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1、锂电池储能削峰填谷电源系统可行性研究报告青海绿草地新能源科技有限公司二零一七年青海绿草地新能源科技有限公司锂电池储能削峰填谷电源系统可行性研究报告 目录1 概述31.1 项目背景31.2项目建设的必要性81.2.2电网能源结构的迫切需求111.2.3社会效益和经济效益131.3项目概况151.4项目实施单位151.5小峡隧道节能改造的意义和目的162储能削峰填谷电源系统概述162.1储能削峰填谷电源系统原理162.2储能系统的发展现状173工程设计方案183.1隧道削峰填谷UPS控制系统的设计183.2隧道UPS电源电池设计203.3电池柜参数213.4隧道UPS削峰填谷电源功能213.5UP
2、S运行描述224小峡隧道UPS电源施工安装244.1隧道电源设计标准244.2电池机柜放置254.3隧道UPS电源建设工程内容254.4材料说明254.5施工说明264.6隧道UPS电源系统安装方案265消防与劳动安全285.1消防报警285.2劳动安全286节约能源及环境保护317投资估算328结论32青海绿草地新能源科技有限公司锂电池储能削峰填谷电源系统可行性研究报告1 概述1.1 项目背景1.1.1随着社会发展，白天与黑夜的电力需求之间的峰谷差不断加大。目前中国大多数城市每天的昼夜平均电力需求峰谷差超过60%。想要真正达到用电节能减排的目标，应该着力解决白天与黑夜的电力需求之间的巨大峰谷
3、差这一主要矛盾。在没有很好的储能介质的情况下，电网必须按照能满足最大用电负荷来规划，要求建设能够支持负荷用电最大峰值所需的发电厂和输电系统。但先进的储能技术可削峰填谷，大大减少用电的峰谷差，既不用投资再建电厂，也避免了在谷值时系统闲置容量过大所导致的发电机组总体经济性下降、能耗增加的状况发生，科学地减少了电厂煤炭消耗量，达到节能减排的目的。我国能源资源布局不均衡，全国电网以火电为主，但是不同区域电源构成有较大差异，西南水电较丰富，“三北”地区风能资源较好，东南沿海一带核电配置较多。电力资源主要集中在经济不甚发达的西部地区，用电负荷主要集中在经济比较发达而能源短缺的东部地区，能源分布与电力需求市
4、场呈逆向分布，可再生资源的发展势必成为未来能源建设的趋向。截至 2015 年底，全国发电装机容量 150673 万千瓦，其中火电 99021万千瓦（包括：煤电 88419 万千瓦、气电 6637 万千瓦），占总装机容量65.7%；非化石能源 51642 万千瓦（包括：水电 31937 万千瓦（其中抽水蓄能 2271 万千瓦），核电 2717 万千瓦，并网风电 12830 万千瓦，并网太阳能发电 4158 万千瓦），占总装机容量比重 34.3%。2015 年中国电力装机结构示意图目前国内建设抽水蓄能电站是解决电网削峰填谷调控的主要手段，但是抽水蓄能电站选址受到地理位置、水头、地形地质等方面影响，
5、 大多数电站无法进行高效的调控，基本上依靠火力发电机组进行调峰甚至深度调峰，600MW 的大型机组深夜谷电期负荷甚至只有 250MW。大型化、高参数机组参与调峰会造成机组金属疲劳，损害机组寿命，长时间低负荷运行其能效将会降低、经济性会变差、安全性也会降低，环保效能也会受到危害，而且受制于火电机组本身局限性，其短时间内适应负荷变化难度较大，调峰效果差。比如，国内一般煤电机组负荷率低于 50%的时候，脱硫系统吸收塔入口烟气流量下降，引风机会降速运行，可能导致发生塌床； 负荷率低于 35%左右的时候，脱硫系统停运。煤电机组长时间低负荷运行会导致进入脱硝系统的烟温过低，脱硝催化剂效果受影响，大大影响脱
6、硝效率，导致氮氧化合物排放增加。随着火电机组大面积供热改造，供热机组在电网中的比例越来越高， 为了保证冬季供暖需求，供热机组必须维持在一定的负荷运行，这就更加大了电网调峰难度，威胁电网自身安全运行。其他调峰机组为了适应电网负荷需求变化，需要频繁升降负荷，长时间在特殊工况下运行，造成汽轮机调门频繁摆动，锅炉及其他辅助设备长期承受剧烈的温度变化和交变应力，严重损害设备使用寿命，不仅导致检修频率增加，维护成本上升，更可怕的是导致机组非计划停运次数增多，严重威胁机组、电网和运行人员人身安全。根据现有 AGC 调节办法，虽然参加调峰调频机组可以获得一定经济补助，但是非计划停运会导致机组来年发电小时数考核
7、，两者矛盾不可调和，电厂参与调峰调频积极性不高。1.1.2 可再生能源大规模并网对电网安全和稳定造成冲击（1）我国可再生能源现状根据国家电网发布国家电网公司促进新能源发展白皮书(2016)显示，截至 2015 年，我国风电、太阳能发电累计装机容量 1.7 亿千瓦，超过全球的四分之一。国家电网调度范围风电、太阳能发电累计装机容量分别达到 11664 万千瓦、3973 万千瓦，国家电网是全球范围内接入新能源规模最大的电网。根据国家电网“十三五”电网发展规划，预计到 2020 年，全国新能源发电装机容量达 4.1 亿千瓦，其中风电 2.4 亿千瓦，太阳能发电 1.5 亿千瓦。风电开发仍集中在“三北”
8、地区，占全国的 75%。太阳能发电开发集中式与分布式相结合，其中集中式光伏电站达 8000 万千瓦，主要集中在青海、甘肃、新疆、蒙西等西部地区；分布式光伏达 7000 万千瓦，主要集中在浙江、江苏等东中部地区。（2）我国可再生能源发电的特点我国风电发展整体呈现大规模开发、远距离传输、高电压等级集中接入为主，分散接入、就地消纳为辅的特点。我国光伏发电接入电网呈现出大规模集中接入与分布式接入并举的特点，我国可再生能源发电的运行特点主要如下：1）装机容量较小。如小水电的装机容量为 50 MW 及以下：目前国际上研制的超大型风力发电机单机容量也仅为 6000 kW而国内目前主力机型是 600 kW，7
9、50 kW，1200 kW；目前中国最大的太阳能光伏发电项目装机容量刚突破千瓦级；江苏兴化市中科生物质能发电有限公司装机容量5000 kW已是国内最大的生物质能发电项目：最大的地热电站西藏羊八井地热电站装机容量约为 25 MW：1980 年 5 月建成的浙江省温岭县江厦潮汐试验电站装机容量为3200kW。已成为中国最大的潮汐电站。2）发电稳定性较差。如小水电的发电能力随雨量变化而变化，各地还各有其特点，不但丰水年、枯水年不同，全年也有季节性变化，即便一日之间，其可用的来水量，也有很大的不确定性由于库容不大，下级径流电站几乎无调节性：风能发电的稳定性较小水电更差，需要电网来支持； 太阳能只能白天
10、发电，照射量的强度和角度一日间也有变化，云层移动和厚薄的变化等，都会影响其发电功率，不满足工业用电的稳定需求。3）调频调压能力有限。常规能源发电机组对电网调频和调压有着重要的作用，而目前可再生能源机组由于容量较小。很多小电站无人值守，所以无法参与系统调整，即便参与调节，其调节能力也极为有限。至于风电机组，当系统运行参数超过一定范围时会自动停机，如果运行条件进一步恶化。还可能造成电网稳定雪崩效应。（3）可再生能源对电网运行调度的影响将日益明显。1）电网调峰能力不足。风电出力具有随机性、间歇性，大规模风电接 入导致电网等效负荷峰谷差变大，即反调节特性明显，增加了系统调峰难 度。我国风电发展较为集中
11、的三北地区电源结构都是以火电为主，基本没 有燃油、燃气机组，调节能力不强。东北、华北火电占 80%以上，且供热机组较多，西北地区水电较多，但主要集中在没有风电的青海，且受防凌、防汛等多种因素的限制，调节能力不强。我国快速调节电源只占 17%。相比之下，美国 2007 年快速调节电源约占 50%，德国快速调节电源约占 25%。2）电压控制难度加大。风电出力变化范围大，且具有随机性，在风电场不能参与电压控制的情况下，显著增加了电网电压控制的难度。3）调频难度加大。风电机组输出的有功功率主要随风能变化而调整， 随机性强，可预测性差，而我国现有运行风电机组均不参与系统频率调整， 所以，电网频率调整必须
12、由传统电厂分担。在大规模风电接入电网的情况下，随着风电装机容量在电网中比重增加，参与电网调频电源容量的比例显著下降，需同步配套相应容量的调频电源。4）并网过程对电网的冲击问题。部分可再生能源发电机组由于容量 小，常常采用异步发电机。由于没有独立的励磁装置，并网前发电机本身 没有电压。因此并网时必然伴随一个过渡过程，会出现 56 倍额定电流的冲击电流。对小容量的电网而言，大量异步电机同时并网瞬间将会造成 电网电压的大幅度下跌，从而影响接在同一电网上的其它电器设备的正常 运行，甚至会影响到整个电网的稳定与安全。目前可以通过装设软起动装 置和风机非同期并网来削弱冲击电流，但可能给电网带来一定的谐波污
13、染。5）对电能质量的影响问题。随机性较强的可再生能源发电机组对电能质量的影响主要表现为频率波动、电压波动、电压闪变、电压跌落及谐波等。当并网的可再生能源发电机组启停或输出功率波动时，将导致电网频率波动、电压波动，引起电压闪变和跌落等问题。谐波问题主要出现在风电上，主要有两种方式：一种是风力发电机本身配备的电力电子装置，另一种是风力发电机的并联补偿电容器可能和线路电抗发生谐振。6）对发电计划与调度的影响问题。传统的发电计划基于电源的可靠性 以及负荷的可预测性，但部分可再生能源电站出力的不可控性和随机性使 得对其既不能进行可靠的负荷预测，也不可能制定和实施正确的发电计划。随着这类随机电源容量比例的
14、增加，必将给电网调度带来不少压力。7）对保护设备的影响。可再生能源在发电过程中常需借助异步发电机，而异步发电机在提供高效检测数据的同时，会对发电机组造成频繁性的摩擦而对设备造成破坏性影响。1.1.4 锂离子储能电源的特点锂离子电池储能则是目前储能产品具有能量密度大、自放电小、没有记忆效应、工作温度范围宽、可快速充放电、使用寿命长、没有环境污染等优点，被称为绿色电池。青海绿草地新能源科技有限公司主要生产以磷酸铁锂和三元材料为正极材料的低温锂离子电池，虽然要好一些，但是要实现大倍率放电时，仍然需要改善负极的导电性，使其的电子导电能力与锂离子从石墨中脱嵌的能力达至平衡。 1.2 项目建设的必要性1.
15、2.1 国家政策支持为提升电力系统调峰能力，有效缓解弃水、弃风、弃光，促进可再生能源消纳，根据中共中央 国务院关于进一步深化电力体制改革的若干意见（中发20159号）文件精神和国家发展改革委国家能源局关于印发电力体制改革配套文件的通知（发改经体20152752号）有关要求，国家发展改革委 国家能源局印发可再生能源调峰机组优先发电试行办法，办法中指出“为促进可再生能源消纳，在全国范围内通过企业自愿、电网和发电企业双方约定的方式确定部分机组为可再生能源调峰。在履行正常调峰义务基础上，可再生能源调峰机组优先调 度，按照 谁调峰、谁受益 原则，建立调峰机组激励机制。”国家能源局最新发布的电力发展“十三五”规划（2016-2020 年）中提到，“十三五”期间，风电新增投产 79GWh 以上，太阳能发电新增投产 68GWh 以上，即到 2020 年全国风电装机达到 210GWh 以上，其中海上风电 5GWh 左右； 太阳能发电装机达到 110GWh 以上，其中分布式光伏 60GWh 以上、光热发电 5GWh。预计以风光发电中新增 装机量的 20%为基数，按 10%的功率比例配置储能系统，
