中國儲能網訊：著新型能源體系加快建設，新能源開發(fā)消納規(guī)模不斷加大，電力系統(tǒng)對調節(jié)能力的需求逐漸提升，系統(tǒng)形態(tài)由“源網荷”三要素向“源網荷儲”四要素轉變。以電化學儲能為代表的新型儲能技術具有建設周期短、選址簡單靈活、調節(jié)能力強等特點，與新能源消納匹配性好，優(yōu)勢明顯，加快推進新型儲能技術規(guī)?；瘧脛菰诒匦?。
電化學儲能規(guī)模化發(fā)展受限于“安全”
據統(tǒng)計，2022年國內新增投運新型儲能裝機規(guī)模達6.9吉瓦/15.3吉瓦時，同比增長200%，繼續(xù)保持高速發(fā)展態(tài)勢。百兆瓦級的大容量儲能電站成為我國電化學儲能的主要發(fā)展方向，2022年超過20個百兆瓦級儲能電站實現(xiàn)并網運行，規(guī)劃在建中的百兆瓦級儲能電站數(shù)量更是達到400余個。預計未來5年，年度新增電化學儲能裝機呈快速上升趨勢。保守場景下，年平均新增電化學儲能裝機為16.8吉瓦；理想場景下，年平均新增電化學儲能裝機規(guī)模將達25.1吉瓦。
隨著容量和規(guī)模的快速擴大和發(fā)展，電化學儲能在安全、高效和利用率等方面面臨較大挑戰(zhàn)。近十年來，全球共發(fā)生超過30起電化學儲能電站安全事故，絕大部分發(fā)生于近5年，電化學儲能安全形勢不容樂觀。2021年4月，北京豐臺大紅門儲能電站調試過程中起火爆炸，事故造成1660.81萬元的直接財產損失，2名消防員不幸遇難；2022年2月，江西某儲能項目起火，存放階段的電池艙劇烈燃燒；2022年4月，美國亞利桑那州的一個40兆瓦時儲能電站起火。盤點國內外發(fā)生的儲能事故，電池熱失控是根本原因，觸發(fā)熱失控的源頭具有多發(fā)性，包括電池本體、電氣設備、熱管理系統(tǒng)等等，而有效的安全監(jiān)測預警手段缺失，以及阻燃隔熱設計和消防滅火技術不完善等，進一步導致層層失控，事故擴散。
技術創(chuàng)新是解決問題的關鍵。許繼電氣股份有限公司作為中國電氣裝備集團有限公司旗下專注于電力、自動化和智能制造的高科技現(xiàn)代產業(yè)集團，深度融合數(shù)字信息技術、電力電子技術、電力控制和電網支撐技術、電化學技術，在行業(yè)內首先提出“數(shù)字化電化學儲能”理念，打造“安全可靠、經濟高效、智慧融合”的新一代儲能電站，并率先推出數(shù)字化簇控儲能解決方案及全產業(yè)鏈產品。
一方面，儲能電站的安全風險隱患存在于系統(tǒng)集成、安裝調試、運行維護等全壽命周期各環(huán)節(jié)，事故易擴散，故障診斷困難，但基于云邊結合的數(shù)字化檢測和預診斷技術可大幅提升系統(tǒng)安全性，防患于未然。另一方面，運維管理水平不高、電力市場交易參與度低等因素導致儲能電站利用率低、盈利困難，儲能數(shù)字化將儲能實體與數(shù)據融合形成數(shù)據資產，為儲能電站提供全壽命周期的數(shù)字化決策和管理。
“數(shù)字化電化學儲能”理念
數(shù)字化電化學儲能系統(tǒng)堅持全壽命周期理念，建立以電池為核心的儲能系統(tǒng)和以涉網為支撐的新型電力系統(tǒng)兩大體系，構建“站（全數(shù)字電站）+云（儲能云平臺）+孿（數(shù)字孿生體）”綜合數(shù)字化平臺，使電站更安全、更經濟、更高效、更智能，提升電站資產價值。
全數(shù)字電站基于“人體全感知系統(tǒng)”思想，建設儲能電站各環(huán)節(jié)能量流和信息流的感知體系，建立相對應的自識別模型，實現(xiàn)物理電站和數(shù)字深度融合，保障電站全透明化運行，有效監(jiān)測各環(huán)節(jié)安全。同時，對電站運行的過去、現(xiàn)在和未來，進行歷史追溯、全景監(jiān)測和精準預測，確保電站安全高效。
儲能體系依托電芯級傳感系統(tǒng)、儲能電站千萬級海量數(shù)據秒級存儲計算和查詢技術、數(shù)據標準建模、微秒級信息交互、局域全感知全開放環(huán)境虛擬運行，形成對過去、現(xiàn)在、未來時間刻度的全息反饋，確保數(shù)據采集全面無誤。
涉網體系依托儲能變流器、控制保護、變壓器等交流側設備數(shù)字化，完成感知模型的進一步“拓展”。借助儲能電站涉網技術能力，實現(xiàn)交流側電壓及頻率的高靈敏數(shù)據反饋、集合連續(xù)高低電壓與頻率穿越、寬頻振蕩抑制、構網控制與組網運行、交流側數(shù)據環(huán)境的虛擬數(shù)字化。
同時構建多維數(shù)據融合的儲能電站一體化輔控系統(tǒng)，實現(xiàn)消防、安防、動環(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。數(shù)據模型的分級接入，宛如人體的肌膚感應，促進儲能電站實現(xiàn)數(shù)字世界的完整運行，通過輔控數(shù)據聚合分析與決策，支撐儲能電站形成完整的數(shù)字生命體。
儲能云平臺基于互聯(lián)網生態(tài)和物聯(lián)網架構，服務于電站全壽命周期，面向各類用戶提供一站式定制化服務，實現(xiàn)儲能電站集群式安全管控、運營數(shù)據全面鏈接、儲能業(yè)務全程在線、能源生態(tài)開放共享和儲能多元化盈利，構建共享、共贏的“互聯(lián)網+儲能”生態(tài)體系，為全數(shù)字儲能電站提供全景監(jiān)控、運行分析、智能運維等服務。
全景監(jiān)控服務可以對所有接入的儲能電站運行數(shù)據統(tǒng)一管理、統(tǒng)一分析，實現(xiàn)運行監(jiān)視、操作控制、智能告警等，有效解決儲能電站點多、面廣、分散、難監(jiān)控的問題。
運行分析服務可以依托儲能電站運行數(shù)據，按照時間范圍、取數(shù)周期提供儲能電站充放電能力分析、一致性分析、能效分析、故障分析、設備對標分析等服務，并以圖形化、可視化等方式展示，支撐決策服務。
智能運維服務針對異常預警，可以從電站設備安全和運行兩個角度，對儲能電站、電池堆、電池簇、電池單體分層次進行預警，逐級定位問題。健康狀態(tài)評估，對儲能電站、儲能變流器（PCS）、儲能電池評估期內的健康狀態(tài)進行總體綜合評價，并出具診斷報告和診斷建議，支撐決策。運維管理，建立標準運維流程，提出運維建議及設備標準化操作信息、操作流程，合理制訂定時運維計劃并提示。
數(shù)字孿生體通過物理電站與數(shù)字模式的一一關聯(lián)映射，構建可實時跟蹤實物狀態(tài)、可預測電站未來運行趨勢的雙向映射，虛實同步、閉環(huán)互動，實現(xiàn)電站行為可視化、實時仿真計算、智能優(yōu)化協(xié)同等，提升整體效益。數(shù)字孿生體應用于數(shù)字儲能電站，可實現(xiàn)儲能站全鏈仿真預測、優(yōu)化運行控制、挖掘服務價值等。
全鏈仿真預測可以構建全鏈路儲能電站仿真平臺，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)，實現(xiàn)各設備的實時監(jiān)控、預測和診斷，及時發(fā)現(xiàn)和解決故障，提高電站可靠性。同時，可在模型中調整電站的參數(shù)，如電池容量、充放電速率等，以優(yōu)化電站性能，提高經濟性。
優(yōu)化運行控制可以通過數(shù)字孿生技術，實現(xiàn)物理電站虛擬運行，在數(shù)字模型中對不同工況下的電站進行虛擬仿真實驗，進一步優(yōu)化電站運營模式。如通過智能調度算法，實現(xiàn)對電池的優(yōu)化調度，最大限度地發(fā)揮電池的儲能和放電能力。
挖掘服務價值將通過數(shù)字孿生收集到的海量數(shù)據，對價值鏈上下游企業(yè)開放，實現(xiàn)上下游企業(yè)間的數(shù)據集成和數(shù)據共享，挖掘釋放數(shù)據價值，做到產品協(xié)同開發(fā)、協(xié)同制造和協(xié)同運維，助力產業(yè)生態(tài)虛實共融。
數(shù)字化簇控儲能解決方案
基于“數(shù)字化電化學儲能”理念的“數(shù)字化簇控儲能解決方案”，儲能電池一簇一管理，實現(xiàn)電池系統(tǒng)精細化控制和故障電芯快速隔離，相比傳統(tǒng)儲能解決方案，在安全、效率和經濟性等方面有顯著提升。具體表現(xiàn)在以下三方面。
一是通過多級防控，實現(xiàn)零事故儲能電站。數(shù)字化賦能儲能系統(tǒng)的實時監(jiān)測、異常告警、故障診斷、消防安全等安全場景，依托多級防控和提前預警，打造零事故儲能電站。
從電池安全角度，可利用EMS及存儲云等，基于大數(shù)據技術對電池進行深度優(yōu)化，電芯級預測、報警，毫秒級響應，智能化防護策略配置，實現(xiàn)主動安全。
從消防安全角度，可實現(xiàn)電、熱、煙、氣多參量就地采集，系統(tǒng)多維度智能感知，設備健康狀態(tài)及火災狀態(tài)實時科學研判。插箱級精準滅火，BMS聯(lián)控電氣隔離及故障切除。抑制復燃，10秒內撲滅明火，長時不復燃。
從涉網安全角度，可在直流側構建基于繼電保護思維的儲能方案，在交流側突破弱網接入、連續(xù)高低電壓與頻率穿越、寬頻振蕩抑制、構網控制與組網運行等技術，強力支撐電網電壓及頻率的穩(wěn)定。
二是實現(xiàn)精細運營、高效運行。通過特有控制策略主動優(yōu)化配置，基于運營工況自動切換運營模式，達到相同放電深度，初始電池配置減少5%以上，系統(tǒng)可用率達99.9%，整體充放電量提升10%，全面提升儲能電站綜合效率和利用率。
實現(xiàn)更大放電量和更高系統(tǒng)可用率。單簇獨立充放，整體充放電量提升10%；采用故障簇控PCS柔性投退策略，單簇設備故障不影響其他簇運行，系統(tǒng)可用率提升至99.9%；通過智能化冷卻系統(tǒng)，降低系統(tǒng)輔助設備能耗30%。
提升電池使用壽命和利用率。單簇控制，通過智能化電池簇充電狀態(tài)（SOC）均衡自主功率分配技術，整套系統(tǒng)電池容量衰減慢，電池使用壽命延長20%。消除簇間環(huán)流，簇間SOC獨立管理，電池利用率提升6%。
保證恒溫艙內環(huán)境溫度。根據電池系統(tǒng)的運行工況進行熱性能分析（CFD），分析整個系統(tǒng)的制冷制熱需求，實現(xiàn)對電池集裝箱內部環(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。預裝式儲能系統(tǒng)采用非步入架構設計，相比傳統(tǒng)預制艙，能量密度高，同等條件下電池容量提升50%，40尺集裝箱容量可達到6兆瓦時以上。
三是做到無人值守、智能運維。通過特有算法智能分析，準確預估電池壽命，識別異常單體進行主動隔離，可延長電池壽命20%。采用在線均衡技術實現(xiàn)電池箱即插即用，節(jié)約相關運維時間90%以上；異常故障智能決策全自動工作流，實現(xiàn)無人值守，降低運維成本30%以上。
做到全景監(jiān)視。實現(xiàn)多個儲能電站電池狀態(tài)的全面監(jiān)控，智能故障告警、運維工單處理、大數(shù)據存儲、統(tǒng)計分析和報表管理等功能，能很好地解決儲能站點間的孤島問題。
實現(xiàn)智能巡檢。實現(xiàn)可視化智能巡檢作業(yè)，有效進行遠程巡檢指揮、巡檢軌跡監(jiān)測、巡檢任務下發(fā)、巡檢結果反饋等工作，實時掌握巡檢工作的進度及結果，有效降低儲能電站事故發(fā)生率，提高人員的工作效率。
智能檢修。結合數(shù)字孿生、人工智能等技術，實現(xiàn)電池健康狀態(tài)的評估和檢查，診斷電池在運行中的異常變化，及時發(fā)現(xiàn)和消除電池缺陷和隱患，實現(xiàn)儲能系統(tǒng)的智能決策和主動預警，提升儲能站智能運維水平。
構建新型電力系統(tǒng)、實現(xiàn)電力行業(yè)和電工裝備數(shù)字化轉型，已成為大勢所趨。儲能是構建新型電力系統(tǒng)的核心設備，數(shù)字化儲能作為電力能量管理與控制領域的一項顛覆性技術，對儲能產業(yè)未來發(fā)展具有變革性意義。裝備實體與數(shù)據融合形成的新型生產資料——數(shù)據資產，成為繼產品制造之外的全新價值創(chuàng)造點，逐步構建裝備數(shù)字化資產新價值體系。
（作者系許繼電氣股份有限公司總經理）
