CESTE2024|| 大连理工大学李爱魁:储能电站的状态评价和辅助决策

发布时间:2024-09-05 11:09    来源:中国储能网   关键词:

据能源圈了解到,8月24-26日,由深圳市发展和改革委员会指导,中国化学与物理电源行业协会与南方科技大学碳中和能源研究院联合主办,100余家机构共同支持的碳中和能源高峰论坛暨第三届中国国际新型储能技术及工程应用大会与新型储能技术青年科学家论坛在深圳召开。此次大会主题是“开拓新质生产力,推动储能产业高质量发展”。

大会主办方邀请6位院士及100位行业专家分别从新型储能系统集成解决方案、长时储能技术及应用、虚拟电厂、工商业储能专场、新型储能电池、新型储能与电力市场、智能微电网、储能标准宣贯、新型储能技术青年科学家论坛等12个专场进行充分讨论交流。

来自行业主管机构、国内外驻华机构、科研单位、电网企业、发电企业、系统集成商、金融机构等不同领域的500余家产业链企业,1012位嘉宾参加了本届大会,其中21家企业展示了储能产品解决方案,在线观众超过4万余人观看了开幕盛况。

本次大会由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会和能源圈、数字储能网联合承办,中国化学与物理电源行业协会储能应用分会专家委员会提供学术支持!

8月25日下午,大连理工大学电气工程学院李爱魁教授受邀在“智能微电网专场”分享主题报告,报告题目《储能电站的状态评价和辅助决策》。

李爱魁:大家下午好!我今天的报告是《储能电站的状态评价和辅助决策》,辅助决策主要是讲调用或者是发展预测。另外,做高功率的密度液流电池模块开发,还有就是也参与大学的实践成果转化的相关模式。

这是我们前面做的一个工作,我们做的相关锂电池储能电站、液流电池储能电站主要是做主动支撑型,比如一次调频支撑或者是稳定支撑,在新能源为主体的新型电力系统里面做主动支撑能力。另外,我们为军工做一些移动式高功率密度的直流电源开发。除了军工之外,实际上军事的国防全链化或者是将来采油行业全链化里面都是有重要的应用。

液流电池最主要是做一些高功率密度的液流电池,包括适应液流电池低压大电流的PCS,包括级联式液流电池储能模块,除了我们行业内常用的长时之外,最主要是用于主动支撑,用于短时。

在储能电站评价方面,我们最主要是面向储能电站寿命安全能力,因为它是支撑调用非常基础的工作,调度系统必须要知道这些状态,才能进行有效的调用,所以在运维方面也是一个很重要的,特别是自动化运维。

基于储能电站运行特性,电力交易出清规则的辅助决策系统,就是个电站在大数据支撑下评价之后如何调用,或者说智能化的调用,现在是不断讲新能源的大数据化或者数字化和智能化,储能电站更要讲这一块,这是我们储能电站挖掘使用价值和挖掘经济价值最主要的手段,这也是为什么当前建而不用的原因,就是因为储能电站跟调用结合的不够紧密。

今天围绕发电曲线讲一下电力市场分析、计划调度和主动支撑、预测曲线的生成和我个人的工作。大家知道第二类系统市场就是跟普通商品市场部一样的地方它有一定的物理规律的约束,它的能量分布、能量变化和系统的运营状态有一些潮流方面,是跟普通商品最大的不同。在这一块既需要实时平衡,它的平衡就是电压频率,现在特别是新型电力系统,刚才讲到了,高电力电子化,这时候我们的稳定,除了正常的频率电压之外,后续会增加电力电子器件的可靠性,包括多频率段的谐振,就是前面提到惯量总机可能提到是工频,新能源是要低频,还有一些是高频,对于高频的谐振有时候是非常麻烦的事情,这就是电力电子带来一个稳定的重要问题。所以说对于电力市场来说,特别是新型电力市场来说,为什么需要电化学储能,这是非常重要的,不仅仅是一个实时的平衡能量的搬移问题,还包括它的一些物理约束、物理条件的,特别是新型物理条件的改变,需要电化学储能进行资源的对应。

电力有时间价值,还需要有空间价值,因为它潮流的时候可能出现阻塞,这是做储能电站规划的时候特别要考虑网价结构的原因,也是考虑储能电站的收益是否连续的原因。这个时候网站结构比较薄弱,建了储能电站,后面又上了新能源,又是上了重负荷,包括加强了网站结构的建设,储能电站的必要性就可能不存在。所以我们对储能电站的评价、预算都是十年、八年,甚至20年,这时候电网形态的变化是最大的变量。当然,它的电价正常变化也是另外的变量,这是双变量就决定了它不算储能电量装备的变量,光电网这边的变量就有两个。

因为在这一块,发输配售这几块之前的电力市场的变化,我的总结已经很老了。现在电力市场又发生一个新的变化,也特别是这种最主要的特征一个是辅助服务两个细则,针对新型网价结构或者是新型电网形态的变化,另一个是电能量市场现货变化,一现货进行一个更广泛的应用推广,在这个时候调峰的市场容量可能会下降。

在这个时候你工商业储能里面的下一步怎么挣钱,这个地方也是面临的一个发展或者面临一个思考。

也就是说我们电力市场体系是构建电力市场的一个集合,它包括了一些容量、电量、辅助服务、售电权等,做储能电站或者说做储能的应用这一块,对电力市场这一块要高度的关注。

总结起来,电力市场里面一个是电力系统稳定,一个是电力的可靠供给,最主要是这几个方面。所以说你定义储能电站的时候,总要是一个为主、一个为辅。为什么要一个为主、一个为辅?就是因为它不同的储能技术路线的特性不一样,有的是短时特性更好,短时成本而更低,有的是长时特性更好,长时成本更低。就在这一块总要有所选择,特别是要对电力系统的电网形态的发展。这一块更多的是需要一个复用,既要考虑短时,要考虑长时,这跟基本电源是一样的。

所以说储能电站计划调度和主动支撑方面,一个是电能量市场,一个中长期和振动调峰,这是一个。大家看一下,如果是在电源侧,如果一充一放,这种调峰工况利用率,假如你这2小时,你的利用小时数全年也就是16%。为什么就储能电站利用小时数只有这么点,是因为你参与这样的商业模式它只有这么点,这还是在你储能电站可靠性高度保证的情况下,如果你的SOH还是不停的去变化,那么你利用率会更低。

所以说充分的或者说提高这种利用率的基本的前提就是参与更多的电力市场。当然现在没有这么多,特别是到现货的时候,大家看一下,现货的时候就没有,峰谷差跟我们现有的这种调峰的峰谷差是不一样的。它可能是受制于这种天气的变化或者是负荷的变化,可能是一天或者是三天都是低价,也有可能是三天都是高价,这种典型的峰谷差有时候不存在。

在这个时候我们储能应该怎么用?而且是现货也好,二次调频也好,甚至部分一次调频也好,都需要进行投标。我们如何预测电价,如何做你的储能电站的计划,这个地方是非常重要的一件事。所以说在项目方面,我们既需要考虑我们储能电站的日前报价、还要考虑这个电价预测,还要考虑日前计划、日中修正等一些方面。所以说储能电站它的调用能力如何,就是基于储能电站状态的一些调用能力的评估或者是发电预测也好,我们称为负荷预测也好,它如果充电的话,都是一件很重要的事情,这也是未来必须考虑的。

当然这个是二次调频市场,这个是辅助火电机组的二次调频市场。这个时候辅助火电机组的二次调频市场还是非常简单的,就是让火电去报价就行了,它只是补差,提高火电的响应的爬坡速率。通过这种方式大家可以看到什么,储能电站的处理曲线,跟我们实验室里面储能电池开发的处理曲线是完全不一样的,也就是说得到的稳定的充放电的这种特性规律,用于实际工况中可能是电池管理,包括电池寿命的预测、包括各个方面、包括收益,可能是都要进行一个重新的大数据的算。也就是说它这个衰减函数是更稳定的充放电的衰减函数绝对不一样,也是需要报价。

另外在市场里面还有黑启动,这个地方我们前面参与了这种技术支撑的大量核能充电站这种百兆瓦级的黑启动。所以在这一块黑启动的时候也是一个计划的,但是在这一块过程中,黑启动这个事情本身是计划的,你需要为黑启动准备好多少容量、电量,准备好多少电力。同时在过程中它是一个主动支撑的,他是个主动支撑,需要考虑多种网架结构下的,它每启动一步,它的网架结构就会变化,拓扑结构变化,它的谐振频率会变化,相应的激励源就有可能跟它形成一个工整。在这个时候如何去施加阻尼?通过PCS来施加我们对应特征频率的阻尼,而不是一个简单的公平阻尼,这个时候是需要一些工作要做的。

这是我们珠海横琴的项目,现在是南网科技储能公司,原来叫广东电科院能源公司,这个时候也是做了储能的黑启动。这个黑启动就简单一些,因为它是通过火电机组的厂用电变压器,直接给燃气轮机的负荷去供电。这个地方没有通过这种220的组网,所以在这一块就稍微简单一些,也没有太大的一个阻水泵。刚才那个启动的是35万的煤电机组,离储能电站大概有27公里,又有这种架空线路,又有这种电缆。所以说它的一个阻抗特性、它的一个无功特性、无功报送各方面它的问题要复杂得多。

惯量及一次调频,这个是储能电站里面,目前为止是属于主动支撑型的,也就是说将来储能电站可能是在执行的一次调频的基础上,然后再执行其他的指令,参与其他的电力市场。在这个时候本身就在就动作,所以说在这一块如何给它做其他的指令或者做其他的计划,都是一个很重要的工作要做。

另外对于我们国家来说,我们还有一个特高压,特高压也是越建越多,后续的会建得更多。在这个时候,特高压在大电网的一些稳定,大电网输端的一些这种电压控制、有功/无功控制等方面。在这个里面还有一些这种扰动,这些扰动是否能抓取,同时再进行一个补偿,这也是我们真正的电化学储能电站需要响应或者需要去做的。也就是说电化学储能电站如果仅仅指向一个能量的搬移的话,它的价格永远是贵的。因为我们毕竟是电化学储能电站,作为电池来说,成本实际上是有天花板的,不管是锂电池好,其他电池也好,在这个时候更大程度的发挥它本身的特性,去适应电力市场的需求或者电力系统的需求,这个是需要我们下一步主要的工作。

前几位专家都提到了构网。所以,更好的去做构网也是储能电站的一个工作。在构网过程中是需不需要做计划?需不需要做这种预测?答案是肯定的!

总结来说,目前储能电站需要计划调度的往往是深度调峰、现货能量市场、工商业调峰、二次调频、黑启动,这些都需要调度。凡是需要调度就要做预测,不然怎么去调呢,因为现在我们的很多的储能电站是给我们调度中心上了SOH、SOC,非常多的参数。在这个时候很多时候调度是从安全角度等各方面去考虑的,并没有真正的你这个电站到底能用于什么,比如用于调峰,未来明天能做到什么程度?用于调频,明天有什么能力,或者说你下一个阶段下个15分钟有什么能力?这一块真正需要调用起来,调度都需要知道这些信息。而这些目前为止我们储能电站是没有给调度提供的,也就是说你报价的时候。

我们调度现在是做一个非常极端的规则,什么极端的规则呢?比如你的电站是100兆瓦,明天我调你的时候如果调个90兆瓦,我就考核你另外的10兆瓦。也就是说我不管你有没有SOH,如果你有SOH你连夜给我调整,只要你参与我调度计划,你就得按照你的全功率去调。现在是有一个目前为止对我们储存电站是非常不友好。因为很多储能电站它只是参与了一个现货,这个现货实际上也就是3毛到4毛,实际上是很难,连它的效率成本都可能会收不回来。但是它一样考核你,而且考核的非常重。也就是说储能电站的考核性是非常重的,从后面的时候,如果是大家能给调度提供更好的计划,在这个时候可能是你比如你的储能电站,我明天只出力90,或者投标的时候只投90兆瓦,另外10兆不投标,这个时候可能就避免一定的考核。

现在真正的大储,特别是在网侧,大家现在有时候操心的还不是你怎么挣钱,而是你并网之后纳入调度体系之后,你能不能避免不停的被考核着,也是我们后续的时候真正储能电台用起来的时候非常重要的一点。

另外一个是主动支撑,一次调频,一次调频的时候有的是有钱的,也有的是没钱的。大家要注意一下,没钱的事情往往是最麻烦的,因为没钱的事情就会面临考核问题。另外各种曲线调压这种协定一致构网等,做这一块的最主要的原因就是因为你要预测。

这是一个专利,这是我们前年的写的一个专利,当初我的最主要的目的就是说对储能电站如何用好,就是要它同时给调度一个发电曲线,也叫发电预测曲线,同时一个负荷预测曲线。因为它放电的时候相当于一个电源,充电时候相当于一个负荷。在这个时候,实际上调度如果仅仅有SOH、SOC它是不能直观的去掌握它手里到底有多少调节资源。而我们电化学储能的最大的功能就是给电网提供调节能力,不仅仅是电力,还有电量这两方面。所以说如何让调度实时感知,至少是15分钟或者是几分钟感知你的能力,这个是非常重要的。在这一块我们主要是做两方面的工作,第一个是做日前计划,这叫日前预测。第二个叫日中预测。这个地方实际上跟我们电源的总体思路是一样的。

这是预测一些具体的过程,我就不在这里面讲了,最主要考虑到的是你电站本身就有计划了,什么计划呢?比如你本身就有一个固定的调峰,几点到几点我要调峰,几点几点我要做什么工作。这个时候他在做预测的时候就要考虑你多个因素,也就是事先考虑你规定动作,这个规定动作是不需要预测的,是实时的,就是如果你仅仅围绕调度去干,有时候可能是,就是你在调峰的基础上你还有什么能力可以给电网,这个时候是非常重要的。

这也是提高我们多重辅助服务能力,或者说提高你的储能电站收益的最主要的手段。包括你在参加一次调频,参加了一次调频的时候,你还要能参与什么?你能不能参与二次调频。当然这个地方到底是同向叠加、负向闭锁,还是非此即彼这种,到时候都是有一个优先级。所以说这里面由于储能跟别的不一样,如果是电源,比如说我们火电机组它是有煤,这个煤的供应就是一个规定动作,这个不用考虑,只要我火电机组煤一定够。但我们储能电站不是这样子,我们储能电量有一个电量,有一个SOC,除了SOC之外还有一个电量的分配区间。因为电量跟这个SOC之间不是一个线性关系,它是非线性的。我们最最需要知道的是它的电量,光靠一个SOC不够,所以还需要考虑能量关系系数,还需要考虑一个平移系数。所以在这个里面这个专利的名字为什么叫带有时间因子的这种发电预测曲线就是这个原因。就是因为它要考虑有能量约束。

这个里面就是一个日中发电曲线预测,在这个里面有各种约束,然后是时间因子和充电的曲线,还有放电的曲线,在这里面是都是有,所以在这里面还有一堆系数,这些系数就是考虑了不同的电化学电池的一些特性曲线。所以在这一块我们目前还在做这方面的工作,进行一个软件的开发。因为这一块我们就想给调度之后,只有你有了它的一些这种发电曲线的预测方法,你后面交给调度进行聚类的时候,或者是聚合的时候,它才有基本的这种聚合的手段。

这就是简单的一个基于时间的,比如4点到6点做的一个工作。然后是这个后面6点到第二天的晚8点,这段时间是就电站动作和不动作,它的动态的变化和不变化,实际上我们还是要考虑,这个只是考虑了一个基本的调峰,实际上我们还要考虑计划里面的调频。计划里面调频的时候它响应的尺度要小得多,也就是现在我们预测的是1分钟到5分钟预测一次。我们的调度基本上我们新能源的大概是短期预测大概是96个点,也就是15分钟1次。这1分钟我们就要预测你下1分钟干什么,这个地方跟上传的数据量有关系。如果说你去预测的太密,首先是你的电站是不是反应的过来,第二个是你给上传调度的数据量太大也是问题。这就是一个整个的预测的过程,到时候如果是大家有兴趣可以进一步讨论。

这是预测完之后,我们这个里面也就是有3个能力:寿命能力、安全能力、充放电能力。充放电能力实际上到时候会出现一个曲线。但是这一个曲线可能只是从一个能量的角度考虑问题,到时候通过这个曲线我再生成下一阶段的这种发电曲线,或者是负荷曲线,这个时候给调度来用。刚才讲的是预测,刚才我就说了聚类那一块工作还没有完全做好,所以说聚类这一块就不讲了。因为这聚类就是比发电,比电源聚类麻烦的地方就是这种功能的聚类,因为它的调节能力有多个种类,所以说我要把多个调节能力进行一个聚类,聚类完之后还有一个相互之间的制约。因为它的电力是有天花板的,它的电量也是有天花板的,所以在这一块要比普通的电源稍微复杂一点。

我最主要的工作,第一个是成果转化,这个地方也是我们教育部要求高校老师就是你自己研发的东西你自己要用起来,不要放在书架上,要放在货架上,防止老师们天天研发一些无用的东西。这是我们也成立了公司,也是通过电力交易、成果转化,专利的赋权,刚才我讲这个发电预测曲线,这个专利也被我转化到公司里面去了。我们下一步的时候也会进行一个这方面产品的开发。

这是我们产品布局,最主要是电站的测试服务,这一块刚才有电科院在做,这一块不是我们的重点,我们重点是通过对外服务,为我们大模型的建立预警、运维这种软件系统的开发,包括我们调频传输的开发,提供一些我们数据支撑,感谢各位同行、各位专家,谢谢!

资讯来源:中国储能网

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