江苏电网储能技术应用分析

务力超越·追求卓起 江苏电网储能技术应用分析 国网江苏电科院李群 2024年6月 江苏电网运行情况概述 汇报提纲 江苏电网储能适应性分析江苏电网储能配置需求分析 儿诸能技术应用研究方向 1-1江苏电网基本情况 2023年江苏最高负荷达1.32亿千瓦，呈现冬夏双峰、日内三峰用电特征，预 计2025、2030年将达1.55、1.91亿千瓦；目前，全省新能源装机超6800万于瓦 预计2030年达1.5亿于瓦，将超过火电成为第一大电源 10695万千瓦 10800万千瓦 10531万千瓦 160D0 1.5忆干瓦$5.005 50.54% 155,(0) 14000 50.00% 1D3.008 5.00 万千瓦 12000 1000 6210万千瓦 34.60% 8000万千瓦， 36.89%* 45.00% 40.00% 2008 35.00% 30.00% 60C725.00% 2023年典型日负荷特性2022年典型日负荷特性 2000 2023年底 2025年±ot 新能源装机客量+新能源机占比 s0(roz 典型日负荷特性新能源装机及占比发展情况 3 1-2江苏电网面临主要挑战 （一）夏冬高峰保供压力持续存在 2025-2027年用电负荷持续增长，负荷高峰运行期间全网电力供需紧平衡；受 燃气供应不确定性影响，负荷中心部分220干伏分区电网供电不足问题持续存在， 电网保供压力大。 ）新能源消纳形势愈发严峻 2025、2030年新能源装机将达8000、15000万千瓦，新能源“量变”引起净 负荷特性“质变”，用电峰谷差以3%-8%逐年增长，调峰缺口日益增大，节假日 等时段新能源消纳尤为困难 1-2江苏电网面临主要挑战 （三）系统频率稳定能力逐年弱化 新能源及区外直流快速发展挤占同步电源开机空间，系统惯量水平降低导致频 率稳定性遂年弱化，预计至2029年极端情况下，华东最大直流（吉泉）闭锁后系 统频率可跌破49Hz，将触发低频减载装置动作。 （四）配变反向重超载风险不断上升 苏北局部地区户均光伏装机28干瓦，远超户均容量6干瓦，局部地区承载能力受限，引起配变反向重超载。2024年以来，全省累计发生因光伏出力引发的超载配变1038台，最大负载率达149%。 1-2江苏电网面临主要挑战 （五）电能质量问题日益显现 配变关口及用户电压午间随光伏有功倒送而抬升。2023年全省光伏台区用户电压越上限率为非光伏台区的2.28倍，台区内分布式光伏渗透率超过80%时，用户最高电压的平均值在晴天达到244.5V。 新型储能具备响应速度快，调节能力强、建设周期短、选址简单灵活等优势是应对电力保供、新能源消纳、系统频率稳定、重超载治理、电能质量一系列挑战的重要手段。 江苏电网运行情况概述 汇报提纲 江苏电网储能适应性分析江苏电网储能优化配置分析储能技术应用研究方向 2-1新型储能技术特点及需求场景 截至2023年底①，我国已投运储能装机规模8650万千瓦，占全球市场总规模 的30%；新型储能累计装机规模达到3450万干瓦，其中锂离子电池占新型储能 总装机97.3%。 0.7% 49939 200% 000SE 180% 30000 160 锂离子电池 1404 25000 97.3%1206 抽画储能新型储能0000Z1004 59.4%39.9% 压维气绪期，0.6%其它.<0.1% 15000 10000 COCS 601 404 0.6%201620172018202029212023 覆机摄(MW)年增长丰 各类型储能装机占比新型储能装机发展情况 8 数据来源：①《储能产业研究白皮书2024》 2-1新型储能技术特点及需求场景 根据技术原理及存储形式差异，新型储能可分为化学储能、机械储能和电磁储能三大类，可根据各类储能技术特点、电网需求场景灵活配置 锂离子电池液流电池 钠离子电池特点分析电网需求场景 化学氢储能 储能功率密度 电力保供 网 新型能量密度主新能源消纳 储能响应速度系统频率稳定 效率 机械电磁 设备重超载 储能储能配 重力储能成本 压缩空气储能超级电容储能 飞轮储能L超导储能 网电能质量 2-2新型储能技术特点 （一）锂离子电池 锂离子电池以磷酸铁锂为主，具备能量密度大、响应速度快、度电成本低、技术成熟等优点，但循环寿命较短、有燃爆风险，可应用于电力保供、新能源消纳系统稳定、电能质量提升等场景。 技术特点 优点：能量密度160Wh/kg 百毫秒级响应速度 缺点：循环寿命7000次 燃爆风险 典型示范应用 江苏规模最大锂离子储能电站（在建） 远景射阳250MW/500MWh10 2-2新型储能技术特点 （二）液流电池 液流电池以全钒液流电池为主，具备响应速度快、放电时间较长等优点，但能量密度低、资源丰富度低、工作温度要求高，可应用于电力保供、新能源消纳、系统稳定等场景。 技术特点 优点：百毫秒级响应速度 放电时间8小时 缺点：能量密度15Wh/kg 工作温度限制为5-45 典型示范应用 江苏规模最大全钒液流储能（在建） 华电灌云10MW/20MWh11 2-2新型储能技术特点 （三）重力储能 重力储能具备放电时间长、循环寿命长、环境适应性强、安全性高等优点，但 存在响应速度慢、初装造价高等问题，可应用于电力保供、新能源消纳场景。 技术特点 优点：放电时间6-15小时 循环寿命达40年 缺点：分钟级响应速度 典型示范应用 初装造价达1万元/kWh全球首个百兆瓦时级的重力储能项目 12 如东26MW/100MWh 2-2新型储能技术特点 （四）压缩空气储能 压缩空气储能具备循环寿命长、放电时间长、度电成本低等优点，但在响应速度、能量转换效率存在不足，且易受场地限制。压缩空气储能可应用于电力保供新能源消纳场景。 技术特点 优点：循环寿命50年 放电时间可持续数天 缺点：分钟级响应速度 充放电转换效率70% 典型示范应用 仅可在矿坑/地下盐穴建设世界首个非补燃压缩空气储能电站 金坛60MW/300MWh13 2-2新型储能技术特点 (五）飞轮储能 飞轮储能具备瞬时功率大、循环寿命长、响应速度快优点，但在能量密度、度电成本、放电时间存在不足。主要解决电压瞬变、电压骤升骤降、短时供电中断等电能质量问题，也可应用于惯量响应支撑、一次调频等需要频率快速调节场景 段 技术特点AC400VVI段 0ACI0kV 优点：瞬时功率达20kW/kg 客 循环寿命百万次以上毫秒级响应速度 低压晚流器隔离变方天线 飞RDC750V 电力电子 变压品并网点PT、CT 惯量响应装否 缺点：能量密度为电化学储能的50%场站级控制系统 典型示范应用 放电时间10秒-15分钟江苏电科院飞轮储能系统 125kW/15s14 2-2新型储能技术特点 （六）超级电容储能 超级电容储能是指利用电容器的储存电能技术，具备响应速度快、能量转换效率高、循环寿命长优点，但存在放电时间短、能量密度低、材料价格贵问题。可解决电压暂降等电能质量问题 技术特点 优点：毫秒级响应速度典 充放电转换效率95%循环寿命15年 缺点：放电时间5-10秒 型示范应用 能量密度为锂离子电池1%国内首套超级电容微储能装置 初装造价达0.7-1.5万元/kWh江苏110kV虎桥变15 2-3新型储能技术对比 典型储能技术性能指标比对表① 储能方式化学储能机械储能电磁储能 细分种类 锂离子 钠离子液流氢储能飞轮压缩能空气储重力超导磁 超级电容器 电池（注： 磷酸铁锂） 电池电池储能 储能储能 风险废弃物 风险废弃物 低风险 剧毒物 风险 无风险 机械伤害 无风险 低风险 无风险 风脸无风险 低风险 无风险 低风险 无风险 百MW/ 百MW/ 百MW/ 百MW/ MW/ 百MW/ 百MW/ MW/ MW/ GWh 百Mwh 百Mwh 百MWh MWh GWh GWh MWh kWh 本质安全燃爆燃爆燃爆 安全 环保安全 单站功率/容量 能量密度160145 吊装 /// Wh/ka Wh/kg15Wh/kg 2.5Wh/kg 小时 响应时间百毫秒级毫秒级百毫秒级秒级毫秒级分钟级分钟级毫秒级毫秒级 时间小时分钟小时 效率95%85%80%40%90%70%85%95%95% 日历/循环寿命 15年/7000次 10年/ 2000次 20年／17000次 25年／ 无限制 20年／ 无限制 40年／ 无限制 20年／15年/ 无限制无限制无限制 额定功率放电0.3-6 技术小时 0.7-8 2-8小时-季度10秒-154小-10时 6-15 5-10秒5-10秒 经济 丰富部件给率低 资源丰度锂自给率低资源五氧化二钒催化剂等核心 产能低 特殊场地需求 无 无 无 无 无 矿坑/地穴下盐 无 无 无 产业成熟度 规模应用 示范 规模应用 示范 示范 规模应用 示范 研究 示范 / 初装造价 1200元/ 800元/ 4500元/ 1.5万元/ 12万元/ 1450元/ 1万元/ / kwh kwh kwh kWh kwh kwh 度电成本 0.4-0.65元 0.67-0.88元 0.71-0.95元 约1元 / 0.2-0.4元 约0.5元 / //// 数据来源：①《新型储能技术路线分析及展望》新能源科技，2023口 ②《2023年中国储能技术研究进展》储能科学与技术，2024 ①《各类储能技术度电成本分析》互联网信息，2022 优劣16 2-4新型储能适用场景分析 （一）支撑电力保供场景储能需求 电力保供场景下，储能需发挥保障尖峰负荷时段供电、缓解输配电阻塞、提升电网输送能力的作用，要求新型储能容量具备一定规模，放电时长达到小时级、充放电效率高 锂离子电池 放电时容量大 间长压缩空气储能 充放电 储能充电效率高 重力储能 时 期 DLC2204006008(010.017.003430160018(0790072.012400 推荐储能类型 全液流电池 冬季高峰储能充放电策略储能需求 17 2-4新型储能适用场景分析 （二）促进新能源消纳场景储能需求 新能源消纳场景下，储能需发挥平滑新能源发电出力、提供备用容量、减少新能源弃电、增强新能源场站调节能力的作用，要求新型储能容量具备一定规模欣电时长达到小时级，转化效率高 锂离子电池 能量密 转化效度大 幸高压缩空气储能 放电时 间长 重力储能 光伏配储适应性分析储能需求 推荐储能类型 全液流电池 81 2-4新型储能适用场景分析 （三）提升系统频率稳定场景储能需求 系统频率稳定性提升场景下，储能可提升电网调频能力，应对直流闭锁等故障导致的频率稳定风险，要求新型储能瞬时功率大、响应速度快循环寿命长 响应功率大 时间短 锂离子电池 飞轮储能 2.4万 kw 100万 kw 循环寿 命长 推荐储能类型 全钒液流电池 锂离子电池与火电惯量支撑能力对比储能需求19 2-4储能适用场景分析 （四）治理配变重超载场景储能需求 治理配变重超载场景下，通过储能系统的电能储存时移特性及四象限运行特性，可以实现配变临时性重超载治理和分布式光伏消纳，解决配网未端低电压/过电压问题，要求储能小时级存储、占地小、低成本、寿命长 存储 小时级占地小锂离子电池 寿命长 低成本 钠离子电池 储能削峰台区光伏倒送超载功率 推荐储能类型 储能需求20 2-4储能适用场景分析 （五）改善电能质量场景储能需求 在数据中心、智能制造等高电能质量需求地区，需要发挥储能快速充放电优点提高电网对电压跌落、电压偏差等电能质量问题的瞬时响应能力。要求储能响应速度快、空间适应性强、安全性高 空间适 韩能支菲电压恢响闯应短时应性强 飞轮储能 电压智降安全性超级电容储能 高 电压哲降时间 储能支撑电压暂降储能需求 推荐储能类型 锂离子电池 21 2-4新型储能适用场景分析 全省新型储能需求与技术性能匹配分析对照表 全飞轮压缩空气重力超级电容 储能种类 电力 锂离子 液流储能储能储能储能 适用 保供不适用适用 需求新能源 场景消纳适用 (放电