未来电力系统的特点
火电 水电 核电
发电 （稳定、可控）
输电、变电、配电
用电
（随机、不可控、可预测）
调度
大规模风电、太阳能 （随机、不稳定、 难预测、难控制）
未来电力系统：多组随机变量的平衡！
电动汽车、新能源微网 （随机、移动、
不可控、难预测）
风光电、微网的高渗透将使电力系统运行方式发生深刻变化！
汇报提纲
储能将使电力系统运行方式发生根本变革！
储能作用示例：风电参与调频
➢ 模拟惯量控制 ➢ 下垂控制
P,r ,
max r PN
Zone 1
min r
Zone 2 Zone 3 Rotor speed power
Maximum
Zone 4 Pitch angle
➢ 转子转速控制
➢ 转子桨距角控制
v min
➢ 电力系统的主要控制：有功功率，无功功率 ➢ 传统控制设备：发电机 ➢ FACTS设备：无功，分散布置 ➢ 电力系统储能：有功+无功，“全能”，主动致稳
储能使传统的“刚性”电力系统变得“柔性”！
电力系统储能带来的根本变化
➢ 储能把发电与用电从时间和空间上分隔开来 ➢ 发出的电力不再需要即时传输 ➢ 用电和发电不再需要实时平衡
调度
风电 （随机、不可控、难预测）
千万千瓦级大型 风电基地并网
大规模分布式 风电场并网
大规模风电并网：对电力系统的运行特性有深刻影响
新能源电力系统的特点（续）
2周内的单日波动范 围从19.3GW/天增 大到26.2GW/天）
净负荷爬坡（从 4052MW/h增大 到4560MW/h）
风电的不确定性 增大了净负荷的 不确定性
v
➢ 综合控制（对应不同风速）
➢ 储能（case：必须最大功率跟踪；风电场参与调频）
储能作用示例：风电波动抑制
风电场出力波动限值（MW）
风电场装机容量 10min最大变化
<30
20
30-150
装机容量/1.5
>150
100
1min最大变化 6
装机容量/5 30
➢ 综合控制（对应不同风速） ➢ 储能（case：必须最大功率跟踪） ➢ 大范围消纳可平抑波动 ➢ 波动范围限值是否合理？为何必须最大功率跟踪？
汇报提纲
新能源定义与规划 新能源并网中的科学问题 基于储能的解决方法 一些认识
一些认识
➢ 大规模风电、太阳能并网为储能在电力系统中的规模化应用 提供了新的机遇，但目前还不明确是否存在储能在解决某些 问题上的不可替代性
➢ 长远来看，风电在电网中的渗透率能够达到什么水平最终取 决于风电出力与负荷的相关性及降低电网中常规发电机组出 力的能力
新能源规划
• 欧洲的目标 20:20:20
20% reduction in emissions 排放减少 20% renewable energy 新能源利用 By 2020 compared to 1990
新能源规划
• 美国
➢ 能源部：2030年，风能为美国提供20%的能源 ➢ WWF：2050年，100%的可再生能源
高压配网
110KV
中压配网
35/10KV
低压配网 0.4KV
负荷
MG MG
负荷
MG MG MG
冷热电联供
热、冷
微网
光伏
边界
太阳 能
储能
中央 控制
热、冷
冷热电联供
储能
装置
风电
微网可独立运行
储能可能将首先在微网中得到广泛应用！
储能需求分析：需要考虑的因素
➢ 风电的装机与出力变化特性 ➢ 并入电网与其他电网的互联状况及相互支援能力 ➢ 常规备用容量状况 ➢ 需求侧管理状况 ➢ 辅助服务（备用、电能质量等）的成本 ➢ 能源市场中的时移套利可能性 ➢ 各种可用储能技术的特性 ➢ ……
新能源规划
• 中国：可再生能源发展“十二五”规划
➢ 主要指标（2/4）1. 可再生能源发电在电力体系中上升 为重要电源，2015年电量达到20%以上；4.分布式可再 生能源应用形成较大规模，30个新能源微网
➢ 2020年，累计并网风电装机达到2亿千瓦，年发电量超 过3900亿千瓦时，其中海上风电装机达到3000万千瓦， 风电成为电力系统的重要电源
新能源定义与规划 新能源并网中的科学问题 基于储能的解决方法 一些认识
应对大规模风电并网的方法
火电 水电 核电
发电 （灵活可控）
大电网
用电 （部分可控）
优化 调度
大规模风电、太阳能 （提高预测精度）
储能
储能：多种应对方法中的一种！
电动汽车、新能源微网 （随机、移动、
不可控、难预测）
储能对电力系统的作用
现在：在高比例新能源发电并网条件下 如何保证电力系统可靠运行
➢ 对电网的影响：风电、太阳能 特点：波动，随机（但部分可预测）
电力系统的特点
发电
输电、变电、配电
用电
调度
➢ 电能难以大规模存储 ➢ 发出电能需即时传输 ➢ 发电／负荷实时平衡
电力系统：刚性（充裕性、稳定性）
传统电力系统的特点
火电 水电 核电
➢ 在储能的规模化应用之前，势必存在常规发电机组装机容量 过大及过度限制风电出力的问题
总结
➢ 在风电、太阳能渗透率达到什么水平时储能才会成为最为经 济的解决措施目前尚不存在简单的答案
➢ 储能的规模化应用将最终取决于２个关键因素： ①储能的各种功能对于电网的经济价值的量化； ②储能技术本身可靠性的提高及成本的降低
储能作用示例：调峰
储能辅助提高负荷跟踪机组 载荷水平示意图
储能的作用示例：调峰（续）
储能辅助提高负荷跟踪机组 载荷水平示意图
储能辅助提高基荷机组运行 容量示意图
储能的作用示例：调峰（续）
储能辅助提高负荷跟踪机组 载荷水平示意图
（1）提高常规机组调控能力 （2）利用储能
哪个更经济？
储能辅助提高基荷机组运行 容量示意图
➢ 充裕性：波动范围增大，爬坡增大，不确定性增大 负荷与风电：两组随机变量的平衡问题！
新能源电力系统的特点（续）
➢ 稳定性：惯性稳定（风轮惯性；光伏发电单元无惯性，储能？） 电压稳定（可有帮助） 振荡稳定、功角稳定（可有帮助） 脱网故障（单机／风场/群，与常规电网类似）
通过变频器控制，风电机组特性可优于同步发电机！
➢ 2020年，太阳能发电装机达到5ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ00万千瓦，太阳能热 利用累计集热面积达到8亿平方米
汇报提纲
新能源定义与规划 新能源并网中的科学问题 基于储能的解决方法 一些认识
新能源并网
➢ 新能源发电的大规模应用：并入电网 ➢ 可再生能源法：全额收购
可再生能源法修正案：全额保障性收购 ➢ 过去：电网能接纳多大比例的风电
谢 谢！
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储能需求分析：大电网应用
系统功率（MW）
0
4
8 12 16 20 24 时间（h）
秒--分钟
调节
飞轮／电池
惯性、稳定性、波动
数分钟--小时
负荷跟随
电池／抽水蓄能
波动、爬坡、调频
数小时--天
调度
抽水蓄能
负荷跟随、调峰
电力系统储能：多元复合储能（功率型，能量型）
储能需求分析：微网应用
输电 网络
G GGG
发电 （稳定、可控）
输电、变电、配电
用电
（随机、不可控、可预测）
调度
➢ 充裕性：发电侧输出功率稳定且可控，用电侧负荷随机性大 ➢ 稳定性：以同步发电机为基础，同步运行，3000r/min
传统电力系统的特点（续）
➢ 充裕性：一组可控变量跟随一组随机变量 调频，调峰
传统电力系统一直在解决负荷的波动性和随机性问题！
第470次香山科学会议
面向新能源应用的储能技术
文劲宇
华中科技大学 2013.10.17
汇报提纲
新能源定义与规划 新能源并网中的科学问题 基于储能的解决方法 一些认识
新能源定义
• 联合国新能源和可再生能源会议（1980年）
以新技术和新材料为基础，使传统的可再生能源 得到现代化的开发和利用，用取之不尽、周而复始的 可再生能源，取代资源有限、对环境有污染的化石能 源，重点开发太阳能、风能、生物质能、潮汐能、地 热能、氢能和核能
传统电力系统的特点（续）
➢ 稳定性：惯性稳定（发电机转子惯性，自稳） 电压稳定（无功控制） 振荡稳定、功角稳定（有功控制） 严重故障（切机／切负荷／ 解列，被动致稳）
传统电力系统必须应对一台机组脱网或更严重的故障！
新能源电力系统的特点
火电 水电 核电
发电 （稳定、可控）
输电、变电、配电
用电
（随机、不可控、可预测）