁波、台州和温州的沿海岸区。优势：风能资源相对丰富，距离负荷中心较近，并网成本较低。缺点：人口密集、土地资源紧缺，风电场征地费用较高，中部和南部海岸仍处于登陆台风的威胁范围。内陆高山山顶和山脊。优势：风电场征地费用较低，受台风威胁小。缺点：交通运输条件差，风电机组单机容量小，地形复杂，施工难度较大，风电场整体规模较小。浙江华云电力工程设计咨询有限6太阳能资源分布包括浙北北部、浙东沿海大部分地区和浙中部分地区，年辐射总量均大于1220千瓦时/平方米。包括浙北大部分地区、浙中大部分地区和浙南南部及其沿海地区，该区域太阳年辐射总量在1160～1220千瓦时/平方米之间。太阳能贫乏区包括杭州部分地区、浙西西部山区和丽温丘陵大部分地区，该区域太阳年辐射总量低、日照少，年晴天日数少。1级可利用贫1级可利用区I1级可利用区黄王区会1级可利会cmII级可利用区7新能源可开发量评估风光可开发量基于浙江省资源禀赋、技术开发条件等因素，风、光新能源技术可开发总量约为23316万千瓦，其中陆上风电、海上风电和光伏技术可开发量分别为400万千瓦、4100万千瓦、18816万千瓦。的风、光新能源经济可开发总量约7229经济可开发量分别为300万千瓦、1757万千瓦、5172万千瓦。风电：120光伏：267光伏：406风电：220光伏：157风电：738光伏：857光伏：329光伏：338风电：20光伏：229风电：39光伏：785风电：25光伏：437台州风电：410温州风电：450光伏：893新能源经济可开发容量表8新能源发展目标◆根据国网公司下达的相关边界条件，浙江省2025年新能源装机规模将达到4500万千瓦(风电1300万千瓦，光伏3200万千瓦)。2035年新能源装机将达到6300万千瓦(风电1800万千瓦、光伏4500万千瓦)。◆根据省能源局“风光倍增”计划，“十四五”新能源装机规模将达到3390万干瓦。其中，2025年光伏装机将达到2750万千瓦，“十四五”新增装机1200万千瓦以上；2025年风电装机达到640万千瓦，“十四五”新增装机450万千瓦以上。◆根据省能源局相关口径，预计2030年新能源装机规模将达到5300万千瓦，其中风电1400万千瓦，光伏3900万千瓦；预计2035年新能源装机规模将达到6300万千瓦，其中风电1800万千瓦，光伏4500万千瓦。发展面临的形势新能源装机规模将“倍增”,电源结构和各类电源的定位作用将发生转变，电源布局呈现多元化，以新能源为主体的电力供给体系将加快形成。新型电力系统面临复杂的形势电网枢纽和平台作用更加突出，网架结构逐步向“骨干电网+分布式电网”柔性互联形态发展，互联互通互动的要求提高。“再电气化”将助推电量稳步增长，负荷特性受储能、电动汽车、分布式电源等影响不确定性增大，单一用电模式向冷热气电综合能源消费模式转变。随着最大峰谷率及最大峰谷差仍呈逐年增大，区发展面临的形势电力调峰难度增加随着最大峰谷率及最大峰谷差仍呈逐年增大，区电力供给保障难度增加外电源和省内大规模新电源及核电等非调峰电源新能源波动性以及光伏出力随日照变化而变化，逐年增加，系统调峰容量不足问题逐渐显现。使电力平衡紧缺呈现由负荷高峰时刻向傍晚和晚上转移的特点，直接影响中长期电力平衡。电力发展成本增加局部新能源机组容易大规模脱网，连源的引入，均将逐步增加电力的发展成本。锁故障风险加大，电网的风险主动防34新型储能等发展缓慢56火电机组容量备用机制仍需探索，电除抽水蓄能外，当前大部分储能技术网相关额外成本疏导有待政策有待政的成本仍较为高昂，成为制约规模化策的突破，电力市场在资源优化配置(地市公司、县公司根据自身现状及发发展的重要原因之一。同时，受限于和市场主体协调的作用尚需挖掘。展情况，结合当地政策深入准确分析面协同发展思路高效互动安全可控高效互动协同发展协同发展思路坚持电力供给侧低碳化+零碳化为方向，以新能源资源禀赋为基础，推动构建供需结构性协同、新能源与常规电源多能互补协同发展、新能源与储能协同发展的协同坚持互联互动互济的发展方向，统筹解决现状的高峰谷差率和新能源发展过程中加剧的调峰问题，以加强灵活性资源规划配置为核心，发挥大电网优势，促进4坚持推动电网经营能力和社会责任履行能力的协同双提升，协调推进新能源和储能价格机制建立健全，合理疏导电网相关成本，促进新能源、储能等电网上下游产业的协同发4市(县)专题根据自身发展基础、发展目标、发展路径、发展重点提浙江华云电力工程设计咨询有限公司123坚持底线思维，把握电力系统“安全第一”的特殊重要性，提升新能源+储能协同的主动支撑电网能力，深入开展转动惯量、短路比、调频容量降低下的电网安全稳定研究，提高各级电网协同的灵活柔性发展，适应高大规模新能源、储能在电力保障及减碳减排中发挥的作用一全社会负荷一全社会负荷需要备用需要装机容量二全口径电源装机传统电源新能源风电光伏三统调受阻容量四省内电源可用出力五外购电力电力盈余储能电力盈余(配置储最优下的规划储能配置规模，提出新能源发展规模的提升能力。初步结论：1、根据电力平衡分析，2025年新能源装机达4500万千瓦后，全省电力供需基本平衡；预计到2030年、2035年将有189万千瓦和230万千瓦电力盈余。411—596万千瓦储能后，2025年电力盈余465万千瓦，预计到2030年、2035年将有716和826万千瓦电力盈余。3、2025年省内新能源出力占比为7.8%,火电出力占比58.9%,区外是基础性的保障电源。大规模新能源、储能在电力保障及减碳减排中发挥的作用3、电力影响分析：随着新能源和储能的大规模发展，从总体来看，电力平衡将出现一定盈余，未来能够替代一部分传统电源的发展需求。从局部来看，在未来高比例新能源情况下，除了现有的弃风弃光问题外，还会产生新的电力短缺问题，电网净负荷曲线呈典型“鸭型曲线”,用电负荷早高峰阶段快速下降，午间出现凹谷，晚高峰时段快速上涨，给电力系统的电力平衡带来极大挑战，对于系统的灵活调节能力和快速爬坡能力提出了更高要求。大规模新能源、储能在电力保障及减碳减排中发挥的作用浙江省各类型电源电量占比变化图浙江省各类型电源电量占比变化图根据国网边界，2025年新能源装机达到4500万千瓦，届时新能源发电量占比由2020年的5.3%提升至11.8%。浙江地区负荷特性表现为夏、冬高峰，而风电出力特性表现为春、秋高峰，光伏表现为夏、秋高峰。新能源月度电量分布和负荷需求不匹配，存在季节性电量平衡难题。大规模新能源、储能在电力保障及减碳减排中发挥的作用储能的充放电模式和转换效率将对电量平衡产生一定影响。1、从全省看，2025年全省范围内新能源场站配备储能年损耗电量为6.8亿千瓦时、占全社会用电量0.11%。2、从局部看，在少数联系薄弱的局部或微型电网中，需进一步深化开展由储能损耗引起的电量不平衡问题和经济性问题，研究多能互补下的协调运行满足供区内的电量需求。3、评估极端灾害条件下，高比例新能源电力系统电量平衡压力，研究制定储能在关键时期保障电量平衡的事故预案。类型十四五末总装机比例储能容量充放电时长/h年充放电次数电池损耗损耗电量损耗占浙江用电量比例风电0光伏10大规模新能源、储能在电力保障及减碳减排中发挥的作用研究内容：以电量平衡为目标，分析全省电力能源供给体系的权重和演变，量化评估双碳目标下全省各地市县区能源结构，明确新能源渗透率演化途径。1、2025年新能源发电量占各类型电源发电总量比例将达11.8%,较2020年增长122.6%。2、2025年新能源装机占全省总装机容量28.5%。净增装机占比第一，体现了新能源为主体、其它电源协同发展的双碳工作要求。3、配电网中新能源+储能支撑构成若干满足不同场景需求的分布式系统，体现了能效提升路径下的双碳工作要求。浙江省各类型电源装机占比变化图浙江省各类型电源电量占比变化图常规水电抽蓄火电核电新能源常规水电抽蓄火电核电新能源大规模新能源、储能在电力保障及减碳减排中发挥的作用6.4结合电源结构优化的新能源、储能建设规模针对调峰及源网荷运行协调的新能源、储能容量配置要求析，研究浙江省新能源场站储能配置原则，到相关地市集中式新能源场站配置储能231万千瓦。序号地市建议规模(MW)集中式光伏集中式风电合计1宁波2嘉兴3衢州4温州5台州6丽水7舟山合计电源类型“十四五”储能配置方案分布式一般不超过分布式光伏装机容量的10%、分散式风电装机容量的20%集中式光伏电站按装机容量10%配置，储能时间1小时陆上/海上风电按装机容量20%配置，储能时间1～2小时◆风电逆调峰系数方面，随季节变化有所波动，夏季逆调峰系数较小，而春冬两季风电波动性较大，逆调峰系数超过0.5。普陀6号海上风电海上风电夏季95%概率反调峰系数约◆风电逆调峰系数方面，随季节变化有所波动，夏季逆调峰系数较小，而春冬两季风电波动性较大，逆调峰系数超过0.5。普陀6号海上风电海上风电夏季95%概率反调峰系数约63.4%;冬季95%概率反调峰系数约64.1%。考虑“十四五”期间省内将大力发展海上风电，预计风电整体逆调峰系数将提升至60%午间风光耦合方面，各年份各季节均存在风光同时大发情况，春秋季出力率相对较高，发生年份、日期风电逆调峰系数发生年份、日期风电出力率光伏出力率发生年份、日期风电逆调峰系数发生年份、日期风电出力率光伏出力率发生年份、日期风电逆调峰系数发生年份、日期风电出力率光伏出力率发生年份、日期风电逆调峰系数发生年份、日期风电出力率光伏出力率针对调峰及源网荷运行协调的新能源、储能容量配置要求7.2基于调峰的电网储能配套容量需求研究根据汛期调峰平衡计算，到2025年，考虑煤机在汛期峰荷按需开机，谷荷时调峰深度50%,不考虑集中式新能源配置的储能，为保障系统运行的灵活性，需配置约296万千瓦的储能。地市建议规模(MW)1杭州2宁波3嘉兴4湖州5绍兴6金华7衢州8温州9台州舟山合计大规模新能源、储能发展对电网输电能力的影响8.1新能源、储能典型接入系统方案新能源新能源接入点：1、就近合理消纳；2、支撑负荷中心供电需求。接入电压等级：装机规模100兆瓦以下，海岸线计量站接入站点接入站点陆上升压站集控站◎500kV架空线接入站点陆上换流站陆上换流站接入站点大规模新能源、储能发展对电网输电能力的影响固定式方案序号建设规模接入系统方案占地面积储能储能110千伏接入10个1MW/2MWh235千伏接入10个1MW110千伏接入10个1MW/2MWh235千伏接入10个1MW/2MWh335千伏接入20个1MW/2MWh入。结合工程实际，储能电站按布置模可考虑20MWh、40MWh,通过10千伏和35千伏电压等级接入系统。序号建设规模接入系统方案占地面积110千伏接入储能车；2个0.5MW/1MWh电池舱；7个1MW/2MWh电池舱235千伏接入储能车；2个0.5MW/1MWh电池舱；7个1MW/2MWh电池舱335千伏接入储能车；4个0.5MW/1MWh电池舱；14个1MW/2MWh电池舱大规模新能源、储能发展对电网输电能力的影响8.2基于大规模新能源、储能发展的电力流变化研究赋和政策，确定消纳的原则(如主变是否运行倒送),主网主要考虑本地区消纳及跨地区大规模新能源、储能发展对电网输电能力的影响8.3大规模新能源、储能接入引起的电网建设需求研究内容：校验地区新能源分电压等级全接入情况下电力系统重要潮流断面，判断重要断面的潮流是否可能超出其稳定极限，配电网在整体指标上是否满足需求。以电网建设的经济性目标，提件下，电网输电通道和容量建设或500千伏台温对外500千伏通道对海上风电、抽蓄接入舟山联网通道与宁波南三县大规模新能源开发220千伏温州望嘉供区新能源开发舟山鱼山联网通道区域海上风电宁波宁海象山区域风光开发柏树供区通道大规模新能源、储能发展对电网安全稳定性的影响研究内容：对于含新能源和高比例外来电等电力电子接口电源的电力系统，传统的机组的转动惯量不再满足运行分析的需要，因此提出电力系统广义惯量的概念。电力系统广义惯量定义既包括具有惯量响应特征的电源侧同步机惯量、负荷侧异步机惯量及电压源型虚拟惯量，同时涵盖静态负荷电压-功率响应产生的等效惯量。初步成果：基于上述理论，通过对系统暂态频率响应过程的仿真计算论证并量化储能对系统广义惯量的支进一步研究内容：探索比较风机虚拟同步发电机、光伏虚拟同步发电机和储能虚拟同步机的异同，分析各自的适用场景及优劣；探究虚拟同步发电机参数整定、并网风险评估、运行环境分析方法，完善虚拟同步发电机应用于电网惯性支撑的相关理论。各地市“十四五”惯性支撑场景下电网侧储能配置规模建议表序号地市储能功能1杭州提高供电可靠性提供直流馈入近区频率紧急支撑满足重大活动保电需求2嘉兴提供直流馈入近区频率紧急支撑抑制新能源发电波动性、随机性3湖州4绍兴提供直流馈入近区频率紧急支撑调节地区峰荷，延缓电网投资5金华6衢州消纳压力7丽水8宁波抑制新能源发电波动性、随机性调节地区峰荷，延缓电网投资9温州台州舟山合计大规模新能源、储能发展对电网安全稳定性的影响以电力系统广义短路比为切入点，深化研究提高新能源机组低电压穿越能力的方法，提出能够准研究新能源对系统频率调节的影响，分析新能源出力与电网频率调节系数大小的关系，提出提高电网频率调节系数的解决方案。分析电网调全省统调火电按照3%配置满足调频需求的储能129.6万千瓦/64.8万千瓦时。序号地市1嘉兴2湖州3宁波4绍兴5金华6台州7温州8衢州9舟山合计大规模新能源、储能发展对电网设备选择的影响响较大，仍需进一步深化研究短路影响。单座(或打捆)装机容量100万千瓦的新能源厂站，以220千伏电压等级接入，对系统的三相短路电流贡内500千伏变电站220千伏母线三相短路电流宜小于43kA。大规模新能源、储能发展对电网设备选择的影响由于光伏和风电发电系统出力具有波动性和间歇性，含有大量电力电子设备，接入电网会对当地电网的电能质量产生一定的影响，为了能够向负荷提供可靠的电力，由发电和储能系统引起的各项电能质量指标应该符合相关标准规定。目前已并网的海上风电电能质量问题已引起高度关注，集中式新能源厂站接入方案需充分考虑