中國儲能網(wǎng)訊：8月24日—26日，2024碳中和能源高峰論壇暨第四屆中國國際新型儲能技術(shù)及工程應(yīng)用大會與新型儲能技術(shù)青年科學(xué)家論壇在深圳正式舉辦。在8月25日下午進行的新型儲能系統(tǒng)繼承解決方案專場上，中國能源建設(shè)集團廣東省電力設(shè)計研究院有限公司電網(wǎng)工程公司副總經(jīng)理施世鴻做了題為《新型電力系統(tǒng)中儲能的發(fā)展及集成設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)》的主題報告演講。
中國能源建設(shè)集團廣東省電力設(shè)計研究院有限公司電網(wǎng)工程公司副總經(jīng)理施世鴻
以下內(nèi)容根據(jù)大會發(fā)言整理，僅供參考。
各位同仁，大家好！今天下午有很多精彩的演講，我是第一個，我就先拋磚引玉。
我今天下午的介紹想站在作為一個設(shè)計方或者EPC方的角度談一談儲能站的集成設(shè)計有哪些需要考量的問題。我的分享主要分成四個部分。
第一部分，簡單探討和分析一下新型電力系統(tǒng)中關(guān)于儲能的一些要求。
新型電力系統(tǒng)的特征是以最大化的消納新能源為主要任務(wù)，以堅強的智能電網(wǎng)為樞紐平臺，以源網(wǎng)荷儲互動與多能互補為支撐，它具有清潔低碳、安全充裕、經(jīng)濟高效、供需協(xié)同、靈活智能幾個基本特征。
目前電力系統(tǒng)還是以煤電為主，將來肯定是以非化石能源為主，而且會到相當(dāng)高的比例。
未來的電網(wǎng)會是多種形態(tài)并存的，比如當(dāng)前的電網(wǎng)主要還是以交流電網(wǎng)為主，伴有少量高壓西電東送的直流，未來以交直流互聯(lián)，還有一部分直流組網(wǎng)、微電網(wǎng)等多種形態(tài)。同時，將來源網(wǎng)荷儲的體系以及市場的機制是趨于完善，電力電子等技術(shù)高度成熟，那時候新型電力系統(tǒng)的業(yè)態(tài)跟當(dāng)前是不一樣的狀態(tài)。
建設(shè)新型電力系統(tǒng)也會面臨一些挑戰(zhàn)，一是新能源的不確定性。它的不確定性會帶來一個平衡問題。電力系統(tǒng)要保持50Hz的頻率，發(fā)電量和負荷量要實時平衡，對于新能源高出力持續(xù)時間長，部分時間段又很低，比如夜晚光伏就沒有出力，同時間歇性強、不確定性大，有時候尖峰負荷很高，為了滿足尖峰就要配備大量資源，同時不好預(yù)測，比如風(fēng)、光，風(fēng)速和陽光很難預(yù)測，這是一個平衡問題。二是目前電力系統(tǒng)大部分是由發(fā)電機，有一個轉(zhuǎn)動慣量，將來變成大量光伏、風(fēng)電后，不具備轉(zhuǎn)動慣量，系統(tǒng)慣量會降低，調(diào)頻能力和風(fēng)險會增加，無功支撐會出現(xiàn)不足，電壓穩(wěn)定性會加劇，功角穩(wěn)定性復(fù)雜，不確定性增加。配套問題，調(diào)控會比較復(fù)雜，需要配套相應(yīng)的問題來解決。
新型電力系統(tǒng)對儲能的需求，主要是發(fā)電側(cè)儲能、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)主要是削峰填谷降低用電成本。
儲能的特征，將來的儲能會向更大容量、更長時間尺度發(fā)展。大概十幾年前在深圳總承包了第一個寶清儲能站，是南網(wǎng)儲能公司投資我們總包的，當(dāng)時4MW，已經(jīng)是國內(nèi)最大的儲能站，短短十幾年時間已經(jīng)到GW級。另外，它更加強調(diào)對電網(wǎng)的支撐。儲能最終的服務(wù)還是為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行服務(wù)的，所以將來會更加強調(diào)對電網(wǎng)的友好性。比如這幾年比較熱門的構(gòu)網(wǎng)型儲能等等，都在強調(diào)電網(wǎng)支撐。第三個，前幾年出現(xiàn)了一些安全的事件，現(xiàn)在對電化學(xué)儲能的安全也特別關(guān)注。第四個，經(jīng)濟性。相信整個產(chǎn)業(yè)鏈的上下游大家都非常關(guān)注，不管是投資商、政府、集成商、設(shè)備商等等，經(jīng)濟性對大家都是息息相關(guān)的。
第二部分，探討一下儲能的發(fā)展概況和趨勢。
總的來說應(yīng)該是四個方面：一是裝機量高速增長，從統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看到，去年底裝機規(guī)模到3139萬，已經(jīng)超過了原來規(guī)劃的2025年的目標(biāo)；二是技術(shù)創(chuàng)新也在不斷突破，除了電化學(xué)比如鋰電池之外，不同新的路線也在出來。比如鈉離子、固態(tài)、半固態(tài)、液流、壓縮空氣等等，有很多儲能類型都在發(fā)展；三是建設(shè)成本大幅下降，原材料價格包括科技創(chuàng)新帶來成本下降；四是政策扶持力度加大，這些政策對我們來說是越來越友好的。
儲能市場的情況，左邊是項目備案裝機情況，我統(tǒng)計了廣東的，去年底廣東的儲能是1.6GW，廣東儲能的發(fā)展相對于其他省份來說還是慢了一點，相對于江蘇、山東等等。但現(xiàn)在廣東推動的力度也很大，從去年7月份開始到今年，省里密集出臺了很多政策。今年1-7月份，光廣東備案的儲能有1346個，備案規(guī)模已經(jīng)超過了16GW，這塊的量非常大。當(dāng)然，更多數(shù)量的還是工商業(yè)儲能。
從項目中標(biāo)情況看，上半年全國儲能中標(biāo)數(shù)據(jù)比較龐大，其中最多的是江蘇，其次是青海、河南，新疆等等，這幾個省份也是目前政策比較好的。
新型儲能發(fā)展的趨勢：1.規(guī)?；瘧?yīng)用需求會增加。不管是新能源容量、時長，對應(yīng)的需求都在增加；2.技術(shù)多元化的發(fā)展，不再是過去鋰電池的路線，現(xiàn)在很多試點項目都在發(fā)展；3.成本的下降；4.政策的支持與機制在完善，5.安全性能在提升，各個設(shè)備廠商都在重點關(guān)注安全的性能。
獨立共享儲能模式，相信很多投資商會特別關(guān)注，這里列了4點，基本上是現(xiàn)在獨立儲能站收益的4個來源。以廣東為例：1.容量租賃費用。比如有些新能源的投資方，按照政府的要求，并網(wǎng)需要配儲，他自己不建，在這里租賃；2.參與電力現(xiàn)貨市場，低谷充電，高峰放電；3.輔助服務(wù)收益，調(diào)峰調(diào)頻服務(wù)；4.容量電價補償政策。這里面影響最大的是第3點。
第三部分，關(guān)于電化學(xué)儲能站設(shè)計的考慮因素。這張圖展示了我們做一個儲能站的設(shè)計或者布局時考慮的因素。結(jié)合目前要解決的一些現(xiàn)狀和問題，來選擇對應(yīng)的不同場景。
對應(yīng)到不同的場景就決定了我們要配置多大的容量，多少的時長。容量和時長確定后要看選擇什么路線，選擇鋰電池還是液流電池該是飛輪等等。決定后要考慮選多大的地，占地面積的大小，同時要以什么樣的電壓接入什么樣的變電站，以及這些確定后一些經(jīng)濟性的測算。有一些投資方有一些誤區(qū)，比如他選一塊地，政府說在變電站旁邊給你選一塊地就可以了。實際上你的儲能站建在變電站旁邊并不意味著你能接進這個變電站，因為是靠電網(wǎng)接線圖決定，要根據(jù)電網(wǎng)需求，有些區(qū)域電網(wǎng)需求很小，旁邊有地也接不進去，要提前根據(jù)規(guī)劃和現(xiàn)狀來布點儲能站。
關(guān)于站的設(shè)計，電氣接線設(shè)計。對于小型儲能站，線變組、橋型接線、單母接線。平面布置，儲能站的平面布置主要分兩大類：站房式的布置，這種布置現(xiàn)在比較少，對于容量大占地小的可以采用戶內(nèi)或者半戶內(nèi)。這個有很多要求，包括防火距離、分區(qū)要求。全戶外的布置，這是最常見的，采用集裝箱布置在戶外，這種方式也要考慮每個分區(qū)有要求，規(guī)范是要求每個分區(qū)的電池容量不要超過50MWh，分區(qū)之間的距離不小于10m。工程部分的投資，也是相當(dāng)大一部分，比如通過優(yōu)化可以節(jié)省一些電纜費用、土建費用，對于項目的經(jīng)濟性也是非常可觀的。
設(shè)備方面，儲能設(shè)備基本上由這幾部分組成：電池系統(tǒng)、PCS、BMS和一些輔助系統(tǒng)組成。
電池的選擇，目前看鋰電池的優(yōu)勢比較突出，鉛炭、全釩液流電池等。從產(chǎn)業(yè)規(guī)模看，還是鋰電池最多，投資成本還是鋰電池最優(yōu)，特別是從去年底到今年鋰電池大幅下降，成本降得非?？捎^。成組方案，主要有柜式、預(yù)制艙式。
PCS方面有幾種類型，常見的是兩電平、三電平，還有H橋級聯(lián)、MMC級聯(lián)模式，分別適用于不同場景。對于大容量的電站，可能更多采用級聯(lián)式的方式，有些級聯(lián)式還具備構(gòu)網(wǎng)型功能，這塊應(yīng)該是將來的熱點，而且成本也在不斷下降。
集成方案方面，集中式、組串式、中壓直掛方式。集中式主要是通過電池串聯(lián)成簇后再并聯(lián)成堆。這種方式成本比較低，但也有一些問題，就是一些均衡等等冗余的問題。組串式相對來說會解決這些問題，包括均衡性會提高，冗余性也會增加，有多個組串并聯(lián)，諧波會有影響，變流器數(shù)量也比較多。中壓直掛式優(yōu)勢是單機容量大。
冷卻，當(dāng)前就是風(fēng)冷和液冷。目前接觸的一些新的站，因為風(fēng)冷成本雖然低一點，但液冷也越來越低了，而且液冷會帶來一些能效的提高，所以現(xiàn)在大家更青睞于選液冷設(shè)備，這塊將來應(yīng)該是發(fā)展的趨勢。
消防方面，作為設(shè)計單位來說，這塊我們非常關(guān)注，還是主張預(yù)防為主，防消結(jié)合的思路。目前鋰電池這類的滅火設(shè)施還不是特別完善，一旦熱失控，要想控制住還是比較困難的。但一方面我們也在研究一些新的滅火介質(zhì)等。這是我們主要的消防思路。
另外是大家比較關(guān)注的運維，建了儲能站后運維也是一個問題，特別是對于一些投資商不像發(fā)電集團或者電網(wǎng)公司，沒有自己的固定運維人員，他迫切希望能夠?qū)崿F(xiàn)一些無人化/少人化的運維，這塊恰恰是智能運維系統(tǒng)能夠解決的，通過無人化手段、遠程化手段實現(xiàn)智能巡視、智能監(jiān)控、智能操控，來實現(xiàn)運維的提質(zhì)增效。
這是我們院設(shè)計的今年1月份投運由南網(wǎng)儲能公司投資的寶塘儲能站，也是南方五省最大的電網(wǎng)側(cè)獨立儲能站，采用了10種不同的技術(shù)路線。這是它的電氣接線圖，低壓側(cè)是35kV母線連接。這個站最大的特點，一是它具有一些示范性，示范了很多種技術(shù)路線。
這里列了十種路線的情況，有浸沒式的液冷+組串式方式、冷板式液冷+低壓級聯(lián)、冷板式液冷+DCDC+集中式等十種路線。
第四部分，簡單介紹一下廣東院儲能業(yè)務(wù)的情況。
廣東院全稱是中國能源建設(shè)集團廣東省電力設(shè)計研究院有限公司，我們從2009年開始開展儲能相關(guān)業(yè)務(wù)及研究工作，最早是做課題服務(wù)，包括能源局一些課題，開展一些儲能的咨詢、勘查設(shè)計包括總承包、投資咨詢、投融資服務(wù)。
我們開展儲能業(yè)務(wù)主要有四個方面的優(yōu)勢：1.政策理解與投資咨詢。我們熟悉國家和地方的政策，特別是廣東省。2.因為我們長期服務(wù)于南方電網(wǎng)，對于電網(wǎng)的現(xiàn)狀和規(guī)劃是比較了解的。我們遇到一些投資方，前面選了一塊地，后面找我們配合說接不進去。我有一個觀點是儲能站并不是接在變電站旁邊就可以接進去，而是要根據(jù)電網(wǎng)需求來布局；3.對于儲能創(chuàng)新方面，我們一直跟得比較緊，各種儲能路線包括電化學(xué)的、機械的、氫能的、抽蓄也在做；4.我們是傳統(tǒng)的設(shè)計單位，以設(shè)計牽頭的總承包，能夠優(yōu)化一些投資，縮短一些建設(shè)時期，先后開展了154項儲能的勘查設(shè)計、咨詢和EPC工作。
這是我們開展的項目情況，科研項目36項，工程項目150多項，編制了國內(nèi)外規(guī)范和相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)等。
這是做的一些簡單分享，如果會后大家感興趣的，還可以跟我進行深入交流，謝謝大家！
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