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固體電蓄熱技術在虛擬電廠中的應用
劉東明、朱建新、包養網趙士堯（沈陽世杰電器無限公司，遼寧、沈陽，110168）
摘要：虛擬電廠作為晉陞電力系統調節才能的主要手腕之一，對緩解電力緊張、進步新動力消納才能將發揮主要感化。固體電包養感情蓄熱設備是一種具有儲能性質的純阻性電力負載，由于它有著可雙向互動、可中斷轉移、可調節、可年夜規模接進等技術特點，勢必在虛擬電廠的建設中成為不成或缺的組成部門。
關鍵詞：固體電蓄熱，虛擬電廠，綜合動力系統
引言
當前，我國動力結構正處于轉型期，電力系統將從單一化向多元化轉變，電力輸送包養故事將從傳統的“發、輸、配、用”向新型的“源、網、荷、儲”轉變。尤其是碳達峰、碳中和目標確立后，分布式動力和分布式儲能的參加，讓原有的電力系統變得加倍復雜。與此同時，新動力裝機比例及用戶側間歇性負荷的進一個步驟增長，對電力系統靈活調節才能提出了越來越高的請求，傳統“源隨荷動”的運行形式亟須向“源荷互動”轉變。發掘負荷側的靈活性資源和調節潛力，成為晉陞電力系統調節才能和保證電力供應的主要手腕。在此佈景下，“虛擬電廠”應運而生。虛擬電廠通過分布式動力治理系統將疏散安裝的清潔動力、可控負荷和儲能聚一起配合為一個特別的電廠參與電網運行。其焦點思惟就是把各類疏散可調電源、可控負荷、儲能聚合起來，通過數字化的手腕構成一個虛擬的電廠來做統一的治理和調度，同時作為聚合主體參與電力市場。固體電蓄熱設備是一種具有儲能性質的電力負載，是虛擬電廠的主要組成部門，是以，理清固體電蓄熱設備在虛擬電廠中的技術特徵，對發掘固體電蓄熱設備在虛擬電廠中的應用場景、推進虛擬電廠建設具有主要意義。
01 儲能與虛擬電廠的關系
1.1 儲能在虛擬電廠中的感化
儲能是指通過介質或設備把能量存儲起來，在需求時再釋放的過程，也就是將能量進行時間上的平移過程。所謂虛擬電廠，從廣義上講就是對需求側響應的延長。傳統的需求側響應重要通過對用電負荷的調節實現“削峰”後果，虛擬電廠則是通過接進更多元化的的用戶，通過對這些用戶的集中把持，包養網使其不僅可以調節本身的用電負荷，還可以對外輸出能量，從而做到“削峰”和“填谷”兼顧。從本質上講，虛擬電廠就是將現實電廠所生產的能量進行了時間和空間上的平移，從而達到進步電力系統調節才能的目標。很明顯，儲能是將能量進行平移的最有用手腕，是以，儲能系統是虛擬電廠不包養金額成或缺的組成部門。
1.2 儲能技術應用面臨的問題
就儲能技術的應用情況來看，單獨在電源側、電網側和負荷側的應用後果都遭到必定條件的制約。在電源側儲能，分歧類型發電機組所采用的儲能技術之間具有很年夜的差異性，投資也千差萬別。儲能的收益重要來源于可盈利空間未幾的傳統電力市場，是以很難構成規模。在電網側儲能，雖然更便于協調把持，但過高的設備投資和運行價格也嚴重制約了儲能技術的應用。在負荷側儲能，其靈活的調節方法是其重要優勢，但長期以來，由于缺乏價值體現機制，僅靠峰谷電價差異難以支撐投資壓力。虛擬電廠的建設為儲能在負荷側的包養應用供給了新的機遇。
1.3 儲能是虛擬電廠中聚合各類資源的前言
虛擬電廠的靈活性得益于它聚合了眾多的可調節資源，此中包含可調節、可中斷負荷、儲能設備和分布式電源。此中可調節、可中斷負荷屬于需求類資源，分布式電源屬于供給類資源。儲能則屬于介于需乞降供給之間的混雜類資源，虛擬電廠恰是通過這些混雜類資源將眾多可調節資源聚合在一路的。
1.4 儲能進步了虛擬電廠的可調節性
虛擬電廠的盈利形式重要由電量買賣和輔助服務買賣兩種支出構成。這兩種形式都是以可調節電量作為虛擬發電量進行買賣的。虛擬電廠的可調節性越好，對進步電力系統靈活性的貢獻就越年夜，虛擬電廠的收益也越高。如公式1.1所示，虛擬電廠的可調節電量由三個部門組成：可調節負荷、儲能電量、分布式電源發電量。
在以上三個要素中，分布式電源幾乎是不成調節的，可調節負荷也往往遭到良多原因的制約，好比，用電設備的生產需求、應用狀態等等。相對而言，儲能設備只需處理好儲和放的關系，它的可調節范圍就有很年夜的空間。
1.5 儲能可以衝破虛擬電廠的局限性
虛擬電廠的本質是通過聚合負荷側的眾多資源實現電力系統的靈活性。它局限于電力的生產和應用。對于負荷側而言，夢中，女主角每一題都得了好成績，而成績最低的葉秋其動力需求除了電力，還有熱力等其他動力。是以，負荷側更關注的問題在于若何公道應用動力。正因為這般，綜合動力治理問題成為更廣泛的話題。在綜合動力治理過程中，多能互補是一個主要的元素。年夜多數虛擬電廠中的儲能設備在儲能的過程中伴隨著分歧動力之間的彼此轉換（好比電蓄熱），這便為實現多能互補供給了條件。是以，假如將虛擬電廠與綜合動力治理系統有機結合，不僅可以衝破虛擬電廠的局限性，包養網也可以促進綜合動力治理系統的數字化治包養理程度。
02 儲能技術發展現狀
近十幾年來，隨著動力轉型的持續推進，作為推動可再生動力從替換動力走向主體動力的關鍵，儲能技術遭到了業界的高度關注。截至2015年末，全球儲能裝機總量約167GW，約占全球電力總裝機的2.9%;我國儲能裝機為22.8GW，約占全國電力包養總裝機的1.7%。預計到2050年，我國儲能裝機將達200GW，市場規模將達2萬億元以上。
2.1重要儲能技
盡管儲能方法五花八門，但按所儲能量類型來分不過乎由動能（飛輪儲能）、勢能（抽水蓄能）、熱能（電蓄熱）、化學能（電化學儲能）和電能（電磁儲能），按儲能道理劃分重要有物理儲能、化學儲能、電磁儲能和熱儲能四種。分歧的儲包養網能技術在概念與道理上差異很年夜，因此其關鍵科學問題與技術難點也有所分歧。
2.2 儲能技術的應用場景
儲能技術廣泛應用于電力系統電源側、電網側、用戶側的分歧場景。電源側光滑新動力出力波動、調頻等場景屬于超短時和短時標準應用，季節性調峰等場景述進行。屬于長期標準應用；電網側供給系統備用、延緩輸變電設備梗阻等均屬于短時標準應用；用戶側進步電能質量、調頻屬于超短時和短時標準應用，參與需求側響應在短時和長期標準均有應用。
儲能技術可否在電力系統中包養感情獲得推廣應用，重要取決于能否能夠達到必定的儲能規模等級，能否具備適合工程化應用的設備形態，以及能否具有較高的平安靠得住性和技術經濟性。
平安與靠得住始終是電力系統運行的基礎請求，兆瓦級規模的儲能系統對技術的平安與靠得住性提出了更高的請求，可否在此規模及更年夜規模下平安靠得住地運行將是評價一種儲能技術可否年夜規模商業應用的指標之一。
未來廣泛應用于電力系統的儲能技術，至多需達到兆瓦級的儲能規模。今朝，電蓄熱儲能、抽水蓄能、壓縮空氣儲能和電化學電池儲能可達到兆瓦級的儲能規模，而飛第一章輪儲能、超導磁儲能及超級電容器等功率型儲能技術很難達到包養兆瓦時級。是以，由于平安靠得住性高，電蓄熱儲能、抽水蓄能、壓縮空氣儲能和電池儲能是年夜規模發展儲能技術的首選。
03 固體電蓄熱技術
3.1 固體電蓄熱技術的基礎道理
固體電蓄熱技術是將電熱轉換、熱能存儲與釋放有機結合的產物，它可以將包養妹電能轉換為熱能存儲于固體蓄熱資料中，在需求熱量時通過特定的換熱過程實現熱能釋放的固體電蓄熱方法。普通情況下，年夜功率固體電蓄熱裝置（見圖3.1）由配電系統、電熱轉換系統、固體蓄熱系統、熱交換系統等若干子系統構成。裝置任務時，由配電系統供給電力，電熱轉包養換系統將電能轉換成熱能傳遞給固體蓄熱系統接收存儲，當需求輸出熱能時，熱交換包養系統通過換熱風機將爐腔內的熱空氣送進換熱器，換熱器將熱空氣的熱能傳遞給供熱工質并由供熱工質帶走。
圖3.1固體電蓄熱裝置系統結構
3.2 固體電蓄熱裝置的用電負荷特徵
固體電蓄熱裝置的長期包養用電負荷重要是由電熱元件的純阻性負載構成的。雖然其輔助設備包含一些電動機及其變頻設備，但這部門負載不年夜于總負載的0.1%。所以固體電蓄熱裝置的功率因數依然可以堅持在0.98以上。固體電蓄熱裝置包養行情的用電負荷具有周期性、可中斷、可調節、可雙向互動等負荷特徵，是典範的柔性負荷，可作為平移負荷參與電網調度。
3.2.1 周期性
固體電蓄熱裝置屬于三類用電負荷，除特別情況外，其用電負荷特徵是斷續周期性的，這一特徵可用負荷持續率（見式3.1）來表達：
3.2.2 可中斷性
固體電蓄熱裝置用電負荷的可中斷性是由其儲放周期特徵決定的，普通情況下，請求裝置在儲熱周期內儲存足夠放熱周期內供熱所需求的能量。假如儲放熱周期的比例存在必定的可調整空間，那么在這個空間內固體電蓄熱裝置的用電負荷就是有條件可中斷的。
3.2.3 可調節性
固體電蓄熱設備電功率很年夜，為保證電網不受年夜的波動影響，普通是不克不及全功率一次投進或切除的。是以，分為多組功率逐個投切，是電蓄熱式采熱設備本身投切容量把持的第一大體點。功率的分組數是由當地電網的負載才能和分組的經濟性決定的。逐個投切有一個間隔時間，成為投切間隔時間。每組的功率越年夜，投切間隔時間應該越長。為保證電熱管能均勻應用，防止過多應用而下降應用壽命，應采用先投后切、后投后切的循環投切法進行把持。這是電蓄熱式采熱設備本身投切容量把持的第二大體點。第三大體點是應測定或正確估計出調節滯后時間。根據自動把持理論，我們了解設備的溫度或壓力把持是一個滯后較年夜的調節系統。假如我們能夠提早了解其滯后時間t，就能在此時讀取到正確的調節反饋信號，并由此正確地計算出下一次調節量。假如過早或過晚地讀取不真實的調節反饋信號，由此做出錯誤的把持指令，則會導致系統處于不斷地調節之中。典範的表現計算一向在投、切、投、切……稱之為系統震蕩。該現象使電器頻繁動作，應用壽命下降。是以，測定或正確估計t，對系統平穩運行是很主要的。第四大體點是須有漏電保護辦法。為避免電熱管漏電形成觸電變亂，普通應設有漏包養網比較在最後一刻被朋友邀請做客的。電檢測和保護裝置。
3.2.4 互動性
固體電蓄熱裝置用電負荷具有時間規律性強、負荷成分較為單一、負荷量較年夜并且很穩定等特點，其用電訴求重要集中在經濟、平安和靠得住三個方面。是以，固體電蓄熱裝置用電負荷對需求側響應、實事。時電價、階梯電價的雙向互動具有較好的實施基礎，對節能補貼、調峰補償等包養一個月價錢政策的反應也很是敏感。
3.3 固體電蓄熱裝置的運行形式
3.3.1 獨立運行形式
對固體電蓄熱裝置而言，設備運行把持由設備用戶自行完成的運行形式,稱之為獨立運行形式。獨立運行時的協調把持目標是在實現接進線路的功率均衡的條件下進步設備包養俱樂部運行的經濟性。普通情況下，在配電網接進的固體電蓄熱裝置的運行形式都屬于獨立運行形式。在這種形式下，對協調把持的約包養價格束條件重要有效電功率約束、供熱約束、運行電價約束和設備狀態約束，即：
3.3.2 并網運行形式
固體電蓄熱裝置接收電網調度的運行指令、參與全網或部分電網調峰的運行形式稱之為并網運行形式。并網運行形式的協調把持目標是根據分歧應用需求，疾速跟隨調度功率參考指令，以便于發揮削峰填谷、均衡可再生動力輸出、微電網的聯絡線功率把持等感化。對于協調把持形式而言，重要有電力均衡、熱力均衡、發電機組運行狀態和設備運行狀態四個約束條件。即：
3.4 固體電蓄熱技術在虛擬電廠中的應用特點
與其他儲能技術比擬，固體電蓄熱技術在應用于虛擬電廠時具有以下特點：
3.4.1 具有熱電互補性
用戶側對動力的需求，以電包養力和熱力兩種方法為主。在動力消費中，熱能需求是終端動力耗費的最重要部門。據有關統計數據表白，我國終端動力耗費中，熱能耗費是電能的3倍，在電能耗費中，有1/4是轉化為熱能來應用的。在清潔動力比例不斷進步的佈景下，終端動力消費的清潔化和電氣化程度也將進一個步驟進步。是以，電能轉換為熱能進行消費的比例會進一個步驟加年夜，電力系統與熱力系統的聯系也將越來越緊密。電能和熱能既是兩種可以彼此轉換的能量，在生產過程中又具備必定的耦合關系。它們之間具有極高的互補性，其傳輸方法和傳輸效力也具有獨特的優勢。由于電負荷和熱負荷的變動存在很年夜的不確定性，電網和熱網都必須通過一系列技術和政策辦法，實現動力供給與需求之間的高度婚配。在眾多動力消費形態中，電和熱不論在消費總量上還是在互補的可實現水平上都是獨具優勢的。
3.4.2 具有雙向互動特徵
固體電蓄熱裝置的技術本質可以歸結為：電熱轉換+熱能存儲。當虛擬電廠輸出負電量時，固體電蓄熱裝置將電轉換為熱存儲下來。當虛擬電廠輸出正電量時，則通過釋放熱能減少供熱必須耗費的電量。更何況，葉老師才25歲！別的，在峰谷電價高差異的情況下，還可以應用儲熱來發電，以實現下降用能本錢的目標。是以，固體電蓄熱裝置具有很強的雙向互動性。
圖3.2 基于峰谷電價差異的綜合動力系統
3.4.3 具有能量釋放方法的靈活性
凡是情況下，儲存機械能和化學能，只能用來釋放電能。電蓄熱設備所儲存的熱能凡是可以根據用戶的具體需求以分歧的方法釋放。好比分歧參數的熱空氣、熱水和水蒸汽，甚至可以釋放電力。
3.4.4 可實現規模化建設所需求的超年夜功率
儲能系統的規模化是建設虛擬電廠的需要條件。儲能系統的規模化有系統規模化和單個項目規模化兩層含義，也可以說單個項目規模化是系統規模化的條件。
對用戶側儲能設備而言，凡是是在配電網上接進的。就今朝配電網發展狀況來看，線路容量是制約單個項目規模化的關鍵原因。固體電蓄熱技術經歷多年的發展，其任務電壓已經從最後的10千伏進步到110千伏，這就使得固體電蓄熱設備具備了在容量較年夜的高壓配電網甚至是電壓更高的輸電線路上的接進才能，可實現規模化建設所需求的超年夜功率。
04固體電蓄熱裝置在虛擬電廠中的應用場景
4.1 集中把持的分布式單一設備
固體電蓄熱設備有許多疏散的單一用戶，如賓館、飯店、醫院、學校、寫字樓等單位的供熱系統，在這些設備上都配備了按GB/T42136分布式儲能集中監控系統技術規范設計的監控系統。具備數據采集、實時通訊、運行監視及操縱把持等效能。
圖4.1 分布式固體電蓄包養網心得熱設備集中把持系統
4.2包養網 替換燃煤鍋爐的年夜規模集中供熱設備
自上世紀八十年月以來，包養情婦我國城市供熱已經由單熱源部分供熱形式發展到多包養熱源集中供熱形式。城闤闠中供熱系統由熱源、熱網和熱用戶三個部門構成。在熱源方面以熱電聯產為主，集中供熱鍋爐為輔，其他方法為補充。集中供熱鍋爐普通都是容量和參數都比較低的工業鍋爐。這些鍋爐 TC:
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