发电机组AGC储能辅助调频系统可行性研究报告.docx

1、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批准：审核：校核：编制：1314151717173030错误！未定义书签。1概述 1.1项目背景 41.2项目建设的必要性 91.3项目概况 121.4项目实施单位 121.5项目责任单位和责任人 132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 304.1消防报警 304.2劳动安全 305节约能源及环境保护 346设备及材料清册 356.1电气部分 356.2 土建

2、部分 377投资估算 378结论 381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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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50 MW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 6000 kW.而国内目前主力机 型是600 kW, 750 kW, 1200 kW;目前中国最大的太阳能光伏发电项目

8、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 5000 kW.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25 MW : 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3 200 kW。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，

9、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

10、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

11、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 56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

12、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

13、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

14、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

15、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20159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201639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。在发