场景、推进虚拟电站建设具有重要意义。
01储能与虚拟电站的关系
1.1储能在虚拟电站中的作用
储能是指通过介质或设备把能量储存上去,在须要时再释放的过程,也就是将能量进行时间上的平移过程。所谓虚拟电站,从广义上讲就是对需求侧响应的延展。传统的需求侧响应主要通过对用电负荷的调节实现“削峰”效果,虚拟电站则是通过接入更多样化的的用户,通过对那些用户的集中控制,使其除了可以调节自身的用电负荷,还可以对外输出能量,进而做到“削峰”和“填谷”兼顾。从本质上讲,虚拟电站就是将现实电站所生产的能量进行了时间和空间上的平移,进而达到提升电力系统调节能力的目的。很显著,储能是将能量进行平移的最有效手段,因而,储能系统是虚拟电站不可或缺的组成部份。
1.2储能技术应用面临的问题
就储能技术的应用情况来看,单独在电源侧、电网侧和负荷侧的应用疗效都遭到一定条件的掣肘。在电源侧储能,不同类型发电机组所采用的储能技术之间具有很大的差别性,投资也千差万别。储能的利润主要来始于可盈利好间不多的传统电力市场,因而很难产生规模。在电网侧储能,其实更易于协调控制,但过低的设备投资和运行费用也严重阻碍了储能技术的应用。在负荷侧储能,其灵活的调节方法是其主要优势,但常年以来,因为缺乏价值彰显机制,仅靠峰谷水价差别无法支撑投资压力。虚拟电站的建设为储能在负荷侧的应用提供了新的机遇。
1.3储能是虚拟电站中聚合各种资源的媒介
虚拟电站的灵活性得益于它聚合了诸多的可调节资源,其中包括可调节、可中断负荷、储能设备和分布式电源。其中可调节、可中断负荷属于需求类资源,分布式电源属于供给类资源。储能则属于介于需求和供给之间的混和类资源,虚拟电站正是通过这种混和类资源将诸多可调节资源聚合在一起的。
1.4储能增强了虚拟电站的可调节性
虚拟电站的赢利模式主要由电量交易和辅助服务交易两种收入构成。这两种模式都是以可调节电量作为虚拟发电量进行交易的。虚拟电站的可调节性越好,对提升电力系统灵活性的贡献就越大,虚拟电站的利润也越高。如公式1.1所示,虚拟电站的可调节电量由三个部份组成:可调节负荷、储能电量、分布式电源发电量。
在以上三个要素中,分布式电源几乎是不可调节的,可调节负荷也常常遭到好多诱因的阻碍,例如,用电设备的生产须要、使用状态等等。相对而言,储能设备只要处理好储和放的关系,它的可调节范围就有很大的空间。
1.5储能可以突破虚拟电站的局限性
虚拟电站的本质是通过聚合负荷侧的诸多资源实现电力系统的灵活性。它局限于电力的生产和使用。对于负荷侧而言,其能源需求不仅电力,还有热力等其他能源。为此,负荷侧更关注的问题在于怎样合理使用能源。正由于这般,综合能源管理问题成为更广泛的话题。在综合能源管理过程中,多能互补是一个重要的元素。大多数虚拟电站中的储能设备在储能的过程中伴随着不同能源之间的互相转换(例如电蓄热),这便为实现多能互补提供了条件。为此,假若将虚拟电站与综合能源管理系统有机结合,除了可以突破虚拟电站的局限性,也可以促使综合能源管理系统的数字化管理水平。
02储能技术发展现况
近十几年来,随着能源变革的持续推动,作为促进可再生能源从取代能源迈向主体能源的关键,储能技术深受了业界的高度关注。截止2015年末,全球储能装机总数约167GW,约占全球电力总装机的2.9%;我国储能装机为22.8GW,约占全省电力总装机的1.7%。预计到2050年,我国储能装机将达200GW,市场规模将达2万万元以上。
2.1主要储能技
虽然储能形式五花八门,但按所储能量类型来分不外乎由动能(飞轮储能)、势能(抽水蓄能)、热能(电蓄热)、化学能(电物理储能)和电能(电磁储能),按储能原理界定主要有化学储能、化学储能、电磁储能和热储能四种。不同的储能技术在概念与原理上差别很大,因此其关键科学问题与技术难点也有所不同。
2.2储能技术的应用场景
储能技术广泛应用于电力系统电源侧、电网侧、用户侧的不同场景。电源侧平滑新能源出力波动、调频等场景属于超短时和短时尺度应用,季节性调峰等场景属于常年尺度应用;电网侧提供系统备用、延缓输变电设备阻塞等均属于短时尺度应用;用户侧提升电能质量、调频属于超短时和短时尺度应用,参与需求侧响应在短时和常年尺度均有应用。
储能技术能够在电力系统中得到推广应用,主要取决于是否还能达到一定的储能规模等级,是否具备适宜工程化应用的设备形态,以及是否具有较高的安全可靠性和技术经济性。
安全与可靠仍然是电力系统运行的基本要求,兆瓦级规模的储能系统对技术的安全与可靠性提出了更高的要求,能够在此规模及更大规模下安全可靠地运行将是评价一种储能技术能够大规模商业应用的指标之一。
未来广泛应用于电力系统的储能技术,起码需达到兆瓦级的储能规模。目前,电蓄热储能、抽水蓄能、压缩空气储能和电物理电瓶储能可达到兆瓦级的储能规模,而飞轮储能、超导磁储能及超级电容器等功率型储能技术很难达到兆瓦时级。因而,因为安全可靠性高,电蓄热储能、抽水蓄能、压缩空气储能和电瓶储能是大规模发展储能技术的首选。
03固体电蓄热技术
3.1固体电蓄热技术的基本原理
固体电蓄热技术是将电热转换、热能储存与释放有机结合的产物,它可以将电能转换为热能储存于固体蓄热材料中,在须要热量时通过特定的传热过程实现热能释放的固体电蓄热形式。通常情况下,大功率固体电蓄热装置(见图3.1)由配电系统、电热转换系统、固体蓄热系统、热交换系统等若干子系统构成。装置工作时,由配电系统提供电力,电热转换系统将电能转换成热能传递给固体蓄热系统吸收储存,当须要输出热能时,热交换系统通过传热风机将炉腔内的热空气送入换热,换热将热空气的热能传递给供热工质并由供水工质带走。