中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：9月24—26日，由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合200余家機(jī)構(gòu)共同支持的第十屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)在深圳鵬瑞萊佛士酒店召開。此次大會(huì)主題是“共建儲(chǔ)能生態(tài)鏈，開啟應(yīng)用新時(shí)代”。 來自行業(yè)主管機(jī)構(gòu)、國(guó)內(nèi)外駐華機(jī)構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機(jī)構(gòu)等不同領(lǐng)域的1621人參加了本屆大會(huì)。本次大會(huì)由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)、中國(guó)科學(xué)院電工研究所儲(chǔ)能技術(shù)組和中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)聯(lián)合承辦。
在25日下午的“儲(chǔ)能電站建設(shè)與運(yùn)維 ”專場(chǎng)，中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司主任助理李官軍分享了主題報(bào)告《中高壓大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)研究》。會(huì)務(wù)組對(duì)發(fā)言人的演講速記做了梳理，方便大家會(huì)后交流、學(xué)習(xí)，以下是速記全文：
李官軍：大家下午好！我今天主要匯報(bào)一下，我們這個(gè)項(xiàng)目的課題也是基于國(guó)網(wǎng)的一個(gè)儲(chǔ)能項(xiàng)目，但我們做出來可能也有一些不同的感受。
這是我們的一些業(yè)務(wù)方向，綜合能源、關(guān)鍵裝備研發(fā)、移動(dòng)式儲(chǔ)能及方艙，運(yùn)維管控及綜合評(píng)價(jià)技術(shù)、總部技術(shù)服務(wù)。右邊是我們這幾年，大概2008年到現(xiàn)在，做了一些案例，第一個(gè)就是我們做了首臺(tái)2兆瓦，當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)是4500米海拔一套電網(wǎng)裝置，還有一套是電源的裝置。另外一套是移動(dòng)儲(chǔ)能這一塊，現(xiàn)在在江蘇整個(gè)地市都在全面推這個(gè)產(chǎn)品。下面是包括我們做了大型的抽蓄，這也是發(fā)展比較快的，當(dāng)時(shí)在2008年到2011年一直在做這個(gè)大型抽蓄電站。最后就是我們今天要介紹的，從2016年到現(xiàn)在，研發(fā)是從2019到2020年，大概一年多，我們做了一個(gè)儲(chǔ)能項(xiàng)目。
今天介紹的主要有五個(gè)方面：大容量規(guī)?；瘍?chǔ)能建設(shè)背景；低壓、高壓儲(chǔ)能系統(tǒng)拓?fù)浞桨?；中高壓直掛式?chǔ)能設(shè)計(jì)與控制技術(shù)；中壓直掛式儲(chǔ)能示范工程；中高壓直掛儲(chǔ)能技術(shù)展望。
總體整個(gè)儲(chǔ)能都是基于高比例的銷量和能源互聯(lián)網(wǎng)的概念，儲(chǔ)能是一個(gè)非常核心的技術(shù)，包括新基建，都可以看得出來，包括5G、新能源、充電樁，還有大數(shù)據(jù)，這些領(lǐng)域以后用電都有極大的增長(zhǎng)，包括對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)的可靠性，還有電力質(zhì)量，都會(huì)有新的挑戰(zhàn)和發(fā)展。在這中間我相信儲(chǔ)能在這里面是一個(gè)至關(guān)重要的技術(shù)。
另外我們?yōu)槭裁匆龈吖β?，大容量，從現(xiàn)在不管企業(yè)還是國(guó)家出臺(tái)的政策，包括現(xiàn)在整個(gè)儲(chǔ)能，大家看到那么多工程，功率容量越來越大，都是一個(gè)趨勢(shì)。
另外從電網(wǎng)各種環(huán)節(jié)來看，不僅是從發(fā)電，發(fā)電都能看到儲(chǔ)能的身影，包括配電、用電等都有各種各樣的身影。從整體來看，以后隨著新能源，大量的弱穩(wěn)定性電源占比逐漸增大，隨著時(shí)間推移，對(duì)整個(gè)電源結(jié)構(gòu)都有很大的變化。面對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性，首先新能源大規(guī)模的接入，會(huì)給我們帶來極大的挑戰(zhàn)，因此可以看出來，我們電網(wǎng)對(duì)儲(chǔ)能的需求肯定越來越大，隨著儲(chǔ)能的加入，就會(huì)對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行方式，會(huì)由實(shí)時(shí)的平衡轉(zhuǎn)向電量的平衡，因?yàn)閮?chǔ)能的大量接入，電網(wǎng)的可控性和穩(wěn)定性會(huì)更強(qiáng)。
首先提到高功率大容量，首先就是現(xiàn)在的抽蓄平臺(tái)，還有就是電化學(xué)儲(chǔ)能。這是我們?cè)谀瓿踝龅捻?xiàng)目，這是2010年投入的一個(gè)大型抽蓄電站的兩個(gè)項(xiàng)目，這兩個(gè)項(xiàng)目我都參加了。
今天重點(diǎn)談一下并聯(lián)的方式和串聯(lián)的方式，串聯(lián)的方式原來研究當(dāng)時(shí)是按照35千伏的標(biāo)準(zhǔn)去做的，但是后來由于示范工程，落成了10KV，整個(gè)技術(shù)路線都探索過的。
我們現(xiàn)在看到的是低壓并聯(lián)技術(shù)。我們認(rèn)為低壓發(fā)展，為什么現(xiàn)在發(fā)展得相對(duì)多，很多技術(shù)是源自對(duì)以前光伏積累的經(jīng)驗(yàn)，整個(gè)結(jié)構(gòu)，包括擴(kuò)容性、控制，包括冗余度，低壓都有很多的優(yōu)勢(shì)。但是低壓也有缺點(diǎn)，從儲(chǔ)能來說，儲(chǔ)能是一充一放，所以效率就肯定是至關(guān)重要的東西。首先儲(chǔ)能主要有幾個(gè)環(huán)節(jié)，一個(gè)是電池本身的，包括串并聯(lián)關(guān)系，另外就是轉(zhuǎn)換裝置，還有就是線路上，包括變壓器，這幾塊的綜合損耗。另外從電網(wǎng)的需求來看，我們儲(chǔ)能希望越簡(jiǎn)單越好，能又快又好地響應(yīng)我的曲線，這就帶來大量的并聯(lián)，就存在很多環(huán)節(jié)，在應(yīng)急情況下，它的功率響應(yīng)一致性，并聯(lián)越來越多，響應(yīng)一致性差一些，我們同樣做中高壓的大容量，一臺(tái)設(shè)備做10兆甚至更大，相當(dāng)于我們低壓能做到接近20臺(tái)的功率效果。所以對(duì)比低壓并聯(lián)匯集升壓技術(shù)，中壓直掛式儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)電網(wǎng)調(diào)度指令整體整體響應(yīng)，調(diào)度指令響應(yīng)速度快、響應(yīng)一致性更好；由于黑啟動(dòng)過程中，低壓側(cè)多機(jī)并聯(lián)技術(shù)難以保證信號(hào)的同時(shí)響應(yīng)，容易出現(xiàn)功率震蕩，甚至導(dǎo)致黑啟動(dòng)失敗。
最右邊就是直掛式儲(chǔ)能的特點(diǎn)，我們以后最安全，達(dá)到對(duì)每個(gè)電池的信息監(jiān)測(cè)，包括電壓、溫度等信息，包括電流，我們都做到全狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，是最有利于后面做運(yùn)維、安全預(yù)警等技術(shù)的儲(chǔ)備。
總體上，我們直掛式儲(chǔ)能，一個(gè)是效率的提升，效率的提升最后是很重要的，現(xiàn)在大家為了零點(diǎn)幾要經(jīng)過大量的優(yōu)化，才能做到一小點(diǎn)的提升。另外對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量這一塊，包括響應(yīng)速度，另外單機(jī)，單機(jī)容量可達(dá)數(shù)10MW，響應(yīng)一致性較好。
我們?cè)谡麄€(gè)項(xiàng)目中，針對(duì)直掛式儲(chǔ)能，我們做了以下問題的探討和研究，第一個(gè)就是解決整個(gè)系統(tǒng)的絕緣問題，既要考慮電池系統(tǒng)絕緣，又要考慮空間利用率，目的還是減少占地，因?yàn)榈氐馁Y源，現(xiàn)在很多在電網(wǎng)側(cè)都越用越少，地都是很寶貴的資源。第二個(gè)是能量均衡，主要的目的就是提高整個(gè)系統(tǒng)的容量利用率，然后減少投資，這是一個(gè)非常關(guān)鍵的，在低壓和中高壓，不同的利用率，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的資產(chǎn)優(yōu)化配置是一個(gè)很重要的因素。另外就是站在用戶角度來說，怎么樣提高系統(tǒng)的冗余功能，也是涉及到可用率、減少故障停機(jī)概率的重要因素。再就是冗余功能，如何實(shí)現(xiàn)子模塊快速投切及在線運(yùn)維技術(shù)，提升系統(tǒng)可用率、減小故障停機(jī)概率。第四就是熱涉及時(shí)候，如何實(shí)現(xiàn)電池簇的排布及溫度場(chǎng)一致性設(shè)計(jì)，延長(zhǎng)系統(tǒng)電池壽命、提高投資回報(bào)率。第五是還有全景分析。
儲(chǔ)能電池選型，針對(duì)中壓直掛式儲(chǔ)能系統(tǒng)參與主動(dòng)支撐電網(wǎng)頻率響應(yīng)場(chǎng)景的要求，結(jié)合當(dāng)前儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用水平，中壓直掛式儲(chǔ)能系統(tǒng)可選擇的儲(chǔ)能裝置主要有以下四種：鉛炭電池、超級(jí)電容器、鋰離子超級(jí)電容器、鐵鋰電池。
這是10kV/2MW直掛式儲(chǔ)能系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，它的整體設(shè)計(jì)的架構(gòu)圖，每個(gè)集裝箱做了13列，整個(gè)10530節(jié)電池。
這是一個(gè)消防設(shè)計(jì)。
這是冗余功率模塊設(shè)計(jì)，各相配置1個(gè)冗余模塊作為直掛式儲(chǔ)能系統(tǒng)冗余技術(shù)展示，冗余技術(shù)優(yōu)勢(shì)：可在線投切，提升直掛式儲(chǔ)能系統(tǒng)功率模塊故障耐受度，無需停機(jī)檢修可繼續(xù)運(yùn)行；展示鏈節(jié)設(shè)計(jì)機(jī)械搖車及行程開關(guān)，實(shí)現(xiàn)功率模塊安全可靠的退出高壓環(huán)境，易于運(yùn)維。
這是針對(duì)直掛式儲(chǔ)能當(dāng)時(shí)做了一套EMS系統(tǒng)，這是EMS的界面。
這是測(cè)試效果，因?yàn)槲覀冎睊焓絻?chǔ)能的評(píng)價(jià)都是強(qiáng)調(diào)一致，我們不僅溫度差一致，所有單體電芯一致，SOC一致，都講究一致，越一致，不僅是壽命，包括容量利用率都是非常關(guān)鍵的指標(biāo)，包括溫差、電流、SOC，都是一致性的評(píng)價(jià)。
這是我們當(dāng)時(shí)做了一個(gè)設(shè)計(jì)或?qū)嶒?yàn)結(jié)果，對(duì)整個(gè)風(fēng)化和熱能的設(shè)計(jì)，下面是實(shí)際運(yùn)行結(jié)果，標(biāo)準(zhǔn)集裝箱，里面一個(gè)箱里面三千多節(jié)電池，它的溫差大概在不到10度，溫差控制在3度，整個(gè)系統(tǒng)的溫度差控制在3度左右。這是簇間SOC一致性控制在3%以內(nèi)，有效保證系統(tǒng)容量充分利用。
這是針對(duì)電網(wǎng)的負(fù)重做了一個(gè)曲線，當(dāng)電網(wǎng)的電壓或者頻率變化的時(shí)候，PCS怎么做支撐的功能。
這是冗余功能的展示，冗余也是做了兩種方式，也是測(cè)試了，一種方式是整個(gè)速度10毫秒，故障的切除和系統(tǒng)的再起都是10毫秒完成。另外一種我們也做了，大概90毫秒左右，不同的場(chǎng)所用不同的方案配置。
這是循環(huán)效率的測(cè)試，整個(gè)系統(tǒng)按照系統(tǒng)效率大概90%以上。
我們對(duì)高壓和低壓也進(jìn)行了比較，從轉(zhuǎn)化效率、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、電能質(zhì)量，整個(gè)系統(tǒng)大概是高了兩個(gè)點(diǎn)。動(dòng)態(tài)響應(yīng)差別就很大了，右邊是統(tǒng)計(jì)到現(xiàn)在主流的效率，包括動(dòng)態(tài)響應(yīng)，去測(cè)了一下，這塊在動(dòng)態(tài)響應(yīng)確實(shí)高很多。我覺得后面我們做到1毫秒以內(nèi)都沒有問題。
總結(jié)一下，整個(gè)系統(tǒng)項(xiàng)目在執(zhí)行了三年多，第一個(gè)我們解決了高功率的直掛式儲(chǔ)能電站的安全性：雙重消防系統(tǒng)、安全通道柜式隔離、電池單元全狀態(tài)檢測(cè)；第二個(gè)是高可靠性：冗余鏈節(jié)設(shè)計(jì)、具備在線維護(hù)功能；第三是高轉(zhuǎn)換效率：無升壓變壓器直連電網(wǎng)、小電流運(yùn)行降低系統(tǒng)損耗，系統(tǒng)效率高1.5-2%；第四快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)：等效開關(guān)頻率高、電能質(zhì)量高，2ms以內(nèi)全功率轉(zhuǎn)換；第五，主動(dòng)支撐電網(wǎng)：頻率動(dòng)態(tài)支撐、電網(wǎng)動(dòng)態(tài)支撐；最后一個(gè)是高容量利用率：三級(jí)能量在線均衡，系統(tǒng)容量利用率90%，這個(gè)和電池倍率有關(guān)；為后期繼續(xù)在標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)、系統(tǒng)安全性、一致性評(píng)估、壽命預(yù)測(cè)、成本控制、運(yùn)維技術(shù)、黑啟動(dòng)等方面的提升工作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。中壓直掛式儲(chǔ)能技術(shù)路線具有廣闊的應(yīng)用前景。
最后一部分簡(jiǎn)單對(duì)直掛式路線的展望，剛才說了，一個(gè)是電壓的邊界，剛才也提到35千伏，到底還能做多高，另外的應(yīng)用場(chǎng)景，結(jié)合現(xiàn)在的技術(shù)發(fā)展。
首先能做到多大容量，我們現(xiàn)在做了一下，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在做了5兆瓦、10兆瓦，單體電芯按照280安時(shí)去做的。
另外就是關(guān)于電壓，是否還能做更高等級(jí)，在35kV及其以上電壓等級(jí)直掛式儲(chǔ)能不宜采用標(biāo)準(zhǔn)化集裝箱集成方案。
這是我們當(dāng)時(shí)在江蘇做了一個(gè)35KV，采用標(biāo)準(zhǔn)的集裝箱，大概做到低壓的40%的樣子，這是很大的問題。直掛式儲(chǔ)能系統(tǒng)初期建設(shè)目標(biāo)是為在青海等高海拔地區(qū)，提升新能源消納能力，示范應(yīng)用擬落在格爾木白楊35kV變電站。
最后簡(jiǎn)單展望一下，未來電網(wǎng)將是交直共存、多電壓等級(jí)、多能源接入的源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)的能源互聯(lián)網(wǎng)；第二個(gè)，儲(chǔ)能將會(huì)集中式和分布式相結(jié)合、多類型、多時(shí)間尺度的梯次配置在電網(wǎng)發(fā)-輸-配-用各環(huán)節(jié)，使電網(wǎng)對(duì)弱穩(wěn)定性電源的消納能力更加強(qiáng)大、網(wǎng)架關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性更加可控，源、網(wǎng)、荷的互動(dòng)能力和手段得到極大提升；第三，中高壓直掛式儲(chǔ)能進(jìn)一步強(qiáng)化高動(dòng)態(tài)性能、高效率、高利用率、長(zhǎng)壽命等技術(shù)特點(diǎn)，加強(qiáng)在安全評(píng)估、運(yùn)維體系、標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)方面不斷完善、突破。在電網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用前景十分廣闊。
謝謝大家！
