基于全球能源互联网典型特征的储能需求及配置分析

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.20082

发电技术 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (1): 20-30.DOI: 10.12096/j.2096-4528.pgt.20082

基于全球能源互联网典型特征的储能需求及配置分析

叶季蕾¹(), 李斌¹(), 张宇²(), 李明哲¹(), 石博文¹(), 王皓靖²()

¹ 南京工业大学能源科学与工程学院, 江苏省南京市 211816
² 国网上海市电力公司电力科学研究院, 上海市虹口区 200000

收稿日期:2020-09-21 出版日期:2021-02-28 发布日期:2021-03-12
作者简介:叶季蕾(1983)，女，博士，研究员级高工，主要从事电池储能系统特性分析、电力储能优化运行研究，yejilei@njtech.edu.cn
李斌(1997)，男，硕士研究生，主要从事电动汽车储能优化运行研究，1449009859@qq.com
张宇(1970)，男，教授级高工，主要研究方向为电池储能、电力系统分析，p3chang@qq.com
李明哲(1998)，男，硕士研究生，主要从事高渗透分布式可再生能源储能优化配置研究，lmz750399411@163.com
石博文(1995)，男，硕士研究生，主要从事储能系统状态分析及故障诊断研究，335148975@qq.com
王皓靖(1987)，女，硕士，高级工程师，研究方向为智能电网、分布式能源和微电网优化运行，haojingw@126.com
基金资助:
上海市2020年度“科技创新行动计划”技术标准项目(20DZ2205400)

Energy Storage Requirements and Configuration Analysis Based on Typical Characteristics of Global Energy Internet

Jilei YE¹(), Bin LI¹(), Yu ZHANG²(), Mingzhe LI¹(), Bowen SHI¹(), Haojing WANG²()

¹ School of Energy Science and Engineering, Nanjing Technology University, Nanjing 211816, Jiangsu Province, China
² State Grid Shanghai Power Company Electric Power Research Institute, Hongkou District, Shanghai 200000, China

Received:2020-09-21 Published:2021-02-28 Online:2021-03-12
Supported by:
Technical Standard of Shanghai 2020 "Technology Innovation Action Plan"(20DZ2205400)

摘要/Abstract

摘要：

全球能源互联网的发展对长距离电力能量供需平衡、供应持续可靠性提出了更大的挑战。不同类型的储能技术是解决电力电量平衡的优选手段，是全球能源互联网发展必不可少的组成部分。储能的需求和配置与具体应用场景的特征、应用目标紧密相关。通过文献调研和示范工程，分析了全球能源互联网3种典型应用场景中储能技术的配置方法和性能需求，从而给出了储能类型、储能配置的功率和放电时间范围建议。针对全球能源互联网的大规模清洁能源和远距离传输的特征，提出了具体的储能接入拓扑，为模拟储能接入全球能源互联网应用的功能验证提供了解决方案。

关键词: 全球能源互联网, 储能, 配置, 接入拓扑

Abstract:

The development of global energy internet (GEI) poses greater challenges to long-distance power energy supply and demand balance and sustainable supply reliability. Different types of energy storage technologies are the preferred means to solve the power and electricity balance, which are essential parts of GEI development. The requirements and configuring of energy storage are closely related to the characteristics and goals of specific application scenarios. Through literature research and demonstration projects, the configuration methods and performance requirements of energy storage technologies in three typical application scenarios of GEI were analyzed. The suggestions on energy storage types, power of energy storage configuration and discharge time range suitable for different applications were given. Aiming at the characteristics of large-scale clean energy and long-distance transmission of the GEI, a specific energy storage access topology was proposed, which provided a solution for the functional verification of simulated energy storage access to GEI applications.

Key words: global energy internet, energy storage, configuration, access topology

中图分类号:

TK02
TM711.1

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图/表 15

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储能类型		能量密度/ (W·h/kg)	自放电率/ (%/d)	额定功率下放电时间/h	循环寿命/次	能量效率/%	响应时间	安全性	功率等级/MW
抽水蓄能		0.5~1.5	-	1~24+	> 15 000	65~80	分钟	高	数百~数千
压缩空气储能		30~60	-	1~24+	> 10 000	41~75	数秒~数分钟	高	数个~数千
飞轮		10~30	100	0~0.01	10⁴~10⁷	80~90	< 1周波	高	0~数个
电化学储能	铅酸电池	30~50	< 0.1	1~5	250~1 500(100%DOD)	70~80	< 1/4周波	高	0~数十
	磷酸铁锂电池	75~200	1	0.017~4+	2 000~2 500(100%DOD)	88	< 1/4周波	较高	0~数十
	三元锂离子电池	200~300	1	0.017~4+	3 500~4 500(100%DOD)	88	< 1/4周波	较低	0~数十
	液流电池	10~30	小	2~12	> 10 000(100%DOD)	60~75	< 1/4周波	高	0~数十
	钠硫电池	150~240	-	4~8	2 500~4 500(100%DOD)	70~85	< 1/4周波	较低	0~数十
储热		80~200	0.05~1.00	1~24+	5~15	14~18	-	高	数十~数百
储氢		400~1 000	0	12+	1 000~10 000	35~40	< 1/4周波	较低	0~数十

储能类型		能量密度/ (W·h/kg)	自放电率/ (%/d)	额定功率下放电时间/h	循环寿命/次	能量效率/%	响应时间	安全性	功率等级/MW
抽水蓄能		0.5~1.5	-	1~24+	> 15 000	65~80	分钟	高	数百~数千
压缩空气储能		30~60	-	1~24+	> 10 000	41~75	数秒~数分钟	高	数个~数千
飞轮		10~30	100	0~0.01	10⁴~10⁷	80~90	< 1周波	高	0~数个
电化学储能	铅酸电池	30~50	< 0.1	1~5	250~1 500(100%DOD)	70~80	< 1/4周波	高	0~数十
	磷酸铁锂电池	75~200	1	0.017~4+	2 000~2 500(100%DOD)	88	< 1/4周波	较高	0~数十
	三元锂离子电池	200~300	1	0.017~4+	3 500~4 500(100%DOD)	88	< 1/4周波	较低	0~数十
	液流电池	10~30	小	2~12	> 10 000(100%DOD)	60~75	< 1/4周波	高	0~数十
	钠硫电池	150~240	-	4~8	2 500~4 500(100%DOD)	70~85	< 1/4周波	较低	0~数十
储热		80~200	0.05~1.00	1~24+	5~15	14~18	-	高	数十~数百
储氢		400~1 000	0	12+	1 000~10 000	35~40	< 1/4周波	较低	0~数十

新建风电场	装机容量/MW	置信容量/MW	容量置信度/%
甘昌风W1	501	93.310 1	18.62
甘昌风W2	501	93.310 1	18.62
甘威风W1	751.5	138.081 9	18.37
甘威风W2	751.5	138.081 9	18.37
甘掖风W1	751.5	76.002 1	10.11
甘掖风W2	751.5	76.002 1	10.11
甘玉门W1	801	83.480 4	10.42
青海风W1	801	177.187 6	22.12
青海风W2	801	177.187 6	22.12
青海风W3	801	177.187 6	22.12

新建风电场	装机容量/MW	置信容量/MW	容量置信度/%
甘昌风W1	501	93.310 1	18.62
甘昌风W2	501	93.310 1	18.62
甘威风W1	751.5	138.081 9	18.37
甘威风W2	751.5	138.081 9	18.37
甘掖风W1	751.5	76.002 1	10.11
甘掖风W2	751.5	76.002 1	10.11
甘玉门W1	801	83.480 4	10.42
青海风W1	801	177.187 6	22.12
青海风W2	801	177.187 6	22.12
青海风W3	801	177.187 6	22.12

场景	理论最大消纳能力/%	实际消纳能力/%	储能配置(单位可再生能源功率)
不考虑时差	47.1	36.4	0.52/1.91
考虑时差	99.6	89.4	0.334/1.800

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应用场景	储能规模/MW	放电时间	响应时间	适合的储能类型
替代大型可再生能源基地长时间供电	数十~数百(结合可再生能源基地规模)	数小时(结合负荷供电要求)	分钟级	抽水蓄能、压缩空气储能、电化学储能、储氢
减小特高压直流换相失败率	数百~数千(结合输电容量和其他调节能力)	数百毫秒~数秒	毫秒级	电化学储能
提升负荷中心可再生能源消纳	数十~数百(结合可再生能源发电和负荷特性)	4~6 h	分钟级	电化学储能为主

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