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變電站儲能嘗試毫秒級電網(wǎng)調(diào)頻
日期:2021-03-10   [復(fù)制鏈接]
責任編輯:sy_qianjiao 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
近日,國家電網(wǎng)有限公司率先發(fā)布“碳達峰、碳中和”行動方案。方案中明確了要加強系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力建設(shè),大力推進抽水蓄能電站和調(diào)峰氣電建設(shè),推廣應(yīng)用大規(guī)模儲能裝置。今年2月,國網(wǎng)江蘇省電力有限公司自主研制的變電站超級電容微儲能裝置投運,可快速功率響應(yīng)、主動抑制電網(wǎng)諧波、靈活調(diào)節(jié)無功、提高供電可靠性,助力電網(wǎng)運行更加安全可靠。 

南京110千伏虎橋變電站。江藝 攝
 
  超級電容儲能柜。 史明明 攝

  專業(yè)人員在南京110千伏虎橋變電站記錄分析超級電容微儲能裝置電能質(zhì)量數(shù)據(jù)。  江藝 攝

  專業(yè)人員在實驗室開展微儲能裝置模塊測試。江藝 攝

“自超級電容微儲能裝置投運以來,虎橋變電站供電電壓合格率始終保持在100%,諧波含量降低15.6%,電壓閃變現(xiàn)象也得到根本抑制。有了這套裝置,我們再也不用擔心客戶反映電能質(zhì)量問題了。” 江蘇南京供電公司運檢部副主任何萍說。2月7日,國網(wǎng)江蘇省電力有限公司自主研制的國內(nèi)首套變電站超級電容微儲能裝置在南京江北新區(qū)110千伏虎橋變電站投運。截至3月8日,該裝置已安全運行29天,為提升南京江北國家級開發(fā)區(qū)電能質(zhì)量和供電可靠性發(fā)揮了重要作用。

靈活調(diào)控,新型儲能裝置讓電網(wǎng)運行更安全

當前,風電和光伏發(fā)電機組、直流輸電裝置等電力電子設(shè)備在電力系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用,顯著縮短了傳統(tǒng)燃煤機組的運行時長,降低了電力消費的碳排放水平。但電力電子發(fā)電設(shè)備在替代傳統(tǒng)燃煤機組的同時,也同步壓減了電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用容量。電力電子化電力系統(tǒng)的低慣量、欠阻尼特征是大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行面臨的最大挑戰(zhàn)。

儲能技術(shù)是目前公認的可以有效提升電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)備用容量的途徑。儲能的方式有很多種,主要包括基于化學方式的鋰電池、鉛酸電池、鉛碳電池等,基于機械方式的飛輪儲能,基于勢能方式的抽水蓄能、壓縮空氣儲能,以及基于電磁場方式的超級電容、超導磁儲能。

江蘇電力科學研究院高級工程師史明明博士介紹,受電化學反應(yīng)速率的限制,鋰電池、鉛酸電池、鉛碳電池等電化學類儲能系統(tǒng)的功率密度比較小。當發(fā)生電網(wǎng)暫態(tài)擾動事件功率突變時,電化學儲能系統(tǒng)不能快速地吸收或釋放目標功率,較難滿足系統(tǒng)的動態(tài)要求。

超級電容器具有充放電速度快、循環(huán)壽命長、安全性高等優(yōu)勢,尤其適合短時大容量功率需求場景,放電倍率是鋰電池的百倍以上,近年來成為國內(nèi)外廣泛關(guān)注的一種新型儲能元件。超級電容器如果能在電網(wǎng)中應(yīng)用,可快速釋放能量,“一攬子”解決大擾動情形下電網(wǎng)頻率失穩(wěn)、電壓暫降等問題。

基于超級電容器的性能優(yōu)勢,2019年8月,國網(wǎng)江蘇電力設(shè)備部組建了電能質(zhì)量提升專項技術(shù)攻關(guān)團隊,聚焦電壓暫降、諧波消除等“卡脖子”難題攻關(guān)。江蘇電科院專業(yè)人員深入現(xiàn)場調(diào)研,分析對比技術(shù)路線,提出了集諧波抑制、無功補償、暫降治理、儲能等功能于一體的超級電容微儲能技術(shù)方案。

為確保項目可行性,攻關(guān)團隊先在實驗室完成50千瓦樣機各項功能試驗后,再進行500千瓦超級電容微儲能裝置的研制。該裝置主要由超級電容模塊、電力電子變流器和快速功率控制器三部分組成??焖俟β士刂破骺稍?0毫秒內(nèi)完成頻率檢測,電力電子變流器可在2毫秒內(nèi)實現(xiàn)有功功率的快速、精準支撐,并且電力電子變流器集成了電網(wǎng)諧波主動抑制、無功功率靈活調(diào)節(jié)功能,讓該裝置成為集儲能與電能質(zhì)量管理于一體的新型補償裝置。今年2月7日,這套變電站超級電容微儲能裝置投入使用。

試點先行,毫秒級響應(yīng)讓電網(wǎng)運行更可靠

“江蘇作為長三角重鎮(zhèn),高端制造業(yè)發(fā)達,高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)眾多,半導體集成電路企業(yè)、數(shù)據(jù)中心等高產(chǎn)值用戶對電能質(zhì)量的要求很高。如何進一步提升電能質(zhì)量成為迫在眉睫的難題。”國網(wǎng)江蘇電力設(shè)備部副主任景巍巍說。

他介紹,南京江北新區(qū)作為江蘇省唯一的國家級新區(qū),是江蘇對接“一帶一路”倡議和長江經(jīng)濟帶戰(zhàn)略的重要支撐點,用電負荷增長快,對供電可靠性要求高。而110千伏虎橋變電站鄰近長江沿岸、靠近南京科技創(chuàng)新總部大廈,主要供電客戶為大型寫字樓、高新技術(shù)研創(chuàng)園、自貿(mào)區(qū)等,對供電可靠性的要求尤其高。

“超級電容微儲能裝置在江北新區(qū)110千伏虎橋變電站投運以來,實時檢測電網(wǎng)運行數(shù)據(jù),動態(tài)調(diào)整電網(wǎng)的無功功率,消除電網(wǎng)超標的諧波電流,補償電網(wǎng)電壓暫降,保障供電質(zhì)量。有了它的支撐,電網(wǎng)更安全了。”史明明說。他介紹,正常情況下,該裝置以電能質(zhì)量綜合治理模式運行,保障日常供電質(zhì)量。而萬一電網(wǎng)發(fā)生大波動引起頻率跌落時,該微儲能裝置可以在12毫秒內(nèi)進入一次調(diào)頻模式。傳統(tǒng)發(fā)電機組因為機械慣量大,一次調(diào)頻響應(yīng)延遲會達到10秒以上,從而引起故障范圍的擴大。而超級電容微儲能裝置好比“渦輪增壓裝置”,彌補了關(guān)鍵時間窗口的功率缺口,使電網(wǎng)的一次調(diào)頻過程明顯提速。

前景廣闊,小裝置蘊藏大潛能

截至2020年年底,江蘇電網(wǎng)新能源發(fā)電裝機達3217.7萬千瓦,占全省發(fā)電總裝機的22.7%。根據(jù)國網(wǎng)江蘇電力“十四五”規(guī)劃,江蘇電網(wǎng)的新能源發(fā)電裝機占比將進一步提升——到2025年年底,江蘇風電總裝機將達到5200萬千瓦、光伏發(fā)電總裝機將達到3800萬千瓦,總共將占全省發(fā)電總裝機的近50%。高比例新能源接入正給現(xiàn)有電網(wǎng)網(wǎng)架帶來新的問題,電網(wǎng)亟須毫秒級的快速功率支撐裝置。

在發(fā)展應(yīng)用儲能技術(shù)提升電網(wǎng)安全運行水平方面,江蘇電網(wǎng)一直在探索。近年來,國網(wǎng)江蘇電力先后建成了大規(guī)模源網(wǎng)荷互動系統(tǒng),并在鎮(zhèn)江、蘇州、淮安等地相繼投運電化學儲能電站,總?cè)萘?2萬千瓦。電化學儲能在消除新能源波動、降低負荷峰谷差、提高供電設(shè)備利用率、提升供電可靠性等方面具有突出優(yōu)勢,是實現(xiàn)能源供應(yīng)清潔化、用戶用電智能化、網(wǎng)荷高效互動化的重要手段。而南京江北新區(qū)110千伏虎橋變電站超級電容儲能示范工程的成功投運,為安全、經(jīng)濟、高效的儲能技術(shù)應(yīng)用探索了一條新路。

超級電容微儲能裝置多能合一,具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地小的優(yōu)點,可充分發(fā)揮變電站內(nèi)零星閑散空間資源效能。此外,它還可以替代變電站電容器、電抗器,占地僅為傳統(tǒng)設(shè)備的60%,而且電壓曲線控制更平滑,大大提升了變電站的智能化水平。

“超級電容微儲能裝置不僅可以作為電網(wǎng)的‘渦輪增壓裝置’,保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行;也是電網(wǎng)諧波的清除者,能保障用戶的綠色供電;還是配網(wǎng)的‘充電寶’,可在突發(fā)電壓暫降時,保障用戶供電不間斷。” 國網(wǎng)江蘇電力設(shè)備管理部技術(shù)處副處長付慧說。

隨著江蘇產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進一步升級、高尖端企業(yè)比重不斷提升,超級電容微儲能裝置將有良好的應(yīng)用市場。超級電容微儲能裝置可在省內(nèi)變電站、配電站房推廣應(yīng)用。據(jù)國網(wǎng)江蘇電力初步測算,省內(nèi)變電站的可利用空間具有新增200萬千瓦超級電容微儲能裝機規(guī)模的潛力,為超級電容微儲能帶來廣闊應(yīng)用前景。

 原標題:變電站儲能嘗試毫秒級電網(wǎng)調(diào)頻
 
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來源:國家電網(wǎng)報
 
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