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能建江蘇院蔣科:電化學儲能關鍵技術分析

作者:中國儲能網新聞中心 來源:中國儲能網 發布時間:2019-07-01 瀏覽:
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中國儲能網訊:6月19—20日,由中國化學與物理電源行業協會儲能應用分會聯合江蘇省電機工程學會、全國微電網與分布式電源并網標準化技術委員會、中國能源建設集團江蘇省電力設計院有限公司等單位聯合召開的“第三屆全國電網側暨用戶側儲能技術應用高層研討會”在蘇州市太湖假日酒店舉行。來自電網公司、設計院、系統集成商、電池生產企業、投融資機構等單位的280余位嘉賓出席了本次研討會。

會議期間,中國能源建設集團江蘇省電力設計院有限公司綜合能源工程公司蔣科分享了主題報告《電化學儲能關鍵技術分析》,以下是演講全文:

蔣科:各位領導,各位嘉賓上午好。我是來自中國能源建設集團江蘇省電力設計院有限公司的蔣科。去年第二屆用戶儲能大會我也是參與了,去年給各位領導匯報的是江蘇鎮江東部電網用戶側儲能的內容,今年是想對于儲能的關鍵技術分析給各位匯報一下。

因為在座的各位嘉賓也有老朋友,也有新朋友,所以借這個平臺也給各位領導匯報一下我們單位的情況。我們是江蘇省電力設計院,屬于中能建集團,我們院在儲能方面在設計院當中應該是比較早的,去年做完了鎮江東部電網側儲能以及前年做的協鑫10兆瓦時的用戶側儲能,以及貴州興義發電廠的儲能,因為我們這邊不光是做電化學儲能,還有空氣壓縮也正在執行,包括在江蘇的常州有一個壓縮空氣儲能的國家重點示范項目,并且用戶側儲能這邊我們也是有相關的總包業績。其中貴州興義的儲能項目它的總容量是20兆瓦、10兆瓦時的,這個項目的總包單位是武漢能瑞來做的,我們是設計單位。

金壇這邊的空氣壓縮,因為空氣壓縮目前國內也是大部分都是示范項目來做的,因為它的經濟性必須要跟抽水蓄能相匹配進行兩部電價,不然它的經濟性要差一點。我們在常州這邊的項目,目前規劃的發電利用小時數大概在1660個小時,電能轉換效率是60%,相當于電化學儲能的轉換效率是偏低的,但是整個發電過程中是沒有燃料損失的。最關鍵的是它是利用原來的鹽穴,利用物理空間來做相關的儲能系統,所以對地理條件跟前置條件要求比較苛刻。

這次主要是匯報三個方面,第一,儲能項目設計規范標準,因為關鍵技術的點比較多,我這邊只講兩個部分,第一個是基于我們院里面有個科研項目的成果,容量配置方面的,另一個是電化學儲能電站模塊化建設思路,后面如果有時間空余再給各位領導匯報一下多站融合、三站合一方面的設計的理念。

國家政策方面最近幾年密集出臺,在國家標準這邊大家可以看一下2014年成立了國標委員會,目前國家標準十個,行業標準九個,企標十四個,這個是2018年的數據。2018年密集發布了很多國標推薦標準,包括電池的,鉛探、鋰電、移動化學還有接入的測試以及技術規定。包括前段時間我們也在評審儲能并網服務的行標,后面也會陸續出臺。基本上對于它的技術以及評價還有儲能電池的本體都有相關的界定,對于儲能電站的設計,因為之前最早的版本國標是2014年的,今年也要進行修編,因為有些技術也在發展,設計標準也要進行同步更新。

這個是9項行標,未來發布的行標肯定會越來越多,對于儲能產業方面的標準也必然會繼續完善。

我們是基于一個項目來做容量配置,也是偏理論方面的東西,給各位領導簡單匯報一下。一儲能在電力系統的應用價值主要是提高電力系統的調峰調頻,提高火電機組的發電效率以及降低它自己的損失,還有新能源的平抑波動以及降低用戶側的用電成本和提高電能質量。

根據美國能源部的數據,儲能的效益主要體現在五個領域,大概16項應用,在電力系統里面儲能的應用主要是在發電側、電網側、用戶側以及新能源側,這幾個方面來考慮。

對于儲能方面的硬件系統,這里只是一個簡單的示意圖,實際建設還是變化的,以及監控系統方案。并網這邊主要是分為集中式的直流母線還有組串式的交流母線。監控里面可以分為三類,一個是簡易型,還有一個是普通型,還有一個是網側的儲能監控系統,相對來說是比較復雜一點。但基本上都是遵循了分層分布、開放式的網絡架構,滿足數據的實施與要求。但是目前在做三站合一或者國網最新的要求來說,對于儲能電池的監控以及它所有的BMS的測點又提出了一個更高的要求。

第一個方面是配置,對于它的應用模式這邊來進行原則。第一,滿足不同應用模式的調節需求,第二,滿足不同方式的全生命周期成本收益,分析儲能的放電、充電倍率,以及放電深度對儲能壽命的影響,提出儲能在電網中容量配置的優化模型。

儲能電站對于調峰的響應速度是很快的,因為在我們江蘇電網側儲能這邊對于源網荷儲協調控制協調,它的功率反轉響應速度都是毫秒級的,所以它的調控能力還是相當優異的。

儲能技術的應用于調控模式主要是包括功率配置還有容量配置,對于儲能的功率我們一般都采用了儲能電站的最大出力,儲能電站以及連續電量,以及最大尖峰電量的最大值來做的。舉個例子來說,這是某某變電站的負荷曲線,110主變負載率是屬于重載的模式,這種情況對于主變重載的擴容,第一這個站因為它位置比較特殊,基本沒有線路走廊,通過這樣我們可以建儲能來給它削峰填谷,第一可以延緩它增容的時間,第二在案例分析上面我們可以結合時間效益和社會效益,如果說我新建儲能我是不用新建一個長距離的線路走廊的,包括費用都是可以做一個相關的經濟比較的。

第二個,調頻。調頻是電廠側調頻,儲能電站是具備響應速度快、短時功率吞吐能力強的特點,與常規的調頻相結合它可以作為輔助傳統調頻的有效手段。

根據我們之前的理論推導,首先我們會根據火電機組的調節速率、響應時間和調節精度,來分析它的性能指標以及調節深度,然后再分析典型日偏差的分布情況,其中出力偏差是AGC的點,后面就直接拿一個點來看。就以火電發電廠的一臺300MW直吹式機組為例分析,0到4兆瓦區間是高達96.89%,如果說配置4兆瓦的儲能電站可以滿足全天96.89的功率差額需求。同時也考慮到2兆瓦的占比大概在74%,所以說0到4兆瓦占比比較低,所以我們建議它的功率配置為3兆瓦。按照平均單向調頻的次數為5次的話,它的儲能容量是1.5兆瓦時,我們也根據相關的模型來測算它的配置方案。

第三個方面是新能源這邊的消納,主要是針對平抑新能源的波動來做的,并且儲能電站可以跟隨新能源的發電功率,通過快速充放電,可以使其并網的電壓、頻率能得到電能質量的指標,并且可以根據調度人員的發電預測、功率曲線實時跟蹤。

根據新能源歷史的發電曲線以及調度計劃的數據,結合發電及調度預測,調節需求量,這些都是可以實現的。

這是一個光伏的案例。

第四個是用戶側儲能,主要分為低儲高發以及降低容量費用,低儲高發的模式是跟蹤電價信號進行充電和放電,實現峰谷電價套利,這個也是大部分用戶側儲能的盈利模式。

用電管理主要是根據需量削減以及低儲高發模式。虛量削減模式跟調峰配置方面相同,低儲高發是根據用戶負荷曲線確定調節功率值和轉移電量,進而得到配置方案。

這個是以某個安裝屋頂光伏的工業企業為例,我們會分析負荷以及廠區屋頂光伏的發電曲線來進行方案配置。

第三部分,電化學儲能電站模塊化建設思路。主要分這幾大塊,一個是標準化、模塊化還有智能化。配置標準化,這個就跟我們之前做常規的變電站思路有點相近,它是按照模塊化的設計思路,進行方案的集成。標準化里面包含配置標準化、設備標準化、布置標準化還有信息標準化。模塊化是想把整個儲能電站根據功能進行模塊化的區分,智能化基于一些高級應用來支撐它的運檢系統的有效提升。

主接線這邊根據我們之前的設計規范及工程案例,基本上可以根據電壓等級采用單母線或單母線分段接線,而且可以參考分布式風電的一些主接線,可以采用一些集電線路來做。

單元的接線,比如我可以面向單元把儲能電站區分為若干個電氣單位,包括儲能單元、母線單元、集控單元以及獨立電站的電源單位,還有一些輔助,包括消防單元現在也應該是一個獨立的模塊。

對于配置標準化,主要是針對于電池的模塊,因為我們通過鎮江的項目,因為鎮江項目里面含好多電池廠家,包括中天、寧德、力信,昨天劉博給大家介紹江蘇在再儲能的點設,在點設之前我們調研了很多電池廠家、BMS廠家一個儲能艙的廠家,我們當時調研了八家單位,包括市場上主流的寧德時代、比亞迪都在我們的調研范圍內。我們會發現它所有的電芯,尤其在第二批的電網側儲能中對于單體電芯的數量進行了技術界定,每個不同廠家對于單體電芯的標準還是不一樣的,寧德時代的單體電芯可以做到最大。

因為常規的用戶側的電池管理系統相對于網側的要求降低了一點,包括我們這次電網側用的BMS都是必須要兼顧雙網的61850規約的,因為它包括BMS的測點,因為之前有些數據都是由廠家來直接集成的,對于設計院來說比較少。現階段來說設計院發揮的設計的要求以及后面產生的作用會越來越大,技術要求會非常詳細。包括BMS的信號,在江蘇這邊做完鎮江項目之后,對于電網側儲能會有一套標準的信息、點秒(音),里面會有所有的BMS數據,通過我們工程實踐下來,不同品牌BMS采樣的精度以及采樣的量大家有各自成熟的體系。

變壓器這邊采用了常規的變壓器,開關10千伏大部分采用中置柜,在比較小型的場地里面也可以采用充氣柜,相對來說占地小一點,檢修稍微麻煩一點。

預制艙通過我們目前所有的電池,因為我們這邊做的磷酸鐵鋰的方案偏多一點,所以我們這邊都是針對磷酸鐵鋰的電池。這個預制艙的定義是全戶外的方案,沒有任何的建筑,全部是以艙體來進行的,這樣可以提升整個工程的建設進度以及設備集成度。

二次設備這邊主要是偏重于涉網的設備了,包括調峰調頻、應急備用、輔助新能源并網等等都是在二次設備里面進行望山的。

對于艙體這邊我們一般建議為整體采購,建議進行入廠監造以及廠內完全調試完。而且電池廠家是采用機架式安裝,當時我們建議機架深度為700,但是不同的項目會有不同的差異。對于中間的檢修通道有條件的情況還是建議造一點,現在目前大部分的儲能電站還是有人值守的情況。

二次設備艙里面就可以傳統的前接線前柜門結構,可以優化艙體的結構。對于電池艙的抗震,因為現在很多采用的是疊加的方案,如果在四川那邊建議在抗震上多做點方案,針對性的提一些方案的優化設計。

我們對于電化學儲能的布置方案主要分為全戶外、半戶外跟全戶內。全戶內的方案目前只是在理論上,因為全戶內的方案相對來說消防風險會偏大一點。

第二個是信息標準化。因為通過工程里面也發現了大家對電池的采點以及各個電芯的大小是不一樣的,如果對電芯的大小不能統一,我們可以對電芯每個采集的顆粒度要盡量保持一致,通過統一的管理來實現,因為現在國網要建設堅強智能電網與泛在電力物聯網,所以電池相關的數據挖掘以及數據的應用也是后面要發展的方向,所以對于BMS廠家的要求會提的越來越高。

信息傳輸。在監控系統里面的信息傳輸會實現標準化,包括規約的使用。

電氣設備模塊化,下面的饋圖是我們做非儲能項目的預制艙的即插即用方案,如果說儲能領域也可以做這些相關的信號的,因為現在所有的儲能艙里面都是加裝高清探頭或者是氣體傳感器來實現分析的,如果實現這種航空插頭是不是可以不實現不進艙的運維檢修,對于后面的建設施工會更有優勢一點,實現二次系統的信息包括BMS的即插即用。

這個是土建方面的,由于裝配式圍墻或者預制式的建筑對于整個工期以及標準化都有比較好的優勢,它的價格也在逐漸的下降,所以說對于這個來說是比較好的一個方式。

智能化方面,對電池的監控尤其是溫控必須具備智能告警。網側的大部分還是無人值守,用戶側這邊有些實現了無人值守,但是對于無人值守它的監控系統基本功能是不是具備,還是要進行站內簡單的論證。

因為現在儲能站的規模越來越大,已經不是2兆瓦、4兆瓦,可能是100兆瓦、200兆瓦這種大規模的儲能電站,這樣整個電池單元會非常龐大,對于電池的檢修就是一個很關鍵的問題了,對于云平臺的接入以及二維碼標簽,都是可以進行實時的檢修的。

這個是消防,我們在鎮江已經開始做了,把原來的輔控跟BMS的通道進行打通,可以實現統一的消防系統。

下面給各位領導匯報一下,因為現在好多領導比較關心三站合一,多站融合這個方面的設計,因為我們多站融合里面有一個必要的元素就是儲能,不管是從什么類型的儲能,一定是要把所有站內的直流系統給兼顧掉的,這是一個融合的必需的要素。因為三站合一還有一個要素就是數據中心,數據中心根據國家的設計標準,它是有不同的定位的,對它的空間可靠性也有不同的定位。現在對于用戶側比較多的是UPS儲能的方案,但是前提是首先要區分數據中心的交流負荷還是直流負荷,對整個方案的設計都有相關的前提。

今天就給各位領導匯報到這里,謝謝。

(本文根據演講錄音整理,未經演講人本人審核)

關鍵字:電化學儲能

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