中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：著新型能源體系加快建設(shè)，新能源開發(fā)消納規(guī)模不斷加大，電力系統(tǒng)對(duì)調(diào)節(jié)能力的需求逐漸提升，系統(tǒng)形態(tài)由“源網(wǎng)荷”三要素向“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”四要素轉(zhuǎn)變。以電化學(xué)儲(chǔ)能為代表的新型儲(chǔ)能技術(shù)具有建設(shè)周期短、選址簡(jiǎn)單靈活、調(diào)節(jié)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，與新能源消納匹配性好，優(yōu)勢(shì)明顯，加快推進(jìn)新型儲(chǔ)能技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用勢(shì)在必行。
電化學(xué)儲(chǔ)能規(guī)?；l(fā)展受限于“安全”
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年國(guó)內(nèi)新增投運(yùn)新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模達(dá)6.9吉瓦/15.3吉瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)200%，繼續(xù)保持高速發(fā)展態(tài)勢(shì)。百兆瓦級(jí)的大容量?jī)?chǔ)能電站成為我國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能的主要發(fā)展方向，2022年超過(guò)20個(gè)百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行，規(guī)劃在建中的百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站數(shù)量更是達(dá)到400余個(gè)。預(yù)計(jì)未來(lái)5年，年度新增電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)呈快速上升趨勢(shì)。保守場(chǎng)景下，年平均新增電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)為16.8吉瓦；理想場(chǎng)景下，年平均新增電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模將達(dá)25.1吉瓦。
隨著容量和規(guī)模的快速擴(kuò)大和發(fā)展，電化學(xué)儲(chǔ)能在安全、高效和利用率等方面面臨較大挑戰(zhàn)。近十年來(lái)，全球共發(fā)生超過(guò)30起電化學(xué)儲(chǔ)能電站安全事故，絕大部分發(fā)生于近5年，電化學(xué)儲(chǔ)能安全形勢(shì)不容樂觀。2021年4月，北京豐臺(tái)大紅門儲(chǔ)能電站調(diào)試過(guò)程中起火爆炸，事故造成1660.81萬(wàn)元的直接財(cái)產(chǎn)損失，2名消防員不幸遇難；2022年2月，江西某儲(chǔ)能項(xiàng)目起火，存放階段的電池艙劇烈燃燒；2022年4月，美國(guó)亞利桑那州的一個(gè)40兆瓦時(shí)儲(chǔ)能電站起火。盤點(diǎn)國(guó)內(nèi)外發(fā)生的儲(chǔ)能事故，電池?zé)崾Э厥歉驹?，觸發(fā)熱失控的源頭具有多發(fā)性，包括電池本體、電氣設(shè)備、熱管理系統(tǒng)等等，而有效的安全監(jiān)測(cè)預(yù)警手段缺失，以及阻燃隔熱設(shè)計(jì)和消防滅火技術(shù)不完善等，進(jìn)一步導(dǎo)致層層失控，事故擴(kuò)散。
技術(shù)創(chuàng)新是解決問題的關(guān)鍵。許繼電氣股份有限公司作為中國(guó)電氣裝備集團(tuán)有限公司旗下專注于電力、自動(dòng)化和智能制造的高科技現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)集團(tuán)，深度融合數(shù)字信息技術(shù)、電力電子技術(shù)、電力控制和電網(wǎng)支撐技術(shù)、電化學(xué)技術(shù)，在行業(yè)內(nèi)首先提出“數(shù)字化電化學(xué)儲(chǔ)能”理念，打造“安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、智慧融合”的新一代儲(chǔ)能電站，并率先推出數(shù)字化簇控儲(chǔ)能解決方案及全產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)品。
一方面，儲(chǔ)能電站的安全風(fēng)險(xiǎn)隱患存在于系統(tǒng)集成、安裝調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)等全壽命周期各環(huán)節(jié)，事故易擴(kuò)散，故障診斷困難，但基于云邊結(jié)合的數(shù)字化檢測(cè)和預(yù)診斷技術(shù)可大幅提升系統(tǒng)安全性，防患于未然。另一方面，運(yùn)維管理水平不高、電力市場(chǎng)交易參與度低等因素導(dǎo)致儲(chǔ)能電站利用率低、盈利困難，儲(chǔ)能數(shù)字化將儲(chǔ)能實(shí)體與數(shù)據(jù)融合形成數(shù)據(jù)資產(chǎn)，為儲(chǔ)能電站提供全壽命周期的數(shù)字化決策和管理。
“數(shù)字化電化學(xué)儲(chǔ)能”理念
數(shù)字化電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)堅(jiān)持全壽命周期理念，建立以電池為核心的儲(chǔ)能系統(tǒng)和以涉網(wǎng)為支撐的新型電力系統(tǒng)兩大體系，構(gòu)建“站（全數(shù)字電站）+云（儲(chǔ)能云平臺(tái)）+孿（數(shù)字孿生體）”綜合數(shù)字化平臺(tái)，使電站更安全、更經(jīng)濟(jì)、更高效、更智能，提升電站資產(chǎn)價(jià)值。
全數(shù)字電站基于“人體全感知系統(tǒng)”思想，建設(shè)儲(chǔ)能電站各環(huán)節(jié)能量流和信息流的感知體系，建立相對(duì)應(yīng)的自識(shí)別模型，實(shí)現(xiàn)物理電站和數(shù)字深度融合，保障電站全透明化運(yùn)行，有效監(jiān)測(cè)各環(huán)節(jié)安全。同時(shí)，對(duì)電站運(yùn)行的過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)，進(jìn)行歷史追溯、全景監(jiān)測(cè)和精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，確保電站安全高效。
儲(chǔ)能體系依托電芯級(jí)傳感系統(tǒng)、儲(chǔ)能電站千萬(wàn)級(jí)海量數(shù)據(jù)秒級(jí)存儲(chǔ)計(jì)算和查詢技術(shù)、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)建模、微秒級(jí)信息交互、局域全感知全開放環(huán)境虛擬運(yùn)行，形成對(duì)過(guò)去、現(xiàn)在、未來(lái)時(shí)間刻度的全息反饋，確保數(shù)據(jù)采集全面無(wú)誤。
涉網(wǎng)體系依托儲(chǔ)能變流器、控制保護(hù)、變壓器等交流側(cè)設(shè)備數(shù)字化，完成感知模型的進(jìn)一步“拓展”。借助儲(chǔ)能電站涉網(wǎng)技術(shù)能力，實(shí)現(xiàn)交流側(cè)電壓及頻率的高靈敏數(shù)據(jù)反饋、集合連續(xù)高低電壓與頻率穿越、寬頻振蕩抑制、構(gòu)網(wǎng)控制與組網(wǎng)運(yùn)行、交流側(cè)數(shù)據(jù)環(huán)境的虛擬數(shù)字化。
同時(shí)構(gòu)建多維數(shù)據(jù)融合的儲(chǔ)能電站一體化輔控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)消防、安防、動(dòng)環(huán)、視頻等各輔助子系統(tǒng)的統(tǒng)一接入、集中監(jiān)控、信息共享、智能聯(lián)動(dòng)。數(shù)據(jù)模型的分級(jí)接入，宛如人體的肌膚感應(yīng)，促進(jìn)儲(chǔ)能電站實(shí)現(xiàn)數(shù)字世界的完整運(yùn)行，通過(guò)輔控?cái)?shù)據(jù)聚合分析與決策，支撐儲(chǔ)能電站形成完整的數(shù)字生命體。
儲(chǔ)能云平臺(tái)基于互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)和物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，服務(wù)于電站全壽命周期，面向各類用戶提供一站式定制化服務(wù)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電站集群式安全管控、運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)全面鏈接、儲(chǔ)能業(yè)務(wù)全程在線、能源生態(tài)開放共享和儲(chǔ)能多元化盈利，構(gòu)建共享、共贏的“互聯(lián)網(wǎng)+儲(chǔ)能”生態(tài)體系，為全數(shù)字儲(chǔ)能電站提供全景監(jiān)控、運(yùn)行分析、智能運(yùn)維等服務(wù)。
全景監(jiān)控服務(wù)可以對(duì)所有接入的儲(chǔ)能電站運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理、統(tǒng)一分析，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行監(jiān)視、操作控制、智能告警等，有效解決儲(chǔ)能電站點(diǎn)多、面廣、分散、難監(jiān)控的問題。
運(yùn)行分析服務(wù)可以依托儲(chǔ)能電站運(yùn)行數(shù)據(jù)，按照時(shí)間范圍、取數(shù)周期提供儲(chǔ)能電站充放電能力分析、一致性分析、能效分析、故障分析、設(shè)備對(duì)標(biāo)分析等服務(wù)，并以圖形化、可視化等方式展示，支撐決策服務(wù)。
智能運(yùn)維服務(wù)針對(duì)異常預(yù)警，可以從電站設(shè)備安全和運(yùn)行兩個(gè)角度，對(duì)儲(chǔ)能電站、電池堆、電池簇、電池單體分層次進(jìn)行預(yù)警，逐級(jí)定位問題。健康狀態(tài)評(píng)估，對(duì)儲(chǔ)能電站、儲(chǔ)能變流器（PCS）、儲(chǔ)能電池評(píng)估期內(nèi)的健康狀態(tài)進(jìn)行總體綜合評(píng)價(jià)，并出具診斷報(bào)告和診斷建議，支撐決策。運(yùn)維管理，建立標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)維流程，提出運(yùn)維建議及設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化操作信息、操作流程，合理制訂定時(shí)運(yùn)維計(jì)劃并提示。
數(shù)字孿生體通過(guò)物理電站與數(shù)字模式的一一關(guān)聯(lián)映射，構(gòu)建可實(shí)時(shí)跟蹤實(shí)物狀態(tài)、可預(yù)測(cè)電站未來(lái)運(yùn)行趨勢(shì)的雙向映射，虛實(shí)同步、閉環(huán)互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電站行為可視化、實(shí)時(shí)仿真計(jì)算、智能優(yōu)化協(xié)同等，提升整體效益。數(shù)字孿生體應(yīng)用于數(shù)字儲(chǔ)能電站，可實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能站全鏈仿真預(yù)測(cè)、優(yōu)化運(yùn)行控制、挖掘服務(wù)價(jià)值等。
全鏈仿真預(yù)測(cè)可以構(gòu)建全鏈路儲(chǔ)能電站仿真平臺(tái)，覆蓋電池、電池管理系統(tǒng)（BMS）、PCS、能量管理系統(tǒng)（EMS）、輔控系統(tǒng)等全部環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)各設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)測(cè)和診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決故障，提高電站可靠性。同時(shí)，可在模型中調(diào)整電站的參數(shù)，如電池容量、充放電速率等，以優(yōu)化電站性能，提高經(jīng)濟(jì)性。
優(yōu)化運(yùn)行控制可以通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)，實(shí)現(xiàn)物理電站虛擬運(yùn)行，在數(shù)字模型中對(duì)不同工況下的電站進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步優(yōu)化電站運(yùn)營(yíng)模式。如通過(guò)智能調(diào)度算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的優(yōu)化調(diào)度，最大限度地發(fā)揮電池的儲(chǔ)能和放電能力。
挖掘服務(wù)價(jià)值將通過(guò)數(shù)字孿生收集到的海量數(shù)據(jù)，對(duì)價(jià)值鏈上下游企業(yè)開放，實(shí)現(xiàn)上下游企業(yè)間的數(shù)據(jù)集成和數(shù)據(jù)共享，挖掘釋放數(shù)據(jù)價(jià)值，做到產(chǎn)品協(xié)同開發(fā)、協(xié)同制造和協(xié)同運(yùn)維，助力產(chǎn)業(yè)生態(tài)虛實(shí)共融。
數(shù)字化簇控儲(chǔ)能解決方案
基于“數(shù)字化電化學(xué)儲(chǔ)能”理念的“數(shù)字化簇控儲(chǔ)能解決方案”，儲(chǔ)能電池一簇一管理，實(shí)現(xiàn)電池系統(tǒng)精細(xì)化控制和故障電芯快速隔離，相比傳統(tǒng)儲(chǔ)能解決方案，在安全、效率和經(jīng)濟(jì)性等方面有顯著提升。具體表現(xiàn)在以下三方面。
一是通過(guò)多級(jí)防控，實(shí)現(xiàn)零事故儲(chǔ)能電站。數(shù)字化賦能儲(chǔ)能系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、異常告警、故障診斷、消防安全等安全場(chǎng)景，依托多級(jí)防控和提前預(yù)警，打造零事故儲(chǔ)能電站。
從電池安全角度，可利用EMS及存儲(chǔ)云等，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)電池進(jìn)行深度優(yōu)化，電芯級(jí)預(yù)測(cè)、報(bào)警，毫秒級(jí)響應(yīng)，智能化防護(hù)策略配置，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)安全。
從消防安全角度，可實(shí)現(xiàn)電、熱、煙、氣多參量就地采集，系統(tǒng)多維度智能感知，設(shè)備健康狀態(tài)及火災(zāi)狀態(tài)實(shí)時(shí)科學(xué)研判。插箱級(jí)精準(zhǔn)滅火，BMS聯(lián)控電氣隔離及故障切除。抑制復(fù)燃，10秒內(nèi)撲滅明火，長(zhǎng)時(shí)不復(fù)燃。
從涉網(wǎng)安全角度，可在直流側(cè)構(gòu)建基于繼電保護(hù)思維的儲(chǔ)能方案，在交流側(cè)突破弱網(wǎng)接入、連續(xù)高低電壓與頻率穿越、寬頻振蕩抑制、構(gòu)網(wǎng)控制與組網(wǎng)運(yùn)行等技術(shù)，強(qiáng)力支撐電網(wǎng)電壓及頻率的穩(wěn)定。
二是實(shí)現(xiàn)精細(xì)運(yùn)營(yíng)、高效運(yùn)行。通過(guò)特有控制策略主動(dòng)優(yōu)化配置，基于運(yùn)營(yíng)工況自動(dòng)切換運(yùn)營(yíng)模式，達(dá)到相同放電深度，初始電池配置減少5%以上，系統(tǒng)可用率達(dá)99.9%，整體充放電量提升10%，全面提升儲(chǔ)能電站綜合效率和利用率。
實(shí)現(xiàn)更大放電量和更高系統(tǒng)可用率。單簇獨(dú)立充放，整體充放電量提升10%；采用故障簇控PCS柔性投退策略，單簇設(shè)備故障不影響其他簇運(yùn)行，系統(tǒng)可用率提升至99.9%；通過(guò)智能化冷卻系統(tǒng)，降低系統(tǒng)輔助設(shè)備能耗30%。
提升電池使用壽命和利用率。單簇控制，通過(guò)智能化電池簇充電狀態(tài)（SOC）均衡自主功率分配技術(shù)，整套系統(tǒng)電池容量衰減慢，電池使用壽命延長(zhǎng)20%。消除簇間環(huán)流，簇間SOC獨(dú)立管理，電池利用率提升6%。
保證恒溫艙內(nèi)環(huán)境溫度。根據(jù)電池系統(tǒng)的運(yùn)行工況進(jìn)行熱性能分析（CFD），分析整個(gè)系統(tǒng)的制冷制熱需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池集裝箱內(nèi)部環(huán)境溫度的有效控制，平均溫差不大于3攝氏度。
提高能量密度。預(yù)裝式儲(chǔ)能系統(tǒng)采用非步入架構(gòu)設(shè)計(jì)，相比傳統(tǒng)預(yù)制艙，能量密度高，同等條件下電池容量提升50%，40尺集裝箱容量可達(dá)到6兆瓦時(shí)以上。
三是做到無(wú)人值守、智能運(yùn)維。通過(guò)特有算法智能分析，準(zhǔn)確預(yù)估電池壽命，識(shí)別異常單體進(jìn)行主動(dòng)隔離，可延長(zhǎng)電池壽命20%。采用在線均衡技術(shù)實(shí)現(xiàn)電池箱即插即用，節(jié)約相關(guān)運(yùn)維時(shí)間90%以上；異常故障智能決策全自動(dòng)工作流，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，降低運(yùn)維成本30%以上。
做到全景監(jiān)視。實(shí)現(xiàn)多個(gè)儲(chǔ)能電站電池狀態(tài)的全面監(jiān)控，智能故障告警、運(yùn)維工單處理、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)分析和報(bào)表管理等功能，能很好地解決儲(chǔ)能站點(diǎn)間的孤島問題。
實(shí)現(xiàn)智能巡檢。實(shí)現(xiàn)可視化智能巡檢作業(yè)，有效進(jìn)行遠(yuǎn)程巡檢指揮、巡檢軌跡監(jiān)測(cè)、巡檢任務(wù)下發(fā)、巡檢結(jié)果反饋等工作，實(shí)時(shí)掌握巡檢工作的進(jìn)度及結(jié)果，有效降低儲(chǔ)能電站事故發(fā)生率，提高人員的工作效率。
智能檢修。結(jié)合數(shù)字孿生、人工智能等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電池健康狀態(tài)的評(píng)估和檢查，診斷電池在運(yùn)行中的異常變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除電池缺陷和隱患，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的智能決策和主動(dòng)預(yù)警，提升儲(chǔ)能站智能運(yùn)維水平。
構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)電力行業(yè)和電工裝備數(shù)字化轉(zhuǎn)型，已成為大勢(shì)所趨。儲(chǔ)能是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的核心設(shè)備，數(shù)字化儲(chǔ)能作為電力能量管理與控制領(lǐng)域的一項(xiàng)顛覆性技術(shù)，對(duì)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展具有變革性意義。裝備實(shí)體與數(shù)據(jù)融合形成的新型生產(chǎn)資料——數(shù)據(jù)資產(chǎn)，成為繼產(chǎn)品制造之外的全新價(jià)值創(chuàng)造點(diǎn)，逐步構(gòu)建裝備數(shù)字化資產(chǎn)新價(jià)值體系。
（作者系許繼電氣股份有限公司總經(jīng)理）
