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陆上风场液流电池储能经济性分析

作者:范永生等 来源:储能科学与技术 时间:2020-05-19 浏览:
      储能技术是解决可再生能源发电波动的有效途径。风场配置储能电站能够实现平滑输出、跟踪计划出力、削峰填谷等作用,也能够进行调频、无功补偿等辅助服务,从而实现减少弃风、提高并网质量、建设友好型风场的目的。液流电池具有寿命长、安全性好、输出功率大、储能容量大且易于扩展等特点,寿命达到15-20年,同其他储能技术比较,与风电场硬件具备最高的匹配度。特别适合用于风场储能,满足其频繁充放电、大容量、长时间储能需求。

近年来,国内外相继开展了大量风场配置液流电池储能的示范项目,验证了储能技术本身的可靠性,以及对风场的重要作用;一些研究机构对风场配置储能的设计和运行模式进行了相关研究,依据风场运行特性,对配置的储能容量设计和控制方法,运行模式,容量优化等进行了一系列的研究,提供了具体的解决方案和思路,为以后风场配置储能设计建设提供参考依据。但是,从目前储能的发展来看,储能的经济性始终是影响液流电池储能技术大规模应用的关键因素。

本文以西北地区某风电场实际运行情况为基础,考察风场配置液流电池储能的应用模式,收益模式,分析风场配置储能的经济性,为液流电池储能的发展,以及风场配置储能的模式提供参考依据。

重点内容导读

选定的风场2018年全年弃风量接近30%,弃风带来的经济损失约5000多万元。图1所示为该风场2018年部分运行数据,由图中可以看出,风场弃风频次较高,且弃风量波动较大。

图1. 风场部分运行历史数据

依据选定风场实际运行数据,选定风场在2018年发生弃风频次为853次,如图2中所示,风场弃小于10MWh的弃风量的频次占总数的50%以上,达到400余次。这些小规模的弃风可以通过储能收集起来,在电网不限电时放出,实现减小弃风的目的,这也是储能移峰功能的体现。

图2. 风场弃风量及对应频次

依据选定风场实际运行数据,模拟风场储能的跟踪计划出力模式,分析储能电站在跟踪计划出力模式中的充放电行为,从图3中可以看出,储能容量需求大多数时间在10MWh以内,放电次数接近3000次。这种运行模式特别适合于全钒液流电池储能系统,能够充分发挥全钒液流电池的寿命长、循环次数高、可靠性高的优点,而且,配置合适规模的储能系统,可以提高储能利用率,充分发挥储能的作用。

图3. 储能跟踪计划出力模式放电次数及所需容量

由以上风场储能运行模式分析可以看出,储能当前比较适合于风场小规模移峰和跟踪计划出力模式运行。当前模式下,风场配置液流电池储能收益由两部分构成,减免考核和减少弃风。

考虑到全钒液流电池电解液价值,电解液残值按原值的70%计算。综合收益模型中的移峰、跟踪计划出力、考核减免收益模式,不同配置的全钒液流电池储能电站在风场运行收益如图4。

注:2h为2小时储能时长,4h为4小时储能时长;全钒液流电池储能造价2h时长为以4000 RMB/kWh计算,4h时长以3000 RMB/kWh计算。

图4. 不同规模不同时长储能投资回报率和回收期

由数据分析可以看出,在当前运行模式下,液流电池储能功率在5MW时,储能容量为2小时(10MWh)时, 储能具有最优的资金回报率和最短的回收期,投资静态回收期约7.9年。

结论

风场配置全钒液流电池储能系统,能够很好的实现跟踪计划出力,减少弃风,减免“两个细则”考核,也可以参与辅助服务,有效的提升风场并网质量,且具有较好的投资回报率,经济效益明显。

在小规模移峰和跟踪计划出力模式下,配置规模5MW/10MWh的液流电池储能,是较优的配置方案。在上述分析中,仅考虑了电解液的回收,没有考虑电堆的回收,因此分析结果显示功率配置对投资回收期影响不大,实际上,电堆回收主要是关键材料的回收和再利用,工艺简单,若考虑这部分影响,投资回收期会进一步缩短。若采用电解液租赁模式,投资回收期还会更进一步降低。

未来随着储能成本的降低,储能可以发挥大规模移峰、能量管理的作用,可以实现削峰填谷以、收集弃风用于电力现货市场交易,同时可以同跟踪计划出力运行模式结合,最大程度的提高储能利用率,使得综合收益最高。

引用本文

请输入

范永生, 赵璐璐, 刘庆华, 缪平. 陆上风场液流电池储能经济性分析[J]. 储能科学与技术, 2020, 9(3): 725-729.

Yongsheng FAN, Lulu ZHAO, Qinghua LIU, John LEMMON, Ping MIAO. Economic analysis of flow battery energy storage for wind farm application[J]. Energy Storage Science and Technology, 2020, 9(3): 725-729.

关键字:液流电池储能

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