CN112865086A - 面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能系统及方法 - Google Patents

面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能系统及方法，其中，本发明的系统包括：与电网连接的电网调度装置；与电网以及电网调度装置连接的电解制氢站；与电解制氢站、电网调度装置、电网连接的储能电站；储氢站。本发明的复合储能方法包括：电网调度装置接收电解制氢负荷曲线、调峰和调频指令、短期快速小幅度的功率调整信号；电解制氢站根据电解制氢负荷曲线运行；储能电站根据调峰和调频指令、功率调整信号向电解制氢站进行快速充放电调节。本发明的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能系统，采用氢储能和电化学储能、超级电容或飞轮储能相结合的方式，实现了可再生能源的大规模消纳，并显著增强了电网的调峰调频能力。

Description

面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能系统及方法
技术领域
本发明涉及电能存储系统，特别是涉及一种面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能系统及方法。
背景技术
在我国能源转型和实现碳中和目标的要求下，风电和光伏等可再生能源将持续大规模发展。这将使我国可再生能源丰富地区与负荷中心地区距离较远的矛盾日益突出，大规模可再生能源消纳问题将日益凸显，电网面临的调峰调频压力将越来越大。另外，当我国电力系统转型为以可再生能源发电为主时，小概率高风险的“黑天鹅”事件的出现将对我国能源和电力供给安全造成严峻挑战。如大面积、持续性长时间的阴天、雨天、静风天对光伏、风电为主体的电力系统造成重大电力断供风险。
在此背景下，大力发展灵活性调峰调频电源和储能技术变得尤为重要。目前，较常见的储能技术包括抽水蓄能、电化学储能、超级电容和飞轮储能等。抽水蓄能规模容量大，调节能力强，但建设周期长，也对地理条件的要求较高。电化学储能和飞轮储能动态响应能力强，适用于快速调频和小幅度调峰，在大幅度调峰方面竞争力较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能系统。
本发明的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能系统，包括：与电网连接的电网调度装置，用于接收电网调度中心发出的电解制氢负荷曲线、调峰和调频指令、短期快速小幅度的功率调整信号；与电网以及电网调度装置分别连接的电解制氢站，接收电网调度装置发出的电解制氢负荷曲线并根据电解制氢负荷曲线运行；与电解制氢站、电网调度装置、电网分别连接的储能电站，接收电网调度装置发出的调峰和调频指令、短期快速小幅度的功率调整信号，并根据调峰和调频指令、功率调整信号向电解制氢站进行快速充放电调节；与电解制氢站连接的储氢站，用于存储电解制氢站产生的氢气。
本发明的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能系统，其中，还包括与储氢站连接氢燃料电站，与电网以及电网调度装置连接，用于利用储氢站的氢气发电，并将电上传至电网。
本发明的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能系统，其中，电解制氢站为碱性电解水制氢站、质子交换膜电解制氢站、高温固体氧化物电解制氢站，或者上述三种制氢装置的任何混合。
本发明的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能系统，其中，储能电站为电化学储能电站、压缩空气电站、超级电容电站、飞轮储能电站，或者上述的任何混合。
本发明的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能系统，其中，储氢站为超高压气态储氢站或液态储氢站，氢燃料电站为固定式燃料电池电站或氢燃机电站。
本发明的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能方法，包括：
电网调度装置接收电网调度中心发出的电解制氢负荷曲线、调峰和调频指令、短期快速小幅度的功率调整信号；
电解制氢站接收电网调度装置发出的电解制氢负荷曲线并根据电解制氢负荷曲线运行；
储能电站接收电网调度装置发出的调峰和调频指令、短期快速小幅度的功率调整信号，并根据调峰和调频指令、功率调整信号向电解制氢站进行快速充放电调节；
储氢站存储电解制氢站产生的氢气。
本发明的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能方法，其中，还包括：氢燃料电站利用储氢站的氢气发电，并将电上传至电网。
本发明的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能方法，其中，负荷曲线由电网调度中心根据风电、光伏发电量预测值减去负荷预测值生成。
本发明的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能方法，其中，储能电站的储电状态稳定在40％-60％之间，当储电状态超过60％时，储能电站向电解制氢站放电提高制氢功率；当储电状态低于40％时，由氢燃料电站向储能电站充电。
本发明的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能方法，其中，当可再生能源发电较长时间内无法满足负荷需求时，电网调度装置发送指令给氢燃料电站，氢燃料电站进行发电。
本发明的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能系统，采用氢储能和电化学储能、超级电容或飞轮储能相结合的方式，实现了可再生能源的大规模消纳，并显著增强了电网的调峰调频能力。
附图说明
图1为本发明的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能系统的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能系统，包括：与电网连接的电网调度装置，用于接收电网调度中心发出的电解制氢负荷曲线、调峰和调频指令、短期快速小幅度的功率调整信号；与电网以及电网调度装置分别连接的电解制氢站，接收电网调度装置发出的电解制氢负荷曲线并根据电解制氢负荷曲线运行；与电解制氢站、电网调度装置、电网分别连接的储能电站，接收电网调度装置发出的调峰和调频指令、短期快速小幅度的功率调整信号，并根据调峰和调频指令、功率调整信号向电解制氢站进行快速充放电调节；与电解制氢站连接的储氢站，用于存储电解制氢站产生的氢气。
本发明的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能系统，其中，还包括与储氢站连接氢燃料电站，与电网以及电网调度装置连接，用于利用储氢站的氢气发电，并将电上传至电网。
本发明的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能系统，其中，电解制氢站为碱性电解水制氢站、质子交换膜电解制氢站、高温固体氧化物电解制氢站，或者上述三种制氢装置的任何混合。
本发明的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能系统，其中，储能电站为电化学储能电站、压缩空气电站、超级电容电站、飞轮储能电站，或者上述的任何混合。
本发明的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能系统，其中，储氢站为超高压气态储氢站或液态储氢站，氢燃料电站为固定式燃料电池电站或氢燃机电站。
本发明的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能方法，包括：
电网调度装置接收电网调度中心发出的电解制氢负荷曲线、调峰和调频指令、短期快速小幅度的功率调整信号；
电解制氢站接收电网调度装置发出的电解制氢负荷曲线并根据电解制氢负荷曲线运行；
储能电站接收电网调度装置发出的调峰和调频指令、短期快速小幅度的功率调整信号，并根据调峰和调频指令、功率调整信号向电解制氢站进行快速充放电调节；
储氢站存储电解制氢站产生的氢气。
本发明的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能方法，其中，还包括：氢燃料电站利用储氢站的氢气发电，并将电上传至电网。
本发明的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能方法，其中，负荷曲线由电网调度中心根据风电、光伏发电量预测值减去负荷预测值生成。
本发明的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能方法，其中，储能电站的储电状态稳定在40％-60％之间，当储电状态超过60％时，储能电站向电解制氢站放电提高制氢功率；当储电状态低于40％时，由氢燃料电站向储能电站充电。
本发明的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能方法，其中，当可再生能源发电较长时间内无法满足负荷需求时，电网调度装置发送指令给氢燃料电站，氢燃料电站进行发电。
本发明的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能系统，采用氢储能和电化学储能、超级电容或飞轮储能相结合的方式，实现了可再生能源的大规模消纳，并显著增强了电网的调峰调频能力。
电解制氢站为碱性电解水制氢、质子交换膜电解制氢或高温固体氧化物电解制氢装置；储能电站为电化学储能、超级电容或飞轮储能电站；储氢站为超高压气态储氢或液态储氢；氢燃料电站为固定式燃料电池电站或氢燃机电站。
本发明的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能方法：系统工作时，电网调度装置固定时间接收电网调度中心发出的电解制氢负荷曲线(负荷曲线是电网调度中心根据风电、光伏发电量预测值减去负荷预测值生成的，从而降低风电、光伏弃电率)，大容量电解制氢站具有灵活性调节负荷功能，其根据负荷曲线运行。同时，电网调度装置实时接收电网调度中心发出的调峰和调频指令，短期快速小幅度的功率调整信号发送给储能电站，储能电站根据指令进行快速充放电调节。当功率调整需求超出储能电站调节范围时，发送信号给电解制氢站进行功率调节。为提高储能电站的利用率并保持调节灵活性，储能电站的储电状态稳定在40％-60％之间。当储电状态超过60％时，储能电站向电解制氢站放电提高制氢功率；当储电状态低于40％时，由氢燃料电站向储能电站充电。当可再生能源发电较长时间内无法满足负荷需求时，电网调度装置发送指令给氢燃料电站进行发电。电解制氢产生的氢气存储在储氢站内。储氢站的储氢量在保证氢燃料电站短时间内的用氢需求前提下(这个时间可以根据可再生能源出力预测情况灵活调整)，出售给附近的氢用户，例如加氢站、氢冶金基地或其他工业用户等。
本发明的技术方案的有益效果如下：
1、促进大规模可再生能源的消纳，降低弃电率：大规模电解制氢站作为灵活性调节负荷，可以根据可再生能源出力和负荷需求侧的实时变动调节运行功率，发挥供需两侧缓冲器的作用；
2、提高电网的深度调峰调频能力：小幅度快速的功率调整由储能电站通过快速充放电调节来完成，大幅度的功率调整由电解制氢站的运行功率调节来完成，可再生能源发电出力不足时，氢燃料电站启动发电进行支撑；
3、可以得到大量廉价的绿氢：由于电解制氢站利用的电大多来自低谷电或弃电，电价成本非常低，可以确保制备的氢气成本具备足够的竞争力，可以大规模应用到氢冶金、化工等对廉价氢气有大量需求的行业，有力推动我国清洁替代的进程。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能系统，其特征在于，包括：与电网连接的电网调度装置，用于接收电网调度中心发出的电解制氢负荷曲线、调峰和调频指令、短期快速小幅度的功率调整信号；与电网以及电网调度装置分别连接的电解制氢站，接收电网调度装置发出的电解制氢负荷曲线并根据电解制氢负荷曲线运行；与电解制氢站、电网调度装置、电网分别连接的储能电站，接收电网调度装置发出的调峰和调频指令、短期快速小幅度的功率调整信号，并根据调峰和调频指令、功率调整信号向电解制氢站进行快速充放电调节；与电解制氢站连接的储氢站，用于存储电解制氢站产生的氢气。
2.根据权利要求1所述的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能系统，其特征在于，还包括与储氢站连接氢燃料电站，与电网以及电网调度装置连接，用于利用储氢站的氢气发电，并将电上传至电网。
3.根据权利要求2所述的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能系统，其特征在于，电解制氢站为碱性电解水制氢站、质子交换膜电解制氢站、高温固体氧化物电解制氢站，或者上述三种制氢装置的任何混合。
4.根据权利要求3所述的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能系统，其特征在于，储能电站为电化学储能电站、压缩空气电站、超级电容电站、飞轮储能电站，或者上述的任何混合。
5.根据权利要求4所述的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能系统，其特征在于，储氢站为超高压气态储氢站或液态储氢站，氢燃料电站为固定式燃料电池电站或氢燃机电站。
6.一种面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能方法，其特征在于，包括：
电网调度装置接收电网调度中心发出的电解制氢负荷曲线、调峰和调频指令、短期快速小幅度的功率调整信号；
电解制氢站接收电网调度装置发出的电解制氢负荷曲线并根据电解制氢负荷曲线运行；
储能电站接收电网调度装置发出的调峰和调频指令、短期快速小幅度的功率调整信号，并根据调峰和调频指令、功率调整信号向电解制氢站进行快速充放电调节；
储氢站存储电解制氢站产生的氢气。
7.根据权利要求6所述的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能方法，其特征在于，还包括：氢燃料电站利用储氢站的氢气发电，并将电上传至电网。
8.根据权利要求7所述的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能方法，其特征在于，负荷曲线由电网调度中心根据风电、光伏发电量预测值减去负荷预测值生成。
9.根据权利要求8所述的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能方法，其特征在于，储能电站的储电状态稳定在40％-60％之间，当储电状态超过60％时，储能电站向电解制氢站放电提高制氢功率；当储电状态低于40％时，由氢燃料电站向储能电站充电。
10.根据权利要求9所述的面向可再生能源消纳和电网调峰调频的复合储能方法，其特征在于，当可再生能源发电较长时间内无法满足负荷需求时，电网调度装置发送指令给氢燃料电站，氢燃料电站进行发电。
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