中國(guó)儲(chǔ)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(guó)國(guó)際新型儲(chǔ)能技術(shù)及工程應(yīng)用大會(huì)與新型儲(chǔ)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(jìn)行的新型儲(chǔ)能系統(tǒng)繼承解決方案專場(chǎng)上，中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)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(chǔ)能的發(fā)展及集成設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)》的主題報(bào)告演講。
中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)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(huì)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(gè)，我就先拋磚引玉。
我今天下午的介紹想站在作為一個(gè)設(shè)計(jì)方或者EPC方的角度談一談儲(chǔ)能站的集成設(shè)計(jì)有哪些需要考量的問(wèn)題。我的分享主要分成四個(gè)部分。
第一部分，簡(jiǎn)單探討和分析一下新型電力系統(tǒng)中關(guān)于儲(chǔ)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(jiān)強(qiáng)的智能電網(wǎng)為樞紐平臺(tái)，以源網(wǎng)荷儲(chǔ)互動(dòng)與多能互補(bǔ)為支撐，它具有清潔低碳、安全充裕、經(jīng)濟(jì)高效、供需協(xié)同、靈活智能幾個(gè)基本特征。
目前電力系統(tǒng)還是以煤電為主，將來(lái)肯定是以非化石能源為主，而且會(huì)到相當(dāng)高的比例。
未來(lái)的電網(wǎng)會(huì)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(lái)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(shí)，將來(lái)源網(wǎng)荷儲(chǔ)的體系以及市場(chǎng)的機(jī)制是趨于完善，電力電子等技術(shù)高度成熟，那時(shí)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(huì)面臨一些挑戰(zhàn)，一是新能源的不確定性。它的不確定性會(huì)帶來(lái)一個(gè)平衡問(wèn)題。電力系統(tǒng)要保持50Hz的頻率，發(fā)電量和負(fù)荷量要實(shí)時(shí)平衡，對(duì)于新能源高出力持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，部分時(shí)間段又很低，比如夜晚光伏就沒(méi)有出力，同時(shí)間歇性強(qiáng)、不確定性大，有時(shí)候尖峰負(fù)荷很高，為了滿足尖峰就要配備大量資源，同時(shí)不好預(yù)測(cè)，比如風(fēng)、光，風(fēng)速和陽(yáng)光很難預(yù)測(cè)，這是一個(gè)平衡問(wèn)題。二是目前電力系統(tǒng)大部分是由發(fā)電機(jī)，有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，將來(lái)變成大量光伏、風(fēng)電后，不具備轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，系統(tǒng)慣量會(huì)降低，調(diào)頻能力和風(fēng)險(xiǎn)會(huì)增加，無(wú)功支撐會(huì)出現(xiàn)不足，電壓穩(wěn)定性會(huì)加劇，功角穩(wěn)定性復(fù)雜，不確定性增加。配套問(wèn)題，調(diào)控會(huì)比較復(fù)雜，需要配套相應(yīng)的問(wèn)題來(lái)解決。
新型電力系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能的需求，主要是發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)主要是削峰填谷降低用電成本。
儲(chǔ)能的特征，將來(lái)的儲(chǔ)能會(huì)向更大容量、更長(zhǎng)時(shí)間尺度發(fā)展。大概十幾年前在深圳總承包了第一個(gè)寶清儲(chǔ)能站，是南網(wǎng)儲(chǔ)能公司投資我們總包的，當(dāng)時(shí)4MW，已經(jīng)是國(guó)內(nèi)最大的儲(chǔ)能站，短短十幾年時(shí)間已經(jīng)到GW級(jí)。另外，它更加強(qiáng)調(diào)對(duì)電網(wǎng)的支撐。儲(chǔ)能最終的服務(wù)還是為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行服務(wù)的，所以將來(lái)會(huì)更加強(qiáng)調(diào)對(duì)電網(wǎng)的友好性。比如這幾年比較熱門的構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能等等，都在強(qiáng)調(diào)電網(wǎng)支撐。第三個(gè)，前幾年出現(xiàn)了一些安全的事件，現(xiàn)在對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能的安全也特別關(guān)注。第四個(gè)，經(jīng)濟(jì)性。相信整個(gè)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(jì)性對(duì)大家都是息息相關(guān)的。
第二部分，探討一下儲(chǔ)能的發(fā)展概況和趨勢(shì)。
總的來(lái)說(shuō)應(yīng)該是四個(gè)方面：一是裝機(jī)量高速增長(zhǎng)，從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看到，去年底裝機(jī)規(guī)模到3139萬(wàn)，已經(jīng)超過(guò)了原來(lái)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(lái)。比如鈉離子、固態(tài)、半固態(tài)、液流、壓縮空氣等等，有很多儲(chǔ)能類型都在發(fā)展；三是建設(shè)成本大幅下降，原材料價(jià)格包括科技創(chuàng)新帶來(lái)成本下降；四是政策扶持力度加大，這些政策對(duì)我們來(lái)說(shuō)是越來(lái)越友好的。
儲(chǔ)能市場(chǎng)的情況，左邊是項(xiàng)目備案裝機(jī)情況，我統(tǒng)計(jì)了廣東的，去年底廣東的儲(chǔ)能是1.6GW，廣東儲(chǔ)能的發(fā)展相對(duì)于其他省份來(lái)說(shuō)還是慢了一點(diǎn)，相對(duì)于江蘇、山東等等。但現(xiàn)在廣東推動(dòng)的力度也很大，從去年7月份開(kāi)始到今年，省里密集出臺(tái)了很多政策。今年1-7月份，光廣東備案的儲(chǔ)能有1346個(gè)，備案規(guī)模已經(jīng)超過(guò)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(chǔ)能。
從項(xiàng)目中標(biāo)情況看，上半年全國(guó)儲(chǔ)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(gè)省份也是目前政策比較好的。
新型儲(chǔ)能發(fā)展的趨勢(shì)：1.規(guī)模化應(yīng)用需求會(huì)增加。不管是新能源容量、時(shí)長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)的需求都在增加；2.技術(shù)多元化的發(fā)展，不再是過(guò)去鋰電池的路線，現(xiàn)在很多試點(diǎn)項(xiàng)目都在發(fā)展；3.成本的下降；4.政策的支持與機(jī)制在完善，5.安全性能在提升，各個(gè)設(shè)備廠商都在重點(diǎn)關(guān)注安全的性能。
獨(dú)立共享儲(chǔ)能模式，相信很多投資商會(huì)特別關(guān)注，這里列了4點(diǎn)，基本上是現(xiàn)在獨(dú)立儲(chǔ)能站收益的4個(gè)來(lái)源。以廣東為例：1.容量租賃費(fèi)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(chǔ)，他自己不建，在這里租賃；2.參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)，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(jià)補(bǔ)償政策。這里面影響最大的是第3點(diǎn)。
第三部分，關(guān)于電化學(xué)儲(chǔ)能站設(shè)計(jì)的考慮因素。這張圖展示了我們做一個(gè)儲(chǔ)能站的設(shè)計(jì)或者布局時(shí)考慮的因素。結(jié)合目前要解決的一些現(xiàn)狀和問(wèn)題，來(lái)選擇對(duì)應(yīng)的不同場(chǎng)景。
對(duì)應(yīng)到不同的場(chǎng)景就決定了我們要配置多大的容量，多少的時(shí)長(zhǎng)。容量和時(shí)長(zhǎng)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(shí)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(jì)性的測(cè)算。有一些投資方有一些誤區(qū)，比如他選一塊地，政府說(shuō)在變電站旁邊給你選一塊地就可以了。實(shí)際上你的儲(chǔ)能站建在變電站旁邊并不意味著你能接進(jìn)這個(gè)變電站，因?yàn)槭强侩娋W(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(jìn)去，要提前根據(jù)規(guī)劃和現(xiàn)狀來(lái)布點(diǎn)儲(chǔ)能站。
關(guān)于站的設(shè)計(jì)，電氣接線設(shè)計(jì)。對(duì)于小型儲(chǔ)能站，線變組、橋型接線、單母接線。平面布置，儲(chǔ)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(duì)于容量大占地小的可以采用戶內(nèi)或者半戶內(nèi)。這個(gè)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(jiàn)的，采用集裝箱布置在戶外，這種方式也要考慮每個(gè)分區(qū)有要求，規(guī)范是要求每個(gè)分區(qū)的電池容量不要超過(guò)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(guò)優(yōu)化可以節(jié)省一些電纜費(fèi)用、土建費(fèi)用，對(duì)于項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性也是非常可觀的。
設(shè)備方面，儲(chǔ)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(shì)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(jiàn)的是兩電平、三電平，還有H橋級(jí)聯(lián)、MMC級(jí)聯(lián)模式，分別適用于不同場(chǎng)景。對(duì)于大容量的電站，可能更多采用級(jí)聯(lián)式的方式，有些級(jí)聯(lián)式還具備構(gòu)網(wǎng)型功能，這塊應(yīng)該是將來(lái)的熱點(diǎn)，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(guò)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(wèn)題，就是一些均衡等等冗余的問(wèn)題。組串式相對(duì)來(lái)說(shuō)會(huì)解決這些問(wèn)題，包括均衡性會(huì)提高，冗余性也會(huì)增加，有多個(gè)組串并聯(lián)，諧波會(huì)有影響，變流器數(shù)量也比較多。中壓直掛式優(yōu)勢(shì)是單機(jī)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?yàn)轱L(fēng)冷成本雖然低一點(diǎn)，但液冷也越來(lái)越低了，而且液冷會(huì)帶來(lái)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(lái)應(yīng)該是發(fā)展的趨勢(shì)。
消防方面，作為設(shè)計(jì)單位來(lái)說(shuō)，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(yùn)維，建了儲(chǔ)能站后運(yùn)維也是一個(gè)問(wèn)題，特別是對(duì)于一些投資商不像發(fā)電集團(tuán)或者電網(wǎng)公司，沒(méi)有自己的固定運(yùn)維人員，他迫切希望能夠?qū)崿F(xiàn)一些無(wú)人化/少人化的運(yùn)維，這塊恰恰是智能運(yùn)維系統(tǒng)能夠解決的，通過(guò)無(wú)人化手段、遠(yuǎn)程化手段實(shí)現(xiàn)智能巡視、智能監(jiān)控、智能操控，來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)維的提質(zhì)增效。
這是我們?cè)涸O(shè)計(jì)的今年1月份投運(yùn)由南網(wǎng)儲(chǔ)能公司投資的寶塘儲(chǔ)能站，也是南方五省最大的電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立儲(chǔ)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(gè)站最大的特點(diǎn)，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(méi)式的液冷+組串式方式、冷板式液冷+低壓級(jí)聯(lián)、冷板式液冷+DCDC+集中式等十種路線。
第四部分，簡(jiǎn)單介紹一下廣東院儲(chǔ)能業(yè)務(wù)的情況。
廣東院全稱是中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，我們從2009年開(kāi)始開(kāi)展儲(chǔ)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(kāi)展一些儲(chǔ)能的咨詢、勘查設(shè)計(jì)包括總承包、投資咨詢、投融資服務(wù)。
我們開(kāi)展儲(chǔ)能業(yè)務(wù)主要有四個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：1.政策理解與投資咨詢。我們熟悉國(guó)家和地方的政策，特別是廣東省。2.因?yàn)槲覀冮L(zhǎng)期服務(wù)于南方電網(wǎng)，對(duì)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(shuō)接不進(jìn)去。我有一個(gè)觀點(diǎn)是儲(chǔ)能站并不是接在變電站旁邊就可以接進(jìn)去，而是要根據(jù)電網(wǎng)需求來(lái)布局；3.對(duì)于儲(chǔ)能創(chuàng)新方面，我們一直跟得比較緊，各種儲(chǔ)能路線包括電化學(xué)的、機(jī)械的、氫能的、抽蓄也在做；4.我們是傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)單位，以設(shè)計(jì)牽頭的總承包，能夠優(yōu)化一些投資，縮短一些建設(shè)時(shí)期，先后開(kāi)展了154項(xiàng)儲(chǔ)能的勘查設(shè)計(jì)、咨詢和EPC工作。
這是我們開(kāi)展的項(xiàng)目情況，科研項(xiàng)目36項(xiàng)，工程項(xiàng)目150多項(xiàng)，編制了國(guó)內(nèi)外規(guī)范和相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)等。
這是做的一些簡(jiǎn)單分享，如果會(huì)后大家感興趣的，還可以跟我進(jìn)行深入交流，謝謝大家！
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