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電力系統靈活性現狀及趨勢

2022-08-12 17:40:07

當前,世界各國的電力系統正在經歷深刻的變革。隨著技術進步與成本下降,可再生能源飛速發展,與可再生能源相關的系統集成問題日益突出。電力系統靈活運行能力被視為電力系統優化的關鍵,提高系統靈活性對可再生能源并網至關重要。

日前,歐洲電力傳輸系統運營商協會發表了一份報告,重點對目前歐洲電力系統中新興靈活性研發與應用進展進行了梳理。

(1)工業負荷需求響應

技術特點:高負荷用電行業具有較大的負載和快速的響應時間,可以根據電網情況調整用電,工業負荷還可以通過調整其有功和無功功耗提供電壓支撐服務。

技術成熟度:應用期。

技術應用情況:歐洲許多的高負荷用電工業企業已經參與柔性電力市場。德國斯圖加特的示范項目可以為電網提供0.4Hz的頻率調整儲備服務,鋁生產企業可以提供連續48小時的±?25?%額定負荷變化服務。

技術發展趨勢:企業在利用可再生能源電力生產綠色產品的同時,向電網公司提供輔助服務,開辟新的收入來源。

(2)電動汽車需求響應

技術特點:電動汽車作為電網的分布式儲能,利用電動汽車與電網雙向互動(V2G)的聚合需求響應為電網提供調頻、調峰和調壓服務。

技術成熟度:研制期和示范期。

技術應用情況:歐洲Red Eléctrica公司開發的Cecovel管理平臺已能實現1500輛電動汽車的監測和需求預測,在晚上用電高峰有約三分之一的汽車參與需求響應,平均每80~90輛電動汽車可以實現2s內提供0.25MW容量的需求響應。


技術發展趨勢:依托管理平臺統籌大量電動汽車的充放電,通過智能充電軟件與汽車控制系統集成,提升需求響應效果。


(3)電池儲能

技術特點:基于電池儲能為集中式和分布式電網提供調頻、調峰、調壓等輔助服務,具有響應速度快、應用場景廣的優勢。這里提到的電池主要指中型電池組和家用小型電池的聚合。通過調整電池充放電的峰值速率還可以對負荷曲線實現平滑處理。

技術成熟度:應用期。

技術應用情況:與其他儲能技術相比,中型電池組具有更高的能量容量,加之快速的響應時間,使其非常適合向電網提供調峰服務,歐盟“地平線2020計劃”下的ELSA項目已充分展示了這一點。另一些示范項目,如SENISBLE、OSMOSE等,證實了電池儲能的電壓支撐功能。OSMOSE項目還將電池儲能與飛輪、超級電容結合,綜合提供調頻、調峰和慣量支撐。NAIDES項目的目標是開發基于鈉離子電池的儲能技術,相比鋰離子電池儲能成本大幅下降的同時,保證電池的安全、循環壽命和能量密度。


技術發展趨勢:提升電池技術經濟性、使用壽命、能量密度、安全性,優化電池充放電循環,與其他儲能技術和發電技術協同使用為電網提供靈活調節支撐。


(4)機械儲能

技術特點:機械儲能主要包括壓縮空氣儲能、液態空氣儲能和飛輪儲能。其中,壓縮空氣儲能將空氣壓縮后用于驅動透平發電,液態空氣儲能將空氣冷卻為液態后用于驅動透平發電,壓縮空氣儲能和液態空氣儲能可以用于調峰和調頻;飛輪儲能具有最快的響應速度,主要用于調頻。

技術成熟度:壓縮空氣儲能和液態空氣儲能處于示范期,飛輪儲能處于應用期。

技術應用情況:目前實際運行的壓縮空氣儲能示范項目的效率只有54%左右;飛輪儲能示范項目已可實現4 × 150kW,通常與電池儲能、超級電容等集成提供混合儲能解決方案。

技術發展趨勢:對于壓縮空氣儲能和液態空氣儲能,提升響應速度和能量轉換效率;對于飛輪儲能,提升與其他儲能技術集成耦合應用效果。


(5)超級電容

技術特點:超級電容可以為電網提供短時高功率支撐,主要用于調頻。

技術成熟度:應用期。

技術應用情況:超級電容已在OSMOSE項目中與飛輪儲能和電池儲能集成,綜合提供調頻、調峰和慣量支撐。

技術發展趨勢:作為混合儲能解決方案的一部分,與其他儲能方式集成使用。


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