低慣量電力系統(tǒng)儲能應用探究2023年7月2020-2060年我國電力發(fā)展情景*電源裝機結構：2025年非化石能源發(fā)電裝機占比約為50%；2035年風光裝機量超過總裝機容量50%；2055-2060年煤電裝機保持3億kW左右發(fā)電量結構：2030-2035年間非化石能源年發(fā)電量占比超過50%；2045-2050年間風光發(fā)電量超過總發(fā)電量50%1009080706050403020100100908070605040302010025201510593.5

10090.279.089.176.292.415.785.688.615.281.666.679.914.78072.474.6和效16.264.748.065.513.757.2

60.157.654.052.912.750.0

54.16045.044.722.042.137.829.638.59.59.833.19.69.38.84020033.97.611.37.24.44.93.314.44.73.610.8

12.15.35.42.15.11.44.60.75.74.03.02.91.711.70.813.10.5

0.49.602020

2025

2030

2035

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2045

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2055

20602020

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2055

2060非化石能源發(fā)電量占比

年總發(fā)電量

風光發(fā)電量

煤電發(fā)電量非化石能源裝機占比

發(fā)電裝機總容量

風光裝機煤電裝機1*.

雙碳目標下我國能源電力系統(tǒng)發(fā)展前景分析.

中國科學院學部“碳達峰與碳中和”科學與技術前沿論壇,

2023年2月.低慣量電力系統(tǒng)低慣量電力系統(tǒng)or低慣性時間常數(shù)電力系統(tǒng)未來電力系統(tǒng)將逐步從以同步電機為主的系統(tǒng)，轉變?yōu)榫哂懈弑壤履茉醇案弑壤娏﹄娮友b備特征的電力系統(tǒng)推L

廣和效益

析TmCTeLC2量化表征電網慣量的重要指標等效慣性時間常數(shù)電力系統(tǒng)等效慣性時間常數(shù)演變趨勢為便于開展分析，以慣性時間常數(shù)M作為系統(tǒng)慣量水平的主要表征指標100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%12108包含多臺發(fā)電機組的系統(tǒng)：

n

M

M

SS推廣應用和效益分析6

Ni

BNiB

i

14

2

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2

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1Ni01996-2016年，歐洲電網慣性時間常數(shù)從8s下降至6.6s，新能源裝機占比極高的丹麥電網則從8s快速下降至3.2s*水電火電核電風電太陽能其他等效慣性時間常數(shù)-不考慮風機慣量*Fernández-Guillamón

A，Gómez-Lázaro

E，Muljadi

E，et

al．Powersystems

withhigh

renewable

energy

sources:

A

review

ofinertia

and

frequency

control

strategies

overtime[J]．Renewable

and

Sustainable

Energy

Reviews，2019，115：109369．3低慣量電力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)電力電量平衡新能源滲透率提升2040年主要挑戰(zhàn)：新能源消納主要挑戰(zhàn)：新能源消納+電力保供+頻率穩(wěn)定主要矛盾：中短時間尺度電力平衡主要矛盾：中短時間尺度電力平衡+長周期電量平衡?

短時間尺度?

正常天氣條件有功功率偏差——頻率穩(wěn)定場景條件時間尺度新能源消納

or

頻率穩(wěn)定?中時間尺度小時級日級功率平衡問題——新能源消納?

極端天氣條件電力保供+頻率穩(wěn)定?

長時間尺度跨周跨季電量平衡問題——電力保供4儲能在低慣量電力系統(tǒng)中的應用實現(xiàn)能源/電力的“斷點續(xù)傳”“緩存”儲能

儲能特有的功率控制和能量搬移功能，是支撐高比例可再生能源高效利用的有效調控手段能源轉型未來愿景效益分析新型電力系統(tǒng)實現(xiàn)不同時間尺度電力電量平衡源

網荷電力系統(tǒng)特性的根本性變化（靈活性、經濟性、安全性提升）儲5儲能應用場景新能源消納-場景1高比例可再生能源電力系統(tǒng)發(fā)展情景?

儲能促進新能源消納作用存在飽和效應，隨著儲能相關指標2030年裝機增加，儲能對新能源消納促進作用逐漸減弱一次能源消費總量（億tce）58非化石能源在一次能源消費中的比例（%）28.11.004.506.8112.530.6310.263.3526.8%全國西北受端東北核電水電26.69%26.60%26.6%26.4%26.2%26.0%25.8%25.6%風電廣應用和效電力裝機（億kW）太陽能發(fā)電生物質電煤電氣電25.67%指標名稱生產模擬仿真結果*非化石能源發(fā)電量（萬億kWh）非化石能源發(fā)電占比（%）新能源**發(fā)電量（萬億kWh）新能源發(fā)電量占比（%）5.4751.072.750.000.390.771.161.551.93配置儲能容量（億kW）25.67**結果統(tǒng)計中“新能源”均僅含風電、光伏，不包括生物質發(fā)電6*仿真基于中國電科院新能源時序生產模擬軟件儲能應用場景頻率穩(wěn)定隨著M

降低，出現(xiàn)功率不平衡后?

頻率初始下降率增大?

頻率最大偏差增大虛擬慣量？

不影響頻率穩(wěn)態(tài)值效?

是否應該缺啥補啥？?

是否能補得上？是否具有經濟性？電化學儲能可快速減小功率不平衡值??

是否會導致新的問題？范例中，當電網H(M/2)=3時，頻率偏差最大值約1.33Hz，電網H(M/2)=5時，頻率偏差最大值約1.25Hz，兩者差別偏差僅為0.08Hz（考慮到北美電網頻率為60Hz，實際偏差更?。?/p>

Anderson

P

M

,

Mirheydar

M

.

A

low-order

system

frequency

response

model[J].

IEEE

Transactions

on

Power

Systems,

1990,

5(3):P.720-729.儲能應用場景頻率穩(wěn)定頻率跌落最低點?

隨著新能源滲透率提高，M值減小，頻率跌落最低點逐步降低假定出現(xiàn)5%