二、姜新建-参与电网惯性响应和调频控制的飞轮储能阵列关键技术研究20220901

参与电网惯性响应和调频控制的飞轮储能阵列关键技术研究第12届中国国际储能大会姜新建清华大学电机系jiangxj@tsinghua.edu.cn1第12届中国国际储能大会目 录一、 新型电力系统频率稳定面临的严峻挑战三、 飞轮储能系统关键技术四、 飞轮储能技术典型应用二、 飞轮储能电网惯性响应和调频控制技术2第12届中国国际储能大会一、新型电力系统频率稳定面临的严峻挑战 习近平主席在第75届联合国大会提出：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”的宏伟目标。 2021年中央财经委第九次会议：要构建清洁低碳安全高效的能源体系，控制化石能源总量，着力提高利用效能，实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统。传统发电新能源发电风电光伏水电核电火电输配电系统10%22%58%新能源发电占比预测2020 20302060工业、交通用电国防、医疗用电农业用电商业用电办公、生活用电分布式电源电动汽车交流直流形成新型电力系统发展趋势新能源发电为主体电力电子化数字化、智能化、开放式交直流混合灵活组网分布式平稳随机、间歇、波动双向随机3第12届中国国际储能大会严重危及电网的频率稳定和安全运行① 电力系统的传统转动惯量极大降低② 电网超出一次调频死区的次数增加，几十次～几百次/天① 风力发电渗透率达到34.71%，系统惯量大幅降低② 系统调频能力不足，尤其是一次调频能力 新型电力系统形态面临巨大转变与挑战：一、新型电力系统频率稳定面临的严峻挑战火电机组退减直驱双馈光伏电力电子变流器新能源大规模集中并网及高渗透率分散接入P - 功率t - 时间0出力稳定、惯量充足频率平稳、调频能力好——发电功率——电机转速（频率）P - 功率t - 时间0源端强随机、波动、等效惯量很小且调频能力弱——发电功率——电机转速（频率） 2019年英国大停电，电网频率跌至48.9Hz随机性波动性惯量缺失4第12届中国国际储能大会传统电力系统火电新能源火电机组承担电网主要调频任务 国标GB/T 30370-2013《火力发电机组一次调频试验及性能验收导则》规定调频功率占6%-10%总功率容量其他① 调频功率不小于6%总功率容量② 一次调频滞后时间<1s③ 一次调频上升时间<5s新型电力系统火电新能源新能源承担电网主要调频任务 新国标GB/T 40595-2021《并网电源一次调频技术规定及试验导则》规定新能源场站必须具备调频能力：其他一、新型电力系统频率稳定面临的严峻挑战 严峻形势下国标已规定调频要求5第12届中国国际储能大会 储能，为电力系统运行提供能量平衡和功率支撑，具备调峰、调频、备用、需求响应支撑等作用能源存储技术电能存储和热能存储电化学超级电容电感（超导）物理飞轮压缩空气电池P - 功率t - 时间0波动频繁剧烈功率不平衡——负荷功率——发电功率储能、调频一、新型电力系统频率稳定面临的严峻挑战电解制氢抽水蓄能惯量调节6第12届中国国际储能大会充电放电基本原理: ①电能通过变流器，供电给电动机驱动飞轮升速，电能转换为旋转飞轮的动能；②当需要电能时，飞轮减速驱动电机发电，通过变流器馈电给电网，将飞轮动能转换成电能；③通过飞轮的升速和降速，实现了电能的存入和释放。动能：niiikRmJJmvE12222121 飞轮储能技术原理与基本构成 《》冷却水机组变流器涡轮分子泵飞轮系统组成：一、新型电力系统频率稳定面临的严峻挑战7第12届中国国际储能大会物理储能，大转动惯量，效率高（＞85%），寿命长（＞20年），快响应（20ms级），低循环成本，高频次（30次/小时、百万次），安全性高，无污染。飞轮储能优势： 飞轮储能是解决电网惯性支撑和调频控制难题的最先进技术和最有效方法之一！ 电化学储能已实现大规模应用，储能达2-4小时，但是充放电次数有限（几千次），面临环保和安全性压力一、新型电力系统频率稳定面临的严峻挑战8第12届中国国际储能大会目 录三、 飞轮储能系统关键技术四、 飞轮储能技术典型应用二、 飞轮储能电网惯性响应和调频控制技术一、 新型电力系统频率...