2024年电化学储能优化配置技术.pdf

一、研究背景二、储能优化配置技术原理三、储能优化配置案例四、总结与展望2 一、研究背景 截至2023年12月底全国可再生能源发电总装机达15.16亿千瓦，占全国发电总装机的51.9%，在全球可再生能源发电总装机中的比重接近40%。新能源发电是未来人类社会能源供给的重要组成部分，储能是构建未来灵活性调节能力的核心技术。通过规模化参与新型电力系统的调峰、调频、调压、惯量支撑和容量备用等应用，实现不同时间尺度电力电量平衡，参与解决保供电、保安全和促消纳的难题。“十四五”储能实施方案中对储能的功能定位2023年全国电力装机构成情况3 一、研究背景源网荷各侧新型储能应用场景1技术类型技术类型能量效率能量效率应用规模应用规模储能时长储能时长启动时间启动时间响应速度响应速度抽水蓄能抽水蓄能70%-80%百兆瓦小时级3-5 minmin压缩空气压缩空气40%-70%百兆瓦小时级6 min1 min飞轮储能飞轮储能85%兆瓦分钟级2 ms85%百兆瓦小时级100ms级10 ms液流电池液流电池70%-75%百兆瓦小时级100ms级ms级钠离子电钠离子电池池80%-90%百兆瓦小时级100ms级10 ms氢储能氢储能30%-40%兆瓦天、周级3-5 min1 s水电水电燃气燃气燃煤机组燃煤机组电化学储能电化学储能替代效果替代效果1.5倍2.5倍25倍不同类型储能性能在调频方面，电化学储能的替代效果p储能好用是共识，如何把储能用好却是难题！41 图片来源2023年新型电力系统发展蓝皮书电化学储能具有选址灵活、建设周期短、响应速度快、调节精度高、四象限灵活调节能力等特点，能够为电力系统提供多时间尺度、全过程的平衡能力、支撑能力和调控能力。一、研究背景布点0123456012345600.30.60.91.2电池额定功率下的充放电时间（h）不同置信水平下的电池功率（MW）绝对值均值（MW）定容选型p 储能系统优化配置技术是储能应用环节的前端技术，是在发-输-配-用各环节典型场景下储能的技术选型、选址布点、容量优化计算，直接关系到技术需求的满足程度、储能投资的经济性。5一、研究背景二、储能优化配置技术原理三、储能优化配置案例四、总结与展望67 二、储能优化配置技术原理储能优化配置需要在场景-模式-策略等边界层层递进明晰情况下，通过搭建优化计算模型开展的优化计算问题，伴随上游场景的变化，后续各环节随之变化。7 二、储能优化配置技术原理以新能源电站为例，目前储能应用已经完成从促进消纳到“兼顾消纳和主动频率支撑”，再到面向中长期市场、电力现货市场、“两个细则”考核规则，提升“新能源+储能”市场竞争力的场景跃迁。80.10.20.30.40.50.60.72022年2025年2030年度电成本/元抽蓄锂电池全钒液流压缩空气钠离子铅炭不同利用小时数的度电成本储能度电成本包含造价成本、运营成本和沉默成本，其中储能的年利用小时数将严重影响沉默成本。2030年前，电化学储能应用应设定在有限目标-日内波动调节。储能的年利用小时数超过2000小时才能体现其经济利用水平。超过2000小时的度电成本趋势火电气电储能综合调节度电成本6-8分/kwh0.12-0.15元/kwh0.55-0.65元/kWh 二、储能优化配置技术原理p 通过技术目标梳理、政策环境分析，考虑储能的收益途径，明确储能的应用模式。9 二、储能优化配置技术原理典型电力系统运行图以满足负荷平衡需求和新能源消纳要求为目标，采用时序生产模拟方法，通过迭代计算得到满足系统需求的储能功率和储能能量。10 二、储能优化配置技术原理边界条件：u 单位容量投资成本：2000元/kWhu 能量转换效率：85%u 运维成本：0.05元/kWhu 储能系统使用年限：10年u SOC范围：0.1-0.9u 预期内部收益率：8%u 残值和回收成本基本抵消：0u 循环次数：8000次u 贷款年利率：4.9%u 贷款年限：储能运营期11 二、储能优化配置技术原理12 二、储能优化配置技术原理13 二、储能优化配置技术原理14 二、储能优化配置技术原理 储能系统的容量保持率与其容量支撑能力、储能投资收益息息相关，如何在规划阶段体现锂电池储能系统在未来实际工况下的容量衰减过程、收益变化过程；实际工况数据模拟 典型工况特征提取+实验室典型工况下寿命衰减数据 模拟实际工况下寿命损耗储能系统容量保持率计算示意图15 二、储能优化配置技术原理 多时间尺度问题耦合交叉存在，比如涵盖短时间间隔（s级至min级频率支撑）、长时间尺度（年度消纳）需求同时存在的多场景协同优化配置问题，如何在模型复杂、算力有限的情况下高效求解；统筹优化求解算法上层长时间尺度模型群体智能优化算法构建局部短时模型底层需求优化求解双层优化配置模型底层短时功率支撑场景上层长时全局优化场景典型时段电网频率数据午间弃光夜间弃风河南电网2020年3月19日系统运行平衡图1000012000140001600018000200002200024000260002800030000 0:00 3:006:009:0012:0015:0018:0021:000:003:006:009:0012:0015:0018:0021:000:003:006:009:0012:0015:0018:0021:00功率（MW）常规电源出力径流式水电风电可用功率光伏可用功率负荷+交换功率常规电源出力下限16 二、储能优化配置技术原理 储能优化配置结果如何验证；控制策略仿真、投资经济性测算、其他配置方法对比等验证。兼顾消纳和主动支撑的储能容量配置计算步骤：Step1：基于对电网、电站实际运行数据完成储能需求典型特征提取；Step2：考虑储能充放电限制条件、以经济性最优等为目标函数，进行储能容量寻优；Step3：对储能容量寻优结果进行时序仿真，模拟储能时序运行效果。储能配置流程风光实际运行年度数据储能需求特征提取储能需求典型特征曲线多目标优化算法储能容量配置结果生产时序仿真8760h典型日8760h8760h1718一、研究背景二、储能优化配置技术原理三、储能优化配置案例四、总结与展望案例电源侧电网侧用户侧兼顾新能源消纳与主动频率支撑，提升电网支撑能力面向电力现货市场和“两个细则”考核，提升市场竞争力独立储能参与电力现货市场，价差套利分时电价政策环境下，峰谷价差套利 三、储能优化配置案例19 三、储能优化配置案例20 三、储能优化配置案例相较于促进消纳场景下，虽然在兼顾场景下光伏电站配建储能的年投资总成本增加，但由于储能收益种类增加，投资回收期缩短2年，内部收益率提升了2%。21 三、储能优化配置案例在促进消纳场景下，储能收益90%以上来自于降低弃电率，在兼顾多场景下，储能收益超过一半来自于降低弃电率，新能源上网电价直接影响储能是否具有投资价值。近年来新能源上网电价持续下降，兼顾多场景相较于促进消纳场景能获得更好的投资经济性。光伏电站1（18MW）储能配置方案的经济性（预期内部收益率8%）光伏电站2（50MW）储能配置方案的经济性（预期内部收益率8%）22 三、储能优化配置案例23 三、储能优化配置案例24 三、储能优化配置案例25 三、储能优化配置案例26 三、储能优化配置案例27 三、储能优化配置案例季节季节时段时段电价电价元元/kWh夏季夏季（7、8、9月）月）0:00-8:00低谷0.35458258:00-11:30平段0.675922511:30-13:30低谷0.354582513:30-16:30平段0.675922516:30-20:30峰段0.997262520:30-22:30尖峰1.190066522:30-24:00平段0.6759225冬季冬季（1月、月、12月）月）0:00-6:00低谷0.3545825 6:00-8:30平段0.67592258:30-11:30峰段0.997262511:30-17:00平段0.675922517:00-19:00尖峰 1.190066519:00-20:00峰段0.997262520:00-24:00平段0.6759225其他季节其他季节0:00-5:00低谷0.35458255:00-11:30平段0.675922511:30-13:30低谷0.354582513:30-16:00平段0.675922516:00-22:00峰段0.997262522:00-24:00平段0.6759225 用户侧分时电价用户侧分时电价1MW/2h1MW/2h储能投资经济性分析储能投资经济性分析方案方案方案方案1方案方案2方案方案3方案方案4储能单价储能单价1.56元/Wh1.2元/Wh1元/Wh0.8元/Wh初始投资成本初始投资成本312万元240万元200万元160万元项目净现值项目净现值46.8万元118万元158万元199万元投资回收期投资回收期8.7年5.9年4.7年3.5年内部收益率内部收益率11.2%17.9%23.3%31%综合考虑储能系统的初始投资成本、年运维成本、储能循环寿命（SOC范围0.8，8000次），储能使用年限约11年，预期收益率8%。28