发电机组AGC储能辅助调频系统可行性研究报告.docx
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发电机组AGC储能辅助调频系统可行性研究报告
发电机组AGC储能辅助调频系统
可行性研究报告
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1概述
1.1项目背景4
1.2项目建设的必要性9
1.3项目概况12
1.4项目实施单位12
1.5项目责任单位和责任人13
2储能调频系统概述
2.1储能技术的特征
2.2储能系统的成效
3工程设计方案
3.1总平面布置
3.2电气部分
3.3土建部分
3.4通信部分
3.5远动部分
4消防与劳动安全30
4.1消防报警30
4.2劳动安全30
5节约能源及环境保护34
6设备及材料清册35
6.1电气部分35
6.2土建部分37
7投资估算37
8结论38
1概述
1.1项目背景
1.1.1我国电力资源和区域经济分布不均衡，电网负荷波动大，调峰调频资源稀缺，供热机组比重加大，火电机组深度调峰危及自身和电网安全。
我国能源资源布局不均衡，全国电网以火电为主，但是不同区域电源构成有较大差异，西南水电较丰富，“三北”地区风能资源较好，东南沿海一带核电配置较多。
电力资源主要集中在经济不甚发达的西部地区，用
电负荷主要集中在经济比较发达而能源短缺的东部地区，能源分布与电力需求市场呈逆向分布，可再生资源集约化发展给电网调峰和电网运行调控带来了一系列问题。
截至2015年底，全国发电装机容量150673万千瓦，其中火电99021万千瓦（包括：
煤电88419万千瓦、气电6637万千瓦），占总装机容量65.7%;非化石能源51642万千瓦（包括：
水电31937万千瓦（其中抽水蓄能2271万千瓦），核电2717万千瓦，并网风电12830万千瓦，并网太阳能发电4158万千瓦），占总装机容量比重34.3%。
■火电燃煤
■火电燃气
I非化石水电非化石核电
■非化石凤电
■非化石衣阳能
2015年中国电力装机结构示意图
目前国内建设抽水蓄能电站是解决电网调峰和电网运行调控的主要手段，但是抽水蓄能电站选址受到地理位置、水头、地形地质等方面影响，大多数电网调峰资源极其短缺，基本上依靠火力发电机组进行调峰甚至深度调峰，600MW的大型机组深夜谷电期负荷甚至只有250MW。
大型化、高参数机组参与调峰会造成机组金属疲劳，损害机组寿命，长时间低负荷运行其能效将会降低、经济性会变差、安全性也会降低，环保效能也会受到危害，而且受制于火电机组本身局限性，其短时间内适应负荷变化难度较大，调峰效果差。
比如，国内一般煤电机组负荷率低于50%的时候，脱硫系统吸收塔入口烟气流量下降，引风机会降速运行，可能导致发生塌床；负荷率低于35%左右的时候，脱硫系统停运。
煤电机组长时间低负荷运行会导致进入脱硝系统的烟温过低，脱硝催化剂效果受影响，大大影响脱硝效率，导致氮氧化合物排放增加。
随着火电机组大面积供热改造，供热机组在电网中的比例越来越高，为了保证冬季供暖需求，供热机组必须维持在一定的负荷运行，这就更加大了电网调峰难度，威胁电网自身安全运行。
其他调峰机组为了适应电网负荷需求变化，需要频繁升降负荷，长时间在特殊工况下运行，造成汽轮机调门频繁摆动，锅炉及其他辅助设备长期承受剧烈的温度变化和交变应力，严重损害设备使用寿命，不仅导致检修频率增加，维护成本上升，更可怕的是导致机组非计划停运次数增多，严重威胁机组、电网和运行人员人身安全。
根据现有AGC调节办法，虽然参加调峰调频机组可以获得一定的经济补助，但是非计划停运会导致机组来年发电小时数考核，两者矛
盾不可调和，电厂参与调峰调频积极性不高。
1.1.2可再生能源大规模并网对电网安全和稳定造成冲击
（1）我国可再生能源现状
根据国家电网发布《国家电网公司促进新能源发展白皮书（2016）》显
示，截至2015年，我国风电、太阳能发电累计装机容量1.7亿千瓦，超
过全球的四分之一。
国家电网调度范围风电、太阳能发电累计装机容量分别达到11664万千瓦、3973万千瓦，国家电网是全球范围内接入新能源规模最大的电网。
根据国家电网“十三五”电网发展规划，预计到2020年，全国新能
源发电装机容量达4.1亿千瓦，其中风电2.4亿千瓦，太阳能发电1.5亿千瓦。
风电开发仍集中在“三北”地区，占全国的75%。
太阳能发电开发集中式与分布式相结合，其中集中式光伏电站达8000万千瓦，主要集中
在青海、甘肃、新疆、蒙西等西部地区；分布式光伏达7000万千瓦，主
要集中在浙江、江苏等东中部地区。
（2）我国可再生能源发电的特点
我国风电发展整体呈现大规模开发、远距离传输、高电压等级集中接入为主，分散接入、就地消纳为辅的特点。
我国光伏发电接入电网呈现出大规模集中接入与分布式接入并举的特点，我国可再生能源发电的运行特点主要如下：
1）装机容量较小。
如小水电的装机容量为50MW及以下：
目前国际上研制的超大型风力发电机单机容量也仅为6000kW.而国内目前主力机型是600kW,750kW,1200kW;目前中国最大的太阳能光伏发电项目装机容量刚突破千瓦级；江苏兴化市中科生物质能发电有限公司装机容量5000kW.已是国内最大的生物质能发电项目：
最大的地热电站西藏羊八井地热电站装机容量约为25MW:
1980年5月建成的浙江省温岭县江厦潮汐试验电站装机容量为3200kW。
已成为中国最大的潮汐电站。
2）发电稳定性较差。
如小水电的发电能力随雨量变化而变化，各地还各有其特点，不但丰水年、枯水年不同，全年也有季节性变化，即便一日之间，其可用的来水量，也有很大的不确定性.由于库容不大，下级径流电站几乎无调节性：
风能发电的稳定性较小水电更差，需要电网来支持；
太阳能只能白天发电，照射量的强度和角度一日间也有变化，云层移动和厚薄的变化等，都会影响其发电功率，不满足工业用电的稳定需求。
3）调频调压能力有限。
常规能源发电机组对电网调频和调压有着重要
的作用，而目前可再生能源机组由于容量较小。
很多小电站无人值守，所以无法参与系统调整，即便参与调节，其调节能力也极为有限。
至于风电机组，当系统运行参数超过一定范围时会自动停机，如果运行条件进一步
恶化。
还可能造成电网稳定雪崩效应。
（3）可再生能源对电网运行调度的影响将日益明显。
1）电网调峰能力不足。
风电出力具有随机性、间歇性，大规模风电接
入导致电网等效负荷峰谷差变大，即反调节特性明显，增加了系统调峰难度。
我国风电发展较为集中的三北地区电源结构都是以火电为主，基本没
有燃油、燃气机组，调节能力不强。
东北、华北火电占80%以上，且供热机组较多，西北地区水电较多，但主要集中在没有风电的青海，且受防凌、防汛等多种因素的限制，调节能力不强。
我国快速调节电源只占17%。
相比之下，美国2007年快速调节电源约占50%，德国快速调节电源约占25%。
2）电压控制难度加大。
风电出力变化范围大，且具有随机性，在风电场不能参与电压控制的情况下，显著增加了电网电压控制的难度。
3）调频难度加大。
风电机组输出的有功功率主要随风能变化而调整，随机性强，可预测性差，而我国现有运行风电机组均不参与系统频率调整，所以，电网频率调整必须由传统电厂分担。
在大规模风电接入电网的情况下，随着风电装机容量在电网中比重增加，参与电网调频电源容量的比例显著下降，需同步配套相应容量的调频电源。
4）并网过程对电网的冲击问题。
部分可再生能源发电机组由于容量小，常常采用异步发电机。
由于没有独立的励磁装置，并网前发电机本身没有电压。
因此并网时必然伴随一个过渡过程，会出现5—6倍额定电流
的冲击电流。
对小容量的电网而言，大量异步电机同时并网瞬间将会造成电网电压的大幅度下跌，从而影响接在同一电网上的其它电器设备的正常运行，甚至会影响到整个电网的稳定与安全。
目前可以通过装设软起动装置和风机非同期并网来削弱冲击电流，但可能给电网带来一定的谐波污染。
5）对电能质量的影响问题。
随机性较强的可再生能源发电机组对电能
质量的影响主要表现为频率波动、电压波动、电压闪变、电压跌落及谐波等。
当并网的可再生能源发电机组启停或输出功率波动时，将导致电网频
率波动、电压波动，引起电压闪变和跌落等问题。
谐波问题主要出现在风电上，主要有两种方式：
一种是风力发电机本身配备的电力电子装置，另
一种是风力发电机的并联补偿电容器可能和线路电抗发生谐振。
6）对发电计划与调度的影响问题。
传统的发电计划基于电源的可靠性以及负荷的可预测性，但部分可再生能源电站出力的不可控性和随机性使得对其既不能进行可靠的负荷预测，也不可能制定和实施正确的发电计划。
随着这类随机电源容量比例的增加，必将给电网调度带来不少压力。
7）对保护设备的影响。
可再生能源在发电过程中常需借助异步发电机，而异步发电机在提供高效检测数据的同时，会对发电机组造成频繁性的摩擦而对设备造成破坏性影响。
1.1.3弃光、弃风、弃水现象突出，可再生资源浪费严重
“十二五”以来，我国可再生能源发展迅猛。
风电方面，2010年年底，我国并网风电4182.7万千瓦，超过美国、居全球第一。
截至2015年第三季度，我国风电装机10885万千瓦，短短5年翻了一番还多。
2014年，国家电网经营区域新增风电装机容量2319.6万千瓦，同比增长竟达
44.2%。
光伏发电方面，2010年年底，我国光伏装机89.3万千瓦，而到2015年9月底，这个数字已经变成3795万千瓦，5年翻了六番还多。
仅2015年前三季度，全国新增光伏发电装机就达990万千瓦。
同时，全国范围内弃风、弃光、弃水现象日益恶化。
数据显示，2015
年国家电网调度范围内累计弃光电量为46.5亿千瓦时，弃光率12.62%，
其中甘肃弃光率达到30.7%，新疆为22%。
2015年上半年弃风率也攀升至15.2%，下半年极端限电比例已达到79%。
而云南这几年弃水达到370亿千瓦时，去年152亿千瓦时，行业亏损面达到31%。
导致大量可再生能源被废弃的原因，除了就地消纳能力有限、可再生发电资源的时间和电网电力送出困难以外，一个共同的原因就是电源调峰能力受限。
我国“三北”地区电源结构以煤电为主，其中供热机组又占有较大比重，冬季为了满足供热需求，供热机组调峰能力有限。
目前，东北以及华北局部地区的弃风，都主要受这一因素的影响，且新疆、内蒙古等地区大量自备电厂甚至不参与系统调峰。
1.2项目建设的必要性
1.2.1国家政策支持
国家宏观能源战略已多次强调储能产业是国家“十二五”产业发展的重点方向，《中国的能源政策2012年》白皮书中明确提出：
“围绕能源发展方式的转变和产业转型升级，在储能、智能电网等领域实施重大科技示范工程，加大资金、技术、政策支持力度，建设重大示范工程，推动科技成果向现实生产力转化。
”国家发改委《“十二五”战略性新兴产业发展规划》和国家能源局《能源发展“十二五”规划》也强调了新能源并网及储能系统的核心技术研发及示范项目建设，是现阶段我国新能源发展的重要任务。
按照《中共中央国务院关于进一步深化电力体制改革的若干意见》（中
发〔2015〕9号）及其配套文件精神和《关于做好“三北”地区可再生能源消纳工作的通知》（国能监管〔2016〕39号），《国家能源局关于促进电储能参与“三北”地区电力辅助服务补偿（市场）机制试点工作的通知》等的有关政策，开展电储能参与“三北”地区电力辅助服务补偿（市场）机制试点，挖掘“三北”地区电力系统接纳可再生能源的潜力。
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