2023年200MW储能电站储能系统设计方案.pdf
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1、大 唐 华 银 耒 阳 分 公 司 200MW/400MWh 储 能 电 站 项 目 可 行 性 研 究 说 明 书 送 审 稿 收 口 版402)A G C 的 响 应 滞 后 时 间 不 大 于 8 0 0 m s,有 功 功 率 调 节 上 升 时 间 不 大 于3 0 0 m s,有 功 功 率 调 节 稳 定 时 间 不 大 于 5 0 0 m s,A G C 控 制 时 的 充 放 电 转 换时 间 不 大 于 4 0 0 m s。3)指 令 响 应 死 区 应 在 士 1%P n 内,稳 态 控 制 偏 差 应 在 士 1%P n 内,最 大 调 节 步 长 应 为 1 0 0%
2、P n。4)最 大 可 用 充 电、放 电 功 率 应 为 1 0 0%P n,调 节 速 率 应 不 小 于1 0 0%P n/3 0 0 m s。4.1 0 结 论(1)耒 阳 分 公 司 电 化 学 储 能 电 站 工 程 总 规 模 2 0 0 M W/4 0 0 M W,储 能 电站 布 置 在 耒 阳 分 公 司 三 期 扩 建 端,计 划 于 2 0 2 2 年 底 前 建 成 投 产。(2)本 工 程 推 荐 接 入 系 统 方 案 为:耒 阳 储 能 电 站(2 0 0 M W/4 0 0 M W h)以 1 回 2 2 0 k V 线 路 接 入 耒 阳 分 公 司 2 2
3、 0 k V 母 线,新 建 线 路 长 度 约 为 0.4 5 k m。最 终 接 入 系 统 方 案 以 当 地 电 网 的 批 复 意 见 为 准。(3)储 能 电 站 变 电 站 主 变 装 设(4 1 0)M v a r 容 性 无 功 补 偿,不 装 设感 性 无 功 补 偿。5 储 能 系 统5.1 储 能 必 要 性“双 碳”战 略 目 标 下,国 家 明 确 提 出 构 建 逐 步 提 高 新 能 源 占 比 的 新 型电 力 系 统。随 着 以 风 电、太 阳 能 发 电 为 代 表 的 新 能 源 逐 步 实 现 对 煤 电、气电 等 传 统 化 石 能 源 的 替 代,
4、新 能 源 发 电“随 机 性、间 歇 性、波 动 性”出 力特 征 和“低 惯 量、弱 支 撑、弱 抗 扰”运 行 特 性 将 给 电 力 系 统 带 来 严 峻 挑 战。作 为 中 东 部 地 区 的 典 型 省 级 受 端 电 力 系 统,近 年 来 湖 南 清 洁 低 碳 转 型 步 伐大 唐 华 银 耒 阳 分 公 司 200MW/400MWh 储 能 电 站 项 目 可 行 性 研 究 说 明 书 送 审 稿 收 口 版41明 显 加 快,已 经 呈 现 出 高 比 例 可 再 生 能 源、高 比 例 电 力 电 子 器 件、高 比 例外 来 电“三 高”电 力 系 统 特 征,能
5、 源 电 力 安 全、绿 色、经 济 发 展 面 临 的 各种 问 题 和 矛 盾 非 常 突 出。构 建 湖 南 新 型 电 力 系 统,形 成“清 洁 能 源+区 外 来电+储 能”多 轮 驱 动 的 能 源 供 应 体 系 和“源 网 荷 储”协 调 互 动 的 安 全 运 行 体系,是 保 障 湖 南 能 源 电 力 安 全 供 应、清 洁 能 源 高 效 消 纳 和 电 网 安 全 稳 定 运行 的 必 然 选 择。储 能 作 为 顺 应 能 源 革 命 最 具 发 展 前 景 的 灵 活 调 节 资 源,是 实 现 能 源 电力 非 完 全 实 时 平 衡 及 综 合 高 效 治
6、理 新 型 电 力 系 统 突 出 问 题 的 最 佳“缓 冲 器”与“减 震 器”,是 支 撑 新 型 电 力 系 统 的 重 要 技 术 和 基 础 装 备。主 要 表 现 在:一 是 发 挥 大 规 模 储 能“顶 峰”作 用,保 障 能 源 电 力 安 全 供 应;二 是 发 挥 储能“调 峰”作 用,提 升 新 能 源 消 纳 能 力,支 撑 高 比 例、规 模 化 新 能 源 接 入电 网;三 是 发 挥 储 能 有 功/无 功 快 速 响 应 能 力,提 升 电 力 系 统 调 频、调 压 能力,有 力 支 撑 电 网 安 全 稳 定 运 行。5.2 储 能 的 分 类 及 应
7、用5.2.1 储 能 的 分 类现 阶 段,在 诸 多 储 能 技 术 中,从 规 模、安 全 性、成 本 等 方 面 综 合 考 虑最 成 熟 的 技 术 是 抽 水 蓄 能。除 抽 水 蓄 能 外,尚 没 有 一 种 储 能 技 术 在 应 用 规模 上 占 据 绝 对 的 优 势,各 自 均 存 在 发 展 短 板,多 种 储 能 技 术 路 线 相 互 竞 争、多 元 化 发 展 的 局 面 在 短 期 内 仍 将 继 续 保 持。(1)机 械 储 能抽 水 蓄 能 是 电 力 系 统 中 应 用 最 广 泛、最 成 熟 的 大 规 模 储 能 技 术,具 有容 量 大、寿 命 长、运
8、 行 费 用 低 的 优 点。抽 水 蓄 能 电 站 单 位 投 资 在 3 0 0 0 6 0 0 0大 唐 华 银 耒 阳 分 公 司 200MW/400MWh 储 能 电 站 项 目 可 行 性 研 究 说 明 书 送 审 稿 收 口 版42元/k W 左 右,连 续 抽 水 或 发 电 时 间 一 般 可 达 1 0 余 小 时,系 统 效 率 在 7 5%左 右。但 是 由 于 抽 水 蓄 能 对 外 部 地 理 环 境 要 求 较 高,限 制 了 其 广 泛 应 用。压 缩 空 气 储 能 具 有 容 量 大、连 续 工 作 时 间 长、寿 命 长 等 优 点,全 生 命周 期 内
9、 的 度 电 成 本 低 于 大 部 分 电 化 学 储 能,具 有 良 好 的 经 济 性,但 大 型 压缩 空 气 储 能 系 统 一 般 需 要 利 用 盐 穴、矿 坑 等 特 殊 地 理 条 件 建 设 储 气 室。美国、德 国 均 有 百 兆 瓦 级 压 缩 空 气 储 能 电 站 投 入 商 业 运 营,国 内 常 州 金 坛6 0 M W 4 h 盐 穴 压 缩 空 气 储 能 项 目 已 并 网 成 功。飞 轮 储 能 具 有 瞬 时 功 率 大、能 量 转 换 效 率 高、寿 命 长 等 优 点,但 其 存储 能 量 较 小,持 续 放 电 时 间 仅 在 分 钟 级,同 时
10、 存 在 自 放 电 率 高 的 问 题,停止 充 电 后 能 量 一 般 在 几 小 时 到 几 十 个 小 时 内 会 自 行 耗 尽。美 国 B e a c o n P o w e r建 设 了 2 0 M W 飞 轮 储 能 调 频 电 厂,已 实 现 商 业 化 运 营,后 续 加 拿 大 等 国 家 也推 出 了 飞 轮 储 能 调 频 项 目,国 内 飞 轮 储 能 技 术 仍 相 对 落 后。(2)电 磁 储 能超 级 电 容 器、超 导 储 能 等 电 磁 型 储 能 具 有 瞬 时 功 率 大、响 应 速 度 快、寿 命 长 等 优 点,但 其 持 续 放 电 时 间 很
11、短,一 般 不 超 过 数 分 钟,比 较 适 用 于功 率 型 应 用,如 应 对 瞬 时 电 压 跌 落、瞬 时 断 电 供 电 等。目 前 电 磁 储 能 成 本较 高,在 超 导 临 界 温 度、超 导 线 材、电 极 材 料 等 方 面 仍 有 待 突 破。(3)电 化 学 储 能电 化 学 储 能 具 有 设 备 机 动 性 好、响 应 速 度 快、能 量 密 度 高 和 循 环 效 率高 等 技 术 优 势,是 目 前 各 国 储 能 产 业 研 发 创 新 的 重 点 领 域 和 主 要 增 长 点。电 化 学 储 能 技 术 主 要 包 括 铅 蓄(铅 炭)电 池、锂 离 子
12、 电 池、液 流 电 池 和 钠硫 电 池,其 中 铅 炭 电 池、锂 离 子 电 池 发 展 较 快,有 望 率 先 带 动 电 化 学 储 能商 业 化。在 前 沿 技 术 方 面,近 年 来 全 球 储 能 技 术 研 发 的 脚 步 不 断 加 快,超 临 界压 缩 空 气、可 变 速 抽 水 蓄 能 等 新 一 代 储 能 技 术 进 入 试 验 示 范 阶 段,锂 离 子大 唐 华 银 耒 阳 分 公 司 200MW/400MWh 储 能 电 站 项 目 可 行 性 研 究 说 明 书 送 审 稿 收 口 版43电 池、液 流 电 池 在 新 型 电 极 材 料、电 解 液、隔 膜
13、 材 料 生 产 制 造 工 艺 等 方 面成 果 不 断,水 系 钠 离 子 电 池、锂 硫 电 池、液 体 金 属 电 池、金 属-空 气 电 池、铝 离 子 电 池 等 新 型 电 池 体 系 不 断 涌 现。5.2.2 储 能 电 池 技 术 路 线 选 择1)铅 炭 电 池 短 期 性 价 比 优 势 明 显铅 蓄 电 池 是 使 用 最 广 泛 的 蓄 电 池 储 能 技 术,具 有 价 格 低 廉、安 全 可 靠等 优 点,但 由 于 能 量 密 度 低、寿 命 短 和 不 可 深 度 放 电 等 因 素 限 制 了 更 大 范围 应 用。以 铅 炭 电 池 为 代 表 的 先
14、进 铅 蓄 电 池 技 术 改 善 了 传 统 铅 蓄 电 池 的 缺 陷,成 为 铅 蓄 电 池 技 术 发 展 的 重 要 方 向。铅 炭 电 池 相 较 传 统 铅 蓄 电 池 的 生 产 成本 仅 有 小 幅 增 加,但 充 放 电 功 率、循 环 寿 命、充 电 速 度 等 关 键 指 标 实 现 了明 显 提 升。与 锂 电 池 等 其 它 主 流 电 化 学 储 能 技 术 相 比,铅 炭 电 池 的 成 本 较低,短 期 性 价 比 优 势 明 显。但 是 铅 炭 电 池 放 电 深 度 一 般 在 6 0%左 右(锂 离 子电 池 可 达 8 0%以 上),同 时 大 功 率
15、 放 电 能 力 也 弱 于 锂 离 子 电 池。长 期 来 看,锂 离 子 电 池 等 其 它 电 化 学 储 能 的 发 展 和 成 本 降 低 将 对 其 市 场 空 间 构 成 一 定挑 战。铅 炭 电 池 优 缺 点 对 比优点 缺点(1)安全性:优(2)电池价格:优(3)回收方案:优(4)自放电:良(5)维护量:良(1)能量密度:中(2)循环寿命:中(3)充放电倍率:中(4)充放电深度:中大 唐 华 银 耒 阳 分 公 司 200MW/400MWh 储 能 电 站 项 目 可 行 性 研 究 说 明 书 送 审 稿 收 口 版44(6)循环效率:良2)胶 体 电 池胶 体 电 池
16、属 于 铅 酸 蓄 电 池 的 一 种 发 展 分 类,最 简 单 的 做 法,是 在 硫 酸中 添 加 胶 凝 剂,使 硫 酸 电 液 变 为 胶 态。电 液 呈 胶 态 的 电 池 通 常 称 之 为 胶 体电 池。胶 体 电 池 的 优 点:循 环 寿 命 好、耐 过 放 电、可 以 长 期 不 充 足 电 又 进 行放 电、高 低 温 性 能 也 好。缺 点 是:胶 体 电 池 存 在 热 失 控 现 象,在 北 方 用 得 要 多 些。胶 体 电 池 相 对 普通 铅 酸 电 池 价 格 较 贵,且 维 护 较 困 难,在 温 度 较 高 时 易 产 生 热 失 控 现 象,不 易
17、用 在 南 方。这 也 是 胶 体 电 池 始 终 得 不 到 广 泛 应 用 的 最 根 本 原 因。此 外,胶 体 电 池 带 有 毒 性 物 质,不 利 于 环 保,综 合 考 虑 不 建 议 使 用 胶体 电 池。3)锂 离 子 电 池 具 备 产 业 化 发 展 优 势锂 离 子 电 池 应 用 范 围 广、能 量 密 度 高、充 放 电 速 率 快,近 年 来 其 规 模和 技 术 发 展 迅 速。在 全 球 已 建 兆 瓦 级 电 化 学 储 能 项 目 中,锂 离 子 电 池 项 目装 机 容 量 约 占 总 容 量 的 6 5%,国 内 的 张 北 风 光 储 示 范 电 站
18、、深 圳 宝 清 储 能 电站、江 苏、湖 南、山 东 储 能 等 项 目,也 都 将 锂 电 储 能 作 为 重 点 技 术 路 线 发展。受 电 动 汽 车 动 力 电 池 需 求 增 长 的 拉 动,锂 电 产 业 快 速 发 展。目 前 锂 离子 电 池 储 能 的 规 模 效 应 已 逐 渐 显 现,储 能 成 本 实 现 快 速 下 降。以 电 力 储 能领 域 应 用 较 为 广 泛 的 磷 酸 铁 锂 电 池 为 例,2 0 1 3 年 磷 酸 铁 锂 电 池 成 本 在4 5 0 0-6 0 0 0 元/k W h 左 右,2 0 1 5 年 后 最 低 可 至 2 0 0
19、0-3 0 0 0 元/k W h,预 计 到 2 0 2 2大 唐 华 银 耒 阳 分 公 司 200MW/400MWh 储 能 电 站 项 目 可 行 性 研 究 说 明 书 送 审 稿 收 口 版45年 底 有 望 降 至 1 4 0 0 元/k W h。此 外,动 力 电 池 梯 次 利 用 有 望 进 一 步 提 高 锂 电 储 能 的 经 济 性。动 力 锂离 子 电 池 容 量 下 降 到 8 0%时 须 退 役,但 此 时 仍 具 有 利 用 价 值,可 在 电 力 储 能领 域 继 续 工 作,美 国、德 国、日 本 等 起 步 较 早 的 国 家 已 有 成 功 案 例。随
20、 着未 来 国 内 电 动 汽 车 退 役 电 池 数 量 的 快 速 增 长,以 及 梯 次 利 用 技 术 和 产 业 链的 发 展 完 善,有 望 推 动 锂 电 储 能 成 本 进 一 步 下 降。优点 缺点(1)能量密度:优(2)循环效率:优(3)充放电倍率:优(4)自放电:优(5)循环寿命:良(1)安全性:中(2)维护量:中4)全 钒 液 流 电 池 具 有 循 环 寿 命 长 的 优 势液 流 电 池 种 类 繁 多,具 有 充 放 电 性 能 好、循 环 寿 命 长、功 率 容 量 可 调的 特 点,适 合 大 规 模 储 能 应 用。全 钒 液 流 电 池 是 目 前 应 用
21、 最 广 泛 的 液 流 电池 技 术。全 钒 液 流 电 池 循 环 次 数 超 过 1 万 次,系 统 功 率 和 容 量 相 互 独 立,并且 容 量 可 在 线 恢 复。全 钒 液 流 电 池 技 术 的 主 要 缺 点 包 括:单 位 千 瓦 时 电 池成 本 是 铅 炭、锂 离 子 电 池 的 2-4 倍,造 成 初 始 投 资 较 高,但 考 虑 到 其 循 环 次数 是 铅 炭、锂 离 子 电 池 的 2-3 倍,单 次 循 环 的 度 电 成 本 与 铅 炭、锂 离 子 电 池相 比 也 具 有 一 定 的 竞 争 力;能 量 转 换 效 率 较 低,在 7 0%左 右;能
22、量 密 度 低,需 要 占 用 较 多 的 土 地 和 建 筑 资 源;全 钒 液 流 电 池 正 常 运 行 需 要 电 解 液 循 环泵 等 辅 助 设 备,运 维 相 较 其 它 电 化 学 储 能 技 术 更 为 复 杂。全 钒 液 流 电 池 优 缺 点 对 比大 唐 华 银 耒 阳 分 公 司 200MW/400MWh 储 能 电 站 项 目 可 行 性 研 究 说 明 书 送 审 稿 收 口 版46优点 缺点(1)安全性:优(2)循环寿命:优,可低成本在线恢复(3)回收方案:优(4)充放电倍率:良(1)能量密度:差,占地较大(2)电池价格:差(3)自放电:中(4)维护量:中(5)
23、循环效率:中,70%左右5)钠 硫 电 池 技 术 受 国 外 垄 断钠 硫 电 池 可 实 现 较 高 的 储 能 容 量,电 池 运 行 稳 定,维 护 量 非 常 少,循环 寿 命 可 达 4 0 0 0 余 次,并 且 已 经 有 不 低 于 1 0 年 以 上 的 业 绩 实 证。但 钠 硫 电池 需 要 3 0 0 3 5 0 的 高 温 运 行 条 件,具 有 一 定 的 安 全 运 行 风 险。钠 硫 电 池 在 国 外 应 用 较 为 成 熟,在 全 球 范 围 内 已 建 成 2 0 0 余 座 钠 硫 电 池储 能 电 站,其 规 模 仅 次 于 锂 离 子 电 池。日
24、本 N G K 公 司 在 钠 硫 电 池 系 统 研 发 方面 处 于 国 际 领 先 地 位,是 全 球 唯 一 具 有 大 规 模 商 业 化 生 产 钠 硫 电 池 能 力 的企 业。国 内 钠 硫 电 池 研 制 起 步 较 晚,短 期 难 以 商 业 化 推 广。钠 硫 电 池 优 缺 点 对 比优点 缺点(1)能量密度:优(2)维护量:优(3)循环寿命:良(4)循环效率:良(5)自放电:良(6)电池价格:良(1)安全性:中,需要高温运行环境(2)充放电倍率:中综 上 所 述,从 储 能 技 术 的 经 济 性 来 看,锂 离 子 电 池 有 较 强 的 竞 争 力,钠 硫 电 池
25、 和 钒 液 流 电 池 未 形 成 产 业 化,供 应 渠 道 受 限,成 本 昂 贵。从 运 营大 唐 华 银 耒 阳 分 公 司 200MW/400MWh 储 能 电 站 项 目 可 行 性 研 究 说 明 书 送 审 稿 收 口 版47和 维 护 成 本 来 看,钠 硫 电 池 需 要 持 续 供 热,钒 液 流 电 池 需 要 泵 进 行 流 体 控制,增 加 了 运 营 的 成 本,而 锂 电 池 维 护 量 相 对 较 小。而 同 样 对 于 锂 电 池 来 说,常 见 使 用 类 型 为 三 元 锂 电 池 和 磷 酸 铁 锂 电 池。三 元 锂 电 池 正 极 材 料 的 分
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- 2023 200 MW 电站 系统 设计方案
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