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电力系统灵活性现状及趋势

2022-08-12 17:40:07

当前,世界各国的电力系统正在经历深刻的变革。随着技术进步与成本下降,可再生能源飞速发展,与可再生能源相关的系统集成问题日益突出。电力系统灵活运行能力被视为电力系统优化的关键,提高系统灵活性对可再生能源并网至关重要。

日前,欧洲电力传输系统运营商协会发表了一份报告,重点对目前欧洲电力系统中新兴灵活性研发与应用进展进行了梳理。

(1)工业负荷需求响应

技术特点:高负荷用电行业具有较大的负载和快速的响应时间,可以根据电网情况调整用电,工业负荷还可以通过调整其有功和无功功耗提供电压支撑服务。

技术成熟度:应用期。

技术应用情况:欧洲许多的高负荷用电工业企业已经参与柔性电力市场。德国斯图加特的示范项目可以为电网提供0.4Hz的频率调整储备服务,铝生产企业可以提供连续48小时的± 25 %额定负荷变化服务。

技术发展趋势:企业在利用可再生能源电力生产绿色产品的同时,向电网公司提供辅助服务,开辟新的收入来源。

(2)电动汽车需求响应

技术特点:电动汽车作为电网的分布式储能,利用电动汽车与电网双向互动(V2G)的聚合需求响应为电网提供调频、调峰和调压服务。

技术成熟度:研制期和示范期。

技术应用情况:欧洲Red Eléctrica公司开发的Cecovel管理平台已能实现1500辆电动汽车的监测和需求预测,在晚上用电高峰有约三分之一的汽车参与需求响应,平均每80~90辆电动汽车可以实现2s内提供0.25MW容量的需求响应。


技术发展趋势:依托管理平台统筹大量电动汽车的充放电,通过智能充电软件与汽车控制系统集成,提升需求响应效果。


(3)电池储能

技术特点:基于电池储能为集中式和分布式电网提供调频、调峰、调压等辅助服务,具有响应速度快、应用场景广的优势。这里提到的电池主要指中型电池组和家用小型电池的聚合。通过调整电池充放电的峰值速率还可以对负荷曲线实现平滑处理。

技术成熟度:应用期。

技术应用情况:与其他储能技术相比,中型电池组具有更高的能量容量,加之快速的响应时间,使其非常适合向电网提供调峰服务,欧盟“地平线2020计划”下的ELSA项目已充分展示了这一点。另一些示范项目,如SENISBLE、OSMOSE等,证实了电池储能的电压支撑功能。OSMOSE项目还将电池储能与飞轮、超级电容结合,综合提供调频、调峰和惯量支撑。NAIDES项目的目标是开发基于钠离子电池的储能技术,相比锂离子电池储能成本大幅下降的同时,保证电池的安全、循环寿命和能量密度。


技术发展趋势:提升电池技术经济性、使用寿命、能量密度、安全性,优化电池充放电循环,与其他储能技术和发电技术协同使用为电网提供灵活调节支撑。


(4)机械储能

技术特点:机械储能主要包括压缩空气储能、液态空气储能和飞轮储能。其中,压缩空气储能将空气压缩后用于驱动透平发电,液态空气储能将空气冷却为液态后用于驱动透平发电,压缩空气储能和液态空气储能可以用于调峰和调频;飞轮储能具有最快的响应速度,主要用于调频。

技术成熟度:压缩空气储能和液态空气储能处于示范期,飞轮储能处于应用期。

技术应用情况:目前实际运行的压缩空气储能示范项目的效率只有54%左右;飞轮储能示范项目已可实现4 × 150kW,通常与电池储能、超级电容等集成提供混合储能解决方案。

技术发展趋势:对于压缩空气储能和液态空气储能,提升响应速度和能量转换效率;对于飞轮储能,提升与其他储能技术集成耦合应用效果。


(5)超级电容

技术特点:超级电容可以为电网提供短时高功率支撑,主要用于调频。

技术成熟度:应用期。

技术应用情况:超级电容已在OSMOSE项目中与飞轮储能和电池储能集成,综合提供调频、调峰和惯量支撑。

技术发展趋势:作为混合储能解决方案的一部分,与其他储能方式集成使用。


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