【研究】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、前言新能源资源及规划目标发展面临的形势大规模新能源、储能在电力保障及减碳减排中发挥的作用针对调峰及源网荷运行协调的新能源、储能容量配置要求大规模新能源、储能发展对电网输电能力的影响大规模新能源、储能发展对电网安全稳定性的影响大规模新能源、储能发展对电网设备选择的影响大规模新能源、储能发展规模的综合优化及政策机制研究市(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，首次提出要构新能源发展现状新能源发展现状地市风电光伏杭州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3储能发展现状储能发展现状当地已出台的储能政策或电网公司、能源管理部门正积极酝酿推动的储能政策)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储能发展现状目累计装机规模35.6GW,占全球18船国电池0.7%10.2%超圾电容熔融盐储热锂商子电池抽水蓄能4455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风能资源分布主要包括等深线50米以内的海域和内陆风能点6太阳能资源分布年辐射总量均大于1220千瓦时/平方米。Ⅱ级可利用区Ⅱ级可利用区沿海地区，该区域太阳年辐射总量在1160～1220千瓦太阳能贫乏区太阳能贫乏区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。考虑地方政策、建设经济性等因素下的风、光新能源经济可开发总量约7229万千瓦、5172万千瓦。风电：738光伏：857风电：410光伏：473光伏：785州光伏：893单位：万千瓦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)。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”◆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(各地市开展专题研究时“十四五”新能源新增规模以国网下达的边界条件为准，若有较大规模增加，需在相应章节予以说明。对照能源局相关口径，各地市根据当地资源禀赋进一步提出市(县)2030年、2035年拟发展的新能源规模。)发展面临的形势发展面临的形势局部新能源机组容易大规模脱网，连锁故障风险加大，电网的风险主动防2电源结构转型下的配套灵活性资源增加，环境对电网建设要求的提高，区外清洁能4除抽水蓄能外，当前大部分储能技术的成本仍较为高昂，成为制约规模化发展的重要原因之一。同时，受限于(地市公司、县公司根据自身现状及发展情况，结合当地政策深入准确分析面协同发展思路安全可控灵活柔性高效互动安全可控灵活柔性完善机制促进效益统筹规划优化布局完善机制促进效益统筹规划优化布局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4123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6.1大规模新能源、储能在电力平衡中发挥的作用研究内容：基于本地区新能源置信容量分析，开展新能源参与本地区尖峰负荷平衡的特性和机理，结合电力负荷曲线，分析技术和成本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。2、基于新能源装机规模、火电调频和电网转动惯量支撑的需求，配置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%,区外来电出力占比28.5%,新能源出力比例上升，火电出力稳步下降，但仍是基础性的保障电源。4、2025年新能源、储能出力抵消负荷1181万千瓦，占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6.1大规模新能源、储能在电力平衡中发挥的作用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6.2大规模新能源、储能在电量平衡中发挥的作用根据国网边界，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%。大规模新能源、储能在电力保障及减碳减排中发挥的作用6.2大规模新能源、储能在电量平衡中发挥的作用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%。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6.3大规模新能源、储能在碳减排中发挥的作用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、其它电源协同常规水电抽蓄火电核电新能源火电核电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66.4结合电源结构优化的新能源、储能建设规模根据电力碳达峰分析下的全省、地市、县(市)能源结构要求和能源消费总量目标，分级深化研究新能源(由本区域外受入的清洁来电)、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7.1新能源配套储能容量需求研究序号地市建议规模(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7.2基于调峰的电网储能配套容量需求研究◆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7.2基于调峰的电网储能配套容量需求研究◆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%。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LL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新能源8.1新能源、储能典型接入系统方案接入点：1、就近合理消纳；新能源8.1新能源、储能典型接入系统方案接入点：1、就近合理消纳；接入电压等级：装机规模100兆瓦以下，宜采用110千伏电压等级，装机规模为100兆瓦～600兆瓦，宜采用220千伏电压等级，出线1回接入系统；而装机规模为1000兆瓦～5000兆瓦，经220千伏线路汇集后宜采用500千伏电压等级，出线1～2回接入电220kV架空线220kV交流海缆海上500kV升压站±320kV直流海缆接入站点陆上换流站500kV架空线接入站点大规模新能源、储能发展对电网输电能力的影响8.8.1新能源、储能典型接入系统方案序号建设规模接入系统方案占地面积储能储能储能电站接入电网的电压等级应入。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。110千伏接入10个1MW/2MWh235千伏接入10个1MW/2MWh335千伏接入20个1MW/2MWh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全省重点评估电源结构，现状电网设备、网架、运行、外送通道等问题。结合资源禀赋和政策，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输送，配网主要以本地区小范围就地消纳为主，开展电力流研究。市(县)专题研究本地区新能源、储能接入后的区域潮流变化情况，结合电网规划，开展新能源、储能发展的优化布局和建设规模、建设时序研究。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序号地市序号地市储能功能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大规模新能源、储能发展对电网安全稳定性的影响9.2新能源对系统短路比影响研究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99.3新能源对系统调频容量影响研究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。分析电网调频需求，提出煤电配置储能的规模设计方法。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10.1新能源、储能并网的短路电流贡献响较大，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献值4kA左右内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10.2新能源、储能并网对电能质量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电能质量因素。GB/T12325-2008《电能质量供电电压偏差》10.3电网设备选择、配置的建议大规模新能源、储能发展规模的综合优化及政策机制研究11.1计及新能源、储能发展的电网建设经济性研究结合国家相关政策及公司运营策略，分析电网侧新型储能无法纳入输配电价、部分纳入输配电价等各种条件下电网投资储能面临的约束，综合比较公司自建储能、租赁储能、参股第三方储能等运营策略的异同