中國儲能網(wǎng)訊：對新能源和可再生能源的研究和開發(fā)，尋求提高能源利用率的先進方法，已成為全球共同關(guān)注的首要問題。對中國這樣一個能源生產(chǎn)和消費大國來說，在“碳達峰、碳中和”戰(zhàn)略提出的背景下，既有節(jié)能減排的需求，也有能源增長以支撐經(jīng)濟發(fā)展的需要，這就需要找到一條綠色低碳的能源技術(shù)轉(zhuǎn)型之路。在第十屆儲能國際峰會上，中國能源研究會理事長史玉波指出，隨著國家將儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)應(yīng)用納入國家能源發(fā)展戰(zhàn)略，儲能已成為能源互聯(lián)和智能化體系下不可缺少的一部分。面對未來大規(guī)模新能源接入和消納，儲能與新能源發(fā)展、電力系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化運行，已成為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的必由之路。
儲能電站的建設(shè)，可以提供緊急控制、系統(tǒng)調(diào)峰、系統(tǒng)調(diào)頻、備用、新能源跟隨、電壓控制等功能，能夠產(chǎn)生替代“源網(wǎng)荷儲”系統(tǒng)升級投資、減少滿足尖峰負荷的系統(tǒng)建設(shè)投資、提升可再生能源發(fā)電占比的直接和間接效益，是“雙碳”目標(biāo)下推動新能源轉(zhuǎn)型的有力選擇。
“十三五”以來，國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院持續(xù)打造鎮(zhèn)江儲能電站、蘇州昆山儲能電站、南京江北梯次電站等多個當(dāng)時世界規(guī)模最大的電網(wǎng)側(cè)儲能項目，并率先開展儲能電站防火研究、電池梯級利用研究等儲能前沿科技攻關(guān)與項目應(yīng)用研究，為推動江蘇儲能行業(yè)的發(fā)展畫出了點睛之筆。
一鳴驚人，走在儲能電站建設(shè)最前沿
電能，作為清潔的二次能源，在以往技術(shù)還不發(fā)達的時期是無法大量存儲的，只能夠即發(fā)即用。隨著電網(wǎng)側(cè)儲能的大規(guī)模落地，傳統(tǒng)電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計、運維和調(diào)度“萬年不變”的運行模式正在逐漸被改變。
2018年7月18日，隨著江蘇鎮(zhèn)江東部電網(wǎng)側(cè)儲能項目8個子站中的最后一座--北山站成功投運并網(wǎng)，標(biāo)志著當(dāng)時國內(nèi)功率最高、容量最大的電網(wǎng)側(cè)儲能項目全面建成。值得一提的是，這8個子站中的北山、新壩、長旺、大港、建山5座子站，全部是由當(dāng)時成立才6年的國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院總承包建設(shè)的。
“儲能電站就像一個超大容量的‘充電寶’，在用電低谷時當(dāng)做用電負荷充滿電力，在用電高峰時可以作為發(fā)電電源釋放電力，有效填補電力缺口，最大限度地保障生產(chǎn)生活用電?！眹W(wǎng)江蘇經(jīng)研院發(fā)展科技部主任王庭華介紹。
據(jù)測算，在2018年夏季用電高峰僅鎮(zhèn)江東部就存在22萬千瓦左右的電力缺口，針對用電現(xiàn)狀，國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院在省電力公司的委托下緊急設(shè)計并建成了這座儲能電站工程。根據(jù)經(jīng)研院的計算，該工程可以在不新建發(fā)電廠的情況下，為鎮(zhèn)江每天多提供40萬千瓦時的電力供應(yīng)，足以滿足當(dāng)?shù)?7萬居民的生活用電。
此外，鎮(zhèn)江儲能電站在建成后不久便成功接入了江蘇省電力有限公司建設(shè)的“大規(guī)模的源網(wǎng)荷儲友好互動系統(tǒng)”，升級為“源網(wǎng)荷儲”系統(tǒng)，將電源、電網(wǎng)、用戶以及儲能有機結(jié)合，相互配合，實現(xiàn)了最大280萬千瓦毫秒級的負荷響應(yīng)能力，為江蘇大電網(wǎng)安全運行上了一道“保險鎖”。
由于在中國乃至世界儲能發(fā)展史上的示范引領(lǐng)作用。2019年5月18日，在第八屆儲能國際峰會上，鎮(zhèn)江電網(wǎng)側(cè)儲能電站工程榮獲2019年度儲能應(yīng)用特別貢獻獎，被評為2019年儲能十大應(yīng)用創(chuàng)新典范第一名，并于同年被中國能源報評為“中國城市能源變革十大樣板工程”。
碩果累累，打造勇于創(chuàng)新的設(shè)計團隊
2020年8月14日，由國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院承擔(dān)設(shè)計的蘇州昆山儲能電站正式投運，再次刷新了全球單體規(guī)模最大的電網(wǎng)側(cè)電化學(xué)單體儲能電站的記錄。
2年時間，2座世界第一的變電站，這背后，是國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院儲能設(shè)計團隊20余位員工幾年來鍥而不舍的奉獻與付出。
2018年8月，在鎮(zhèn)江儲能電站建成1個月之后，為了規(guī)范和優(yōu)化電網(wǎng)側(cè)儲能設(shè)計，總結(jié)鎮(zhèn)江儲能電站設(shè)計的缺陷和不足，時任國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院設(shè)計中心副主任的李妍帶領(lǐng)著儲能項目團隊集中力量開展電網(wǎng)側(cè)儲能電站典型設(shè)計的編制。與此同時，第二批電網(wǎng)儲能電站的設(shè)計任務(wù)也下發(fā)了下來，為了能夠在實踐中鍛煉團隊，經(jīng)研院儲能項目團隊主動承攬了8個儲能電站的設(shè)計工作，其中就包括規(guī)模達110.88兆瓦/196.4兆瓦時的蘇州昆山儲能電站。
“蘇州是江蘇電網(wǎng)重要的負荷中心，2018年整個蘇州的用電量就高達1562.5億千瓦時，相當(dāng)于三峽電站全年發(fā)電量的1.5倍?！崩铄榻B?！盀榱藵M足本地用電負荷的快速增長，蘇州引入了大量區(qū)外來電，但這種模式在特定情況下會造成大功率缺額，將嚴重影響蘇州電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。因此在蘇州昆山地區(qū)建設(shè)大容量儲能電站，能夠保障電網(wǎng)運行安全，增強電網(wǎng)事故應(yīng)急響應(yīng)能力，同時為促進全省新能源消納提供了新的途徑?！?
與鎮(zhèn)江儲能電站的“分散式布置、集中式控制”設(shè)計不同的是，蘇州昆山儲能電站的電池艙需要布置在同一場地?！袄ド絻δ茈娬疽淮畏烹娏肯喈?dāng)于130個家庭一整年的用電量，設(shè)計規(guī)模在世界上尚屬首次。我們面臨的問題是如何解決百兆瓦級儲能電站設(shè)備數(shù)量大、種類多、土地資源利用率不高，火災(zāi)安防風(fēng)險加大，以及精準調(diào)控難度大這三個技術(shù)難點?！崩铄f。
為了確保設(shè)計萬無一失，國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院迅速組建了新的儲能設(shè)計專項團隊，第一時間赴蘇州地區(qū)開展實地踏勘考察?！疤K州地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達，土地資源寶貴，我們想到可以利用已經(jīng)退役的昆山220千伏變電站來建設(shè)儲能電站。同時，我們還將常規(guī)儲能電站中采用的電池艙間隔3米布置方式改為背靠背、中間夾防火墻的緊湊式布置方式，并采用大容量、大功率的儲能單元設(shè)備以減少場地變壓器數(shù)量，這樣有效節(jié)約占地近20%，節(jié)約投資約3200萬元?！眹W(wǎng)江蘇經(jīng)研院儲能設(shè)計團隊成員王俊說。
在儲能電站的安全防護方面，考慮到電池艙安全和電池防爆的因素，經(jīng)研院儲能設(shè)計團隊經(jīng)過技術(shù)攻關(guān)和專題研究，采用了相較于傳統(tǒng)三元鋰電池更為安全的磷酸鐵鋰電池作為昆山儲能電站的電池設(shè)備。此外，在平面布置上，經(jīng)研院儲能設(shè)計團隊提出增加防火墻，將事故范圍限定在兩組電池艙內(nèi)，并在艙內(nèi)采用氣體消防+高壓細水霧的消防方案，有效減小了火災(zāi)發(fā)生的概率以及發(fā)生后造成的危害。
“昆山儲能電站功率/容量調(diào)控復(fù)雜，精準調(diào)控難度很大。我們經(jīng)過和廠家、科研院所等多個單位的溝通與交流，最終優(yōu)化了儲能電站的監(jiān)控系統(tǒng)和協(xié)調(diào)控制與能量管理方式的設(shè)計，大幅提升了儲能站的毫秒級響應(yīng)能力?？梢哉f，昆山儲能站相較于普通的儲能電站來說，運行安全性和靈活性都有了極大的提升。”國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院儲能設(shè)計團隊成員諸曉駿介紹。
依托鎮(zhèn)江儲能項目、蘇州昆山儲能項目、南京江北梯次電站等“明星”工程的設(shè)計和建設(shè)經(jīng)驗，國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院儲能設(shè)計團隊迅速掌握了儲能設(shè)計和研究的核心競爭力。編制首個電網(wǎng)側(cè)儲能模塊化設(shè)計方案；出版國內(nèi)首部《電化學(xué)儲能電站典型設(shè)計》；牽頭開展國網(wǎng)指南項目研究《電網(wǎng)側(cè)規(guī)?；娀瘜W(xué)儲能應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)及工程示范》并獲國網(wǎng)科技進步一等獎；參與編訂企標(biāo)《電網(wǎng)側(cè)儲能系統(tǒng)規(guī)劃技術(shù)導(dǎo)則》......2018年以來，國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院儲能設(shè)計團隊在儲能相關(guān)技術(shù)上取得了授權(quán)發(fā)明專利10項，發(fā)布國家標(biāo)準1項、行業(yè)標(biāo)準2項、國網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準8項，發(fā)表論文35篇，取得軟件著作權(quán)4項的驕人成績。
超前謀劃，聚焦“雙碳”背景下的儲能安全
中央財經(jīng)委員會第九次會議指出，要構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，這是實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的一個關(guān)鍵。新能源具有隨機性、波動性、間歇性特點，與現(xiàn)有電力系統(tǒng)電力-電量”時空瞬態(tài)平衡的物理特性相沖突，必須匹配充足的靈活調(diào)節(jié)資源才能保障整個電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，這主要依靠以火電、水電為主的各類調(diào)峰調(diào)頻資源以及各類儲能資源，二者互為支撐、缺一不可。
國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院的研究表明，為順利推進“十四五”期間江蘇“雙碳”目標(biāo)落地，同時滿足電網(wǎng)毫秒級響應(yīng)需求，“十四五”期間江蘇仍需再新增以電網(wǎng)側(cè)儲能為主的65萬千瓦儲能系統(tǒng)接入江蘇“源網(wǎng)荷儲”系統(tǒng)。此外，“十四五”期間江蘇電網(wǎng)供電壓力將會繼續(xù)增大，為緩解電網(wǎng)供電壓力、提升新能源消納占比、保障電網(wǎng)運行安全，需要配置300~400萬千瓦的電源側(cè)儲能和一定比例的用戶側(cè)儲能。
因此，“十四五”期間江蘇建設(shè)一定規(guī)模的儲能系統(tǒng)，可在保障電網(wǎng)安全、減少滿足尖峰負荷的系統(tǒng)建設(shè)投資、提供系統(tǒng)運行效率、促進節(jié)能減排等方面發(fā)揮良好效益。同時，可促進我國儲能技術(shù)發(fā)展，提高我國儲能技術(shù)的國際競爭力，對于推動江蘇及我國儲能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，加速江蘇“雙碳”落地進程起到積極的推動作用。
電化學(xué)儲能，是目前全球應(yīng)用范圍第二廣的儲能形式，也是未來儲能發(fā)展的重要技術(shù)路線之一。國網(wǎng)江蘇省電力有限公司是我國電網(wǎng)側(cè)電化學(xué)儲能的領(lǐng)軍者，在全國率先開展電化學(xué)儲能規(guī)?；瘧?yīng)用，目前全省已投運電化學(xué)儲能項目總規(guī)模為227兆瓦/422兆瓦時，在省級電網(wǎng)中居全國首位。
儲能的規(guī)模上去了，安全運行問題也隨之而來。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，江蘇全省95%的電網(wǎng)側(cè)電化學(xué)儲能電站均采用鋰電池（磷酸鐵鋰電池）技術(shù)，這種技術(shù)在儲能電站常規(guī)運行時十分安全。不過，由于電池本體、運行環(huán)境和管理模式等或多或少存在缺陷，往往會在高溫、撞擊等特殊情況下出現(xiàn)異常反應(yīng)。
“從實際數(shù)據(jù)來看，2020年全世界發(fā)生儲能電站火災(zāi)就超過30起。普通儲能電站的電池艙在發(fā)生火災(zāi)時會出現(xiàn)常規(guī)煙感、溫感探測器告警滯后，有導(dǎo)致漏報的可能，而目前應(yīng)用較多的七氟丙烷等氣體滅火系統(tǒng)劑量配置有限，無法持續(xù)噴射降溫和抑制電池火災(zāi)復(fù)燃，這可能造成儲能電站產(chǎn)生更大范圍的火災(zāi)。所以，對于儲能電站進行合理可靠的消防設(shè)計十分必要。”國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院設(shè)計中心綜合能源服務(wù)室專職張群介紹。
為了最大程度地保障儲能電站的安全穩(wěn)定運行，2018年9月，國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院在接到省公司委托的江蘇省第二批次電網(wǎng)側(cè)電化學(xué)儲能電站設(shè)計任務(wù)時，便開始著手牽頭研究電化學(xué)儲能電站的消防設(shè)計。
“我們的目標(biāo)是建立起儲能系統(tǒng)安全防護體系，并形成一套規(guī)模化儲能電站的消防典型設(shè)計?！眹W(wǎng)江蘇經(jīng)研院設(shè)計中心土建室員工、儲能消防技術(shù)專家吳靜云介紹?！敖Y(jié)合蘇州昆山儲能電站、淮安官塘儲能電站等江蘇第二批次儲能電站的設(shè)計實踐，我們在國內(nèi)外首次系統(tǒng)性地提出了預(yù)制艙式磷酸鐵鋰電池儲能電站的消防技術(shù)方案，并整理發(fā)布了國內(nèi)外首個規(guī)?；瘍δ茈娬镜南兰夹g(shù)標(biāo)準。”
在國網(wǎng)江蘇省電力公司安監(jiān)部的統(tǒng)一指導(dǎo)下，國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院還與應(yīng)急管理部天津消防研究所等儲能消防領(lǐng)域一流團隊一起共同開展了磷酸鐵鋰電池?zé)崾Э貦C理、電池缺陷預(yù)判、電池滅火技術(shù)和電站防火設(shè)計四個方面的實戰(zhàn)研究。
經(jīng)過總計58次的電池實體火災(zāi)模擬試驗驗證，經(jīng)研院等單位揭示了磷酸鐵鋰電池在不同熱失控情況下的反應(yīng)規(guī)律，并從事前、事中和事后三個層次構(gòu)建了電化學(xué)儲能電站電池缺陷預(yù)判、可燃氣體探測預(yù)警及聯(lián)動控制、主動式分區(qū)布置的站區(qū)防護等五級安全防護體系，形成了完善的儲能電站火災(zāi)響應(yīng)策略。目前，上述成果均已在蘇州昆山儲能電站等江蘇省第二批電網(wǎng)側(cè)儲能電站工程中得到全面應(yīng)用。
