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1、如何解决风电、光伏发电的间歇性问题？,A,怎样利用风电、光发电填谷调峰？,B,怎样高效的利用风电、光伏发电？,C,？,思,考,抽水蓄能、风力发电与光伏电站群的联合运行应用分析,第三组,新能源转换与控制技术,组员：陈文、邓泽、雷昌龙、李明、王臣玉、喻聪,背景,被称为能源领域最后1公里的储能技术，紧紧牵动着新能源的发展。新能源在经历了迅猛的发展期后，如今进入了瓶颈期，弃风、弃光现象凸显，能否将浪费掉的能源储存并在需要时得以释放，如此看来，储能便是光伏、风电等新能源发展瓶颈的解决方案。 储能能够实现平滑输出，消除昼夜峰谷差，调峰调频和备用容量，满足新能源发电平稳、安全接入电网，有效减少弃风、弃光现象
2、。 2015年，日本东北电力公司正计划在电网上使用世界最大的储电设备，该公司在仙野市建设一台40兆瓦的储电设备用来储存太阳能和风能所发电力。东芝公司出售的这台设备相当于每千瓦时花费5000美元，行业分析师认为这个价格是太阳能和风能发电与传统发电竞争价格的20倍。,参考,02,03,04,风力发电介绍,光伏发电介绍,抽水蓄能介绍,目 录 / contents,05,抽水蓄能与风电、光伏发电的联合运行效益分析,01,储能方式介绍,01,储能方式介绍,蓄能装置的必要性,我国未来的能源结构中,可再生能源将占据越来越大的比重,逐步发展成为重要能源之一。然而,风能、太阳能等可再生能源发电具有不稳定和不连续
3、的特点,如我国大部分地区的风力资源中夜间的风往往强于白天,风强时正是电网用电低谷,电价大约是白天电价的三分之一。如果有配套的电能储存(蓄电)装置将风电存储起来,白天上网,不但可以增加效益、降低电网负担,而且容易保证发电、供电的连续性和稳定性。,蓄电池蓄能,01,主要的储能方式,飞轮蓄能,02,压缩空气蓄能,03,抽水蓄能,04,储能方式,蓄电池蓄能 在独立运行的小型风力发电系统中,广泛使用蓄电池作为蓄能装置。蓄电池可以将多于的电能储存起来,当风速较低时,负荷相对较大时,蓄电池释放电量,以补足风力发电机所发电能的不足,达到维持向负荷持续稳定供电的作用。但蓄电池较适用于较小规模配置,大规模蓄电池组
4、存在度电成本较高,技术仍不成熟等缺点。,储能方式,飞轮蓄能 风力发电系统中采用飞轮蓄能,即是在风力发电机的轴系上安装一个飞轮,利用飞轮旋转时的惯性储能原理,当风力强时,风能即以动能的形式储存在飞轮中;当风力弱时,储存在飞轮中的动能则释放出来驱动发电机发电,采用飞轮蓄能可以平抑由于风力起伏而引起的发电机输出电能的波动,改善电能的质量。飞轮储能具有效率高、建设周期短、寿命长、高储能、充放电快捷、充放电次数无限以及无污染等优点。适用于电网调频和电能质量保障。缺点是能量密度较低，系统安全性保证费用较高。,飞轮储能,储能方式,压缩空气蓄能 同蓄电池储能和飞轮储能相比,压缩空气储能规模较大。如以色列、摩洛
5、哥以已经建成了300MW容量的压缩空气电厂。德国建有150MW的电厂,已经运行了超过10年。与抽水蓄能方式相似,这种蓄能方式也需要特定的地形条件,即需要有挖掘的地坑或是废弃的矿坑或是地下的岩洞,当风力强,用电负荷少时,可将风力发电机发出的多余的电能驱动一台由电动机带动的空气压缩机,将空气压缩后储存在地坑内;而在无风期或用电负荷增大时,则将储存在地坑内的压缩空气释放出来,形成高速气流,从而推动蜗轮机转动,并带动发电机发电。压缩过程中会造成气体温度升高,热损失较大,转换效率低于抽水蓄能。,压缩空气储能,储能方式,抽水储能 抽水储能利用电网中负荷低谷时的电力，由下水库抽水到上水库储能，再放水回到下水
6、库发电。抽水储能非常适合电力系统调峰和用作备用电源，存储能量的释放时间从几小时到数天不等，效率在70% - 85%之间，主要应用领域包括能量管理、频率控制及系统备用电能供给。目前，全世界有超过90GW的抽水储能机组投入运行，约占全球总装机容量的3%，我国国家电网公司规划2020年公司经营区域内抽水蓄能规模将达到2692万kW，抽水储能机组的设计制造和运行效率是该电能存储方式的关键。,抽水蓄能,水力蓄能是目前技术最成熟的,设备容量最大的储能技术,其最大容量己超过1000MW。水力蓄能系统需要适合修建上水库的特殊地形条件,往往一次投入较大,但使用寿命较长。抽水蓄能具备同常规水电站一样的启停灵活的特
7、点,能够平抑风电、光伏发电的短期随即波动。在实际的工程应用当中较为成功,如西班牙的ElHierr岛、Canry岛建有风电场同抽水蓄能电站组成的混合电站阵,成功地解决了风力发电和用户符合之间不匹配的矛盾。,02,抽水蓄能详细介绍,抽水蓄能,抽水蓄能的发展现状 抽水蓄能电站的开发方式和分类 抽水蓄能电站的工作特性 抽水蓄能电站在电力系统的作用,中国抽水蓄能电站发展现状,截至 2012年年底，全国已建抽水蓄能电站 26 座，装机容量2034.5万 kW， 全国在建抽水蓄能电站8座，装机容量 924 万 kW，各区域电网均有一定规模的已建和在建抽水蓄能电站， 这些电站主要在中东部负荷中心地区， 如图
8、， 所示，近年来! 中国抽水蓄能装机有了较快的增长，总规模由 2008 年的 1069.5万kW， 增加到 2012 年的 2034.5万 kW，占电力系统装机的比重由 1.3%提高到 1.8% 。,按上水库调节水量来源划分,l)纯抽水蓄能电站 纯抽水蓄能电站上水库没有天然入库径流,其发电用水量(包括发电调节水量、蒸发损失及渗漏损失)与抽水量基本相等,蓄能发电所需全部调节水量在上、下水库中循环使用。电站本身不直接生产电能,只改变电力系统电能在时间上的分配,如图所示。,按上水库调节水量来源划分,2)混合式抽水蓄能电站 混合式抽水蓄能电站上水库有一定天然入库径流,其发电用水量大于抽水量,电站的总发
9、电量由两部分组成,一部分为由电网低谷电能转换成的高峰电能,另一部分为上水库入库径流所发出的电能。此类电站通常由常规水电站加装抽水蓄能机组改建而成。一般是因为该常规水电站的调节水库承担综合利用任务,例如除了发电以外还有灌溉、航运等任务,发电运行方式受到一定的限制。为了充分发挥电站的调峰作用,加装抽水蓄能机组,将其改建成混合式抽水蓄能电站,例如岗南混合式抽水蓄能电站。另外当天然径流年内分配不均匀性很大,水库调节容量有限时,为了充分利用丰水期径流发电,加装抽水蓄能机组,丰水期常规和蓄能机组同时发电,增加季节性电能,枯水期利用蓄能机组抽水发电,提高枯水期供电能力,例如潘家口混合式抽水蓄能电站.,按上水
10、库调节水量来源划分,3)非循环式抽水蓄能电站 当上水库位于两条河流的分水岭,分水岭两边河谷具有不同的高差,且高差小的一边有足够的天然径流来源。可在高差小的一边建下水库或取水口,设置抽水站,在分水岭建上水库,同时在另一边建常规水电站,将下水库的水抽到上水库,再通过常规水电站放到其下游发电。这样从下水库抽上来的水量不再返回下水库,而是流到另一条相邻河流。这是跨流域引水发电的一种特殊方式。由于抽水扬程小于发电水头,因而也是一种有利的开发方式。例如,奥地利赖斯采克抽水蓄能电站,最大抽水扬程为107Om,最大发电水头为1773m,最大抽水功率为18MW,最大发电出力为67MW。,按调节周期划分,l)日调
11、节抽水蓄能电站 日调节抽水蓄能电站是指承担调节一昼夜电力负荷不均匀任务,其上、下水库水位变化的循环周期为一日的抽水蓄能电站。电力系统日负荷曲线是变化的,夜间负荷减少,要求电力系统减少电力供应,迫使火电厂降低出力运行,这对火电厂运行是不利的。日调节抽水蓄能电站此时抽水,增加电力需求,也就是提高火电厂的低谷负载率,避免压负荷运行,改善火电厂的运行条件。次日负荷需求增大时,日调节抽水蓄能电站改为发电运行,又可增加电力系统负荷高峰时的供电能力。,按调节周期划分,2)周调节抽水蓄能电站 周调节抽水蓄能电站是指承担调节一周内电力负荷不均匀任务,其上、下水库水位变化的循环周期为一周的抽水蓄能电站。每日仍抽水
12、和发电一次,只是周末负荷低落时抽水时间加长,储蓄更多电能,以增加下周工作日电力供电能力。 3)季调节抽水蓄能电站 季调节抽水蓄能电站是指承担调节年内丰、枯季节之间电力负荷不均匀任务,其上,下水库水位变化的循环周期为一年的抽水蓄能电站,但主要是在汛期水量较大时的抽水,枯水期放水发电。此类电站要求上水库调节库容必须能够调节枯水季节发电所需水量,因而所需库容较大,抽水蓄能电站的工作特性,运行灵活性和可靠性 抽水蓄能电站启、停快,工况转换和增、减负荷迅速,运行灵活可靠,强迫停运率较低,跟踪负荷能力强,适宜承担电力系统调频、紧急事故备用和负荷备用,是很好的旋转备用电源。距离负荷中心地区较近的抽水蓄能电站
13、,还可作调相运行,平衡系统无功功率,稳定地区电压,提高电网运行可靠性。例如广州抽水蓄能电站从停机到满发一般只需45min,最快只需2min40s,从停机到满抽一般也只需45min。,抽水蓄能电站的工作特性,运行工况多 抽水蓄能电站既可作水轮机工况运行,又可作水泵工况运行;既可发电,又可抽水;既可向电网供电,又可吸收电网的电力;既是发电电源,又是用电负荷;既可增加供电能力,又可提高电网负载率。临近用电负荷中心地区的抽水电站,还可在抽水工况和发电工况下调节电网无功功率,既可向电网输送无功功率,又可吸收电网无功功率, 双向调节电网无功功率,稳定供电地区电压,提高电网运行稳定性。 由于有这些独特的运行
14、方式,可以在电力系统中发挥调峰、调频、调相及旋转备用等功能,有效改善火电机组运行条件,提高电网运行安全性和经济性,抽水蓄能电站的工作特性,转换特性 抽水蓄能电站是利用能量转换作用,将低谷电能转换成高峰电能,其本身并不生产电能,只是将电网中的电能在时一间上重新分配。在电力系统负荷低谷时,利用低谷剩余电能将下水库水抽到上水库,以水的势能形式将其储蓄起来。到负荷高峰时再将上水库水通过水轮机放人下水库,水的势能就转换为电能送回电网。完成一次循环,上水库水位由发电最低水位升至正常蓄水位,再由正常蓄水位降至发电最低水位;下水库水位由正常蓄水位降至发电最低水位,再由发电最低水位升至正常蓄水位。,抽水蓄能电站
15、的工作特性,转换特性 循环一次抽水所吸收的电量和发电所发出的电量可分别按下式表示:,抽水蓄能电站的工作特性,转换特性 循环一次综合效率可按按下式表示:,抽水蓄能电站的综合效率与水泵水轮机、发电电动机、主变压器及输水系统的运行效率有关,即:,式中:l、2、3、3一分别表示发电工况下抽水蓄能电站输水系统、水轮机、 发电机和主变压器的工作效率; 5、6、7、8:一分别表示抽水工况下主变压器电动机、水泵和输水系统的工作效率。,抽水蓄能电站的工作特性,转换特性 抽水蓄能电站的综合效率实际上是变压器、水力机械与电气设备、输水管道在发电工况时运行效率之乘积。一般而言,现代化的大中型抽水蓄能电站综合效率=0.
16、670.75,即“四度电换三度电”。,抽水蓄能电站在电力系统的作用,削峰填谷作用 削峰填谷是指蓄能电站是利用夜间负荷低谷时其他电源(包括火电站、核电站和风电等)的多余电能,利用水泵将下水库的水量抽到上水库储存起来,待负荷尖峰时段放水发电。因此,蓄能电站在抽水时一段相当于一个负荷大户,其作用是把日负荷曲线的低谷填平了,即实现“削峰填谷”。“削峰填谷”的作用使常规电厂出力平衡,可降低火电厂煤耗,从而获得节煤效益,减少火电厂频繁调整出力的耗损。,抽水蓄能电站在电力系统的作用,调整系统频率 任何电力系统在运行中难免会发生设备事故及负荷计划外增减,引起电力系统功率不平衡,造成系统频率波动。为了防止系统频率进一步恶化,系统调度人员必须迅速投入备用机组,尽快恢复系统功率平衡。一般要求从频率开始波动到系统功率恢复平衡,使频率恢复原状或稳定在新的水平的全过程,不超过几秒至几分钟,这就要求担任旋转备用的机组必须能快速反映。通常火电机组采用带部分负荷运行方式,让一部分容量空转,以此来承担旋转备用。这部分空转容量所消耗的燃料费用,实际上加大了火电厂的
