電網(wǎng)更友好，讓儲能系統(tǒng)可以實現(xiàn)VSG這樣的功能，可以實現(xiàn)快速的響應(yīng)調(diào)度，儲能的好處就是更快，精度更高，反應(yīng)更靈敏。從充電到放電，30毫秒就可以完成了，這是電力電子所帶來的巨大變革。隨著分布式的能源發(fā)展，隨著儲能的加入，我們是希望儲能系統(tǒng)在電網(wǎng)有的時候也能工作，在電網(wǎng)沒有的時候也要能工作，這也是需要我們電力電子的變流器能夠去并網(wǎng)運行，也能離網(wǎng)運行。并且還要實現(xiàn)在這個切換過程中負(fù)荷不掉電。
——陽光電源儲能事業(yè)部副總經(jīng)理陳志
8月7日-8日，由華北電力大學(xué)、中國可再生能源學(xué)會主辦的“第一屆中國儲能學(xué)術(shù)論壇暨風(fēng)光儲創(chuàng)新技術(shù)大會”在北京召開。陽光電源儲能事業(yè)部副總經(jīng)理陳志作“風(fēng)光儲并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研討”報告。
我是來自陽光電源的陳志，我經(jīng)常在外面做一些報告，第一次在高校里面作報告，學(xué)術(shù)的氛圍感覺更好。
今天給大家?guī)淼念}目是風(fēng)光儲系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)探討，主要分為這三塊。風(fēng)光儲系統(tǒng)典型解決方案，風(fēng)光儲系統(tǒng)集成設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)，以及陽光電源的儲能業(yè)務(wù)布局。我的重點應(yīng)該在第二部分。
我們知道風(fēng)電也好，光伏也好，它的隨機(jī)性、波動性和間歇性是大家一直爭議的特點，給大規(guī)模的可再生能源并網(wǎng)帶來了非常多的一些問題。但是我們知道國家能源的變革必然是可再生能源要代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源，怎么辦？實際上技術(shù)的手段是有的，儲能就是支撐可再生能源并網(wǎng)的關(guān)鍵支撐技術(shù)之一。我們這里聚焦的是電化學(xué)儲能領(lǐng)域，一個光伏電站也好，一個風(fēng)力發(fā)電廠也好，怎么去裝儲能？方案很簡單，剛才東北電力大學(xué)的李教授也說了，他們做了一些研究在風(fēng)電場，可以把儲能裝在哪？放在單臺風(fēng)機(jī)的下面。下面主流的做法，把它裝到光伏電站或者風(fēng)電場的十千伏側(cè)，屬于集中放置，它的優(yōu)點可以集中存儲，集中布置，統(tǒng)一管理。在實際的工程和經(jīng)驗當(dāng)中，我們還有把儲能系統(tǒng)放在低壓側(cè)，放在風(fēng)電的變流器的低壓側(cè)或者交流低壓側(cè)，這樣的話，是和單個風(fēng)機(jī)或單臺光伏逆變器配合，主要和分布式電源結(jié)合的比較多。其實還有一種設(shè)計方案，我們把儲能系統(tǒng)放在直流側(cè)，現(xiàn)在在光伏上面是已經(jīng)比較成熟了。我們知道主件發(fā)出來的是直流的，通過DCDC的裝換裝置，放在直流側(cè)，這樣轉(zhuǎn)換效率會大大提升，省去了單獨安裝PCS的環(huán)節(jié)。我們做了很多案例，運行效果也是非常好。
我們知道風(fēng)電也有直流，通過整流以后再逆變。我們現(xiàn)在在研究，把儲能安裝在風(fēng)電的直流側(cè)，對風(fēng)機(jī)的變流系統(tǒng)可能要做一些改造。我們正在處于研發(fā)階段，典型的儲能系統(tǒng)怎么去配？其實每個項目都不一樣。儲能分兩部分，一個是功率，一個是容量。我們是要根據(jù)我們的目標(biāo)去進(jìn)行整個系統(tǒng)的設(shè)計，我是希望風(fēng)電平滑還是希望把光伏白天的電移到晚上去用，平滑需要配置多少功率，能量要配置多少能量，根據(jù)我們目標(biāo)，可以把它設(shè)計出來?，F(xiàn)在很多國家政策要求配儲能10%、15%、20%，是根據(jù)我們希望達(dá)到的目標(biāo)去做的。有時候我們希望實現(xiàn)風(fēng)電的平滑，可能就配百分之十幾的儲能，儲能的容量也就十幾分鐘就夠了，是根據(jù)我們的目標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)的合理配置?，F(xiàn)在的儲能系統(tǒng)基本采用集裝箱的安裝方式，這個基本上大家也都是這么做的。
第二部分主要介紹一下儲能系統(tǒng)的集成，因為現(xiàn)在整個行業(yè)大家基本上都各做各的，什么意思呢？包括肖教授在研究逆變器，電池企業(yè)主要是研究電池。這兩年我們發(fā)現(xiàn)集成里面有非常多的關(guān)鍵點需要我們?nèi)リP(guān)注。我們陽光電源主要是以電力電子這樣一個技術(shù)起家的，我們主要為我們的客戶提供光伏逆變、風(fēng)機(jī)變流這樣一些關(guān)鍵設(shè)備。儲能的變流器和我們光伏變流器在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上是非常類似的，我們做這個儲能產(chǎn)業(yè)布局已經(jīng)有十幾年的時間了，在2015年我們陽光電源和韓國三星成立了一家合資公司，韓國三星旗下有一家叫三星SDI，是全球最大的三元電池的生產(chǎn)商。和三星結(jié)合以后，我們從15年開始正式進(jìn)軍儲能系統(tǒng)集成這樣一個領(lǐng)域，我們公司根據(jù)系統(tǒng)集成，也進(jìn)行了相關(guān)的資源整合。成立了相關(guān)的集成的研發(fā)團(tuán)隊，目前我們在全球的能源案例有超過800多個，應(yīng)用在各種儲能相關(guān)領(lǐng)域。
系統(tǒng)集成我們干什么？其實就是這四點，高集成、高安全、高效率、更智慧。我們所有的系統(tǒng)集成就圍繞這“三高一更”去努力。集成度很高，現(xiàn)在大家也都是這么做的，實際上把這些零散的單元設(shè)備放到集裝箱里面去，整個集成，不是像搭積木一樣放進(jìn)去就行了，是需要整個公司從你的研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)、制造一直到檢驗，每個環(huán)節(jié)都會有標(biāo)準(zhǔn)支撐。比如我們現(xiàn)在的集裝箱系統(tǒng)已經(jīng)做到三兆瓦了，我們針對三兆瓦的逆變器也有，電池也有，這樣一個高度集成的儲能系統(tǒng)怎么去檢驗它？你有相關(guān)的檢測手段，我們公司有大型的高功率的并網(wǎng)容量的檢測，還有大容量的檢測室，后面可以做一些詳細(xì)的介紹。
總之，我們要把整個系統(tǒng)當(dāng)成一個產(chǎn)品去考慮，圍繞整個系統(tǒng)，出一系列的技術(shù)參數(shù)，圍繞這些技術(shù)參數(shù)去驗證整個系統(tǒng)是否能滿足我們的要求。剛才肖教授介紹了很多，其實我們差不多也是這么做的，高效率、體積更小、高功率密度。幾年前，十年前一臺500千瓦的PCS有多大呢？寬度大概2.8米，現(xiàn)在我們相同功率的500千瓦的PCS面積有多大呢？大概只有一米，一米大概兩個空調(diào)并在一起，它的整個體積大大所縮減。帶來什么好處呢？成本降低，施工成本、安裝運輸、運維成本會大幅降低的。十年間，光伏系統(tǒng)從以前40塊錢一瓦現(xiàn)在降到四塊錢不到一瓦。電網(wǎng)更友好，讓儲能系統(tǒng)可以實現(xiàn)VSG這樣的功能，可以實現(xiàn)快速的響應(yīng)調(diào)度，儲能的好處就是更快，精度更高，反應(yīng)更靈敏。從充電到放電，30毫秒就可以完成了，這是電力電子所帶來的巨大變革。隨著分布式的能源發(fā)展，隨著儲能的加入，我們是希望這個系統(tǒng)在電網(wǎng)有的時候也能工作，在電網(wǎng)沒有的時候也要能工作，這也是需要我們電力電子的變流器能夠去并網(wǎng)運行，也能離網(wǎng)運行。并且還要實現(xiàn)在這個切換過程中負(fù)荷不掉電。
電池這塊，剛才曾總介紹了，因為我們本身不生產(chǎn)電芯，我們是一家集成商，我們怎么去選擇電芯？現(xiàn)在有國家標(biāo)準(zhǔn)，我們有陽光的標(biāo)準(zhǔn)，我們優(yōu)于國家的標(biāo)準(zhǔn)去選擇我們的電芯合作伙伴，包括耐壓等級上我們遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國標(biāo)去選擇電芯。我們知道電池是有木桶效應(yīng)的，集成以后，整個系統(tǒng)的壽命能夠達(dá)到6000次的循環(huán)壽命。后面的電池模塊，電池簇，是我們進(jìn)行研發(fā)和組裝的。我們的模塊設(shè)計采用小模塊，比較細(xì)長，單位個模塊的重量大概在40公斤左右。不像一個大的抽屜式的模塊，我見過最大的有120-150公斤，整個安裝，包括電芯損壞以后的運維將帶來很大的困難。高的有兩米高，一個150公斤的模塊怎么去更換。整個儲能系統(tǒng)我們做到1500伏，耐壓等級升高，一個儲能系統(tǒng)要運行十幾年，絕緣一定會老化的，我們提高絕緣的設(shè)計，是為了在整個生命周期內(nèi)它的絕緣會更加安全。整個系統(tǒng)我后面會詳細(xì)介紹，怎么去管理這個系統(tǒng)。
首先是電池的BMS的管理，大家也都這么做的，三級BMS、四級BMS。電池的保護(hù)化整個儲能系統(tǒng)的運行依靠我們這些傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，通過高精度的數(shù)據(jù)采集，我們判斷電子是否出問題。通過高精度的數(shù)據(jù)采集，我會計算出電池的這樣一些數(shù)值，來便于整個系統(tǒng)的智能化的運行。計算出來，SOC的精度小于3%，SOH的精度小于5%。整個儲能系統(tǒng)從直流側(cè)到交流側(cè)，在每個直流環(huán)節(jié)都增加了快速的熔斷機(jī)制。保證在任何一點發(fā)生短路，它都可以分級的熔斷，可以實現(xiàn)直流側(cè)逐級的保護(hù)。BM是電池模塊，BC是電池簇，我們都安裝了相關(guān)的保護(hù)單元和控制電路，可以實現(xiàn)整個直流回路的全方位的保護(hù)。
五級聯(lián)動，這是非常關(guān)鍵的一點。剛才我說了，廠家各自為政，好像都沒問題，從逆變器的角度，從電池的角度，我的邏輯都是沒問題的，但是整個系統(tǒng)放在一起就可能有問題。去年大家都在說韓國的那個事故，我們也是非常關(guān)注，6月份韓國官方發(fā)布了一個研究報告，國內(nèi)也都看到了。我們不去探討它的四個原因當(dāng)中的第一點，第一點可能避重就輕，說電芯沒有問題，我們不去管它。它的第二點、第三點、第四點是非常值得我們?nèi)パ芯康?，特別是第四點，它的各個單元之間的保護(hù)邏輯和配合出現(xiàn)了問題，它電池優(yōu)先保護(hù)電芯，在電芯側(cè)發(fā)現(xiàn)直流短路的時候，這個時候優(yōu)先把電池側(cè)的開關(guān)斷開以后，并沒有把故障的信息傳遞到我的逆變器側(cè)。儲能逆變器檢測是正常的，但他那邊已經(jīng)斷開了，儲能逆變器還在工作，逆變器不斷給故障點發(fā)波，導(dǎo)致了故障不斷蔓延。這樣的問題如果我們陽光電源來說是沒問題，因為聯(lián)動保護(hù)從我們最開始系統(tǒng)設(shè)計的時候就已經(jīng)考慮到了。我們目前出口到全球幾百兆瓦的儲能系統(tǒng)，還沒有因為這樣的事故出現(xiàn)問題的。
還有一些其他的防護(hù)措施，包括集裝箱的防水、防塵、防腐、阻燃等等設(shè)計。整個集裝箱樣板有15級颶風(fēng)帶來變形的要求，這個非常重要，在長途運輸過程中，整個集裝箱重量是不均勻的，包括我們的安裝吊裝過程中，特別是我們的地基不平，導(dǎo)致集裝箱變形的機(jī)會是非常大的。很小的變形，大家覺得沒什么關(guān)系，實際上很小的變形可能會導(dǎo)致電池架的委屈，會導(dǎo)致電池和電池之間的擠壓，給安全帶來非常大的隱患。在電機(jī)方面，防雷設(shè)計，前兩天我?guī)е蛻舻轿覀儚S去參觀，非常有意思。我們公司有一個超大的實驗室，這個實驗室可以把整個集裝箱推進(jìn)去做輻射和傳導(dǎo)的測試，出來以后，突然聽到砰的一聲，是我們雷電實驗室在做試驗，我們當(dāng)場模擬雷電，我們把雷電發(fā)生在我們整個儲能系統(tǒng)不同的環(huán)節(jié)，來檢測我們的防雷標(biāo)準(zhǔn)是否滿足系統(tǒng)的要求。大家有機(jī)會可以看看我們的實驗室。
這是比較難的一點，也是最為重要的一點。整個系統(tǒng)的熱設(shè)計和熱管理，不是裝兩個空調(diào)放在里面就行了。我們的PACK設(shè)計不太一樣，在PACK前面有一個小風(fēng)扇，風(fēng)扇的作用是進(jìn)行導(dǎo)流的，整個風(fēng)道設(shè)計，是把風(fēng)吹到電池的背后，通過PIAK有一個風(fēng)扇的引流，把熱風(fēng)帶到我們集裝箱的中間，中間再從我們的空調(diào)回風(fēng)口排到集裝箱的外部。我們的PACK里面有12個電芯，我們要達(dá)到溫差不超過3攝氏度。包括集裝箱內(nèi)部在溫差偏差5度的范圍，要保證幾千只電芯溫度溫差不超過5攝氏度。這樣就要保證系統(tǒng)的安全和電池的一致性，電池一致性的管理是最難的。除了本身的BMS均衡以外，整個系統(tǒng)環(huán)境的設(shè)計尤為重要。
消防也是非常重要的一點，著火非常多，大家現(xiàn)在把消防提到一個非常高的地位。我們想遵循的原則還是預(yù)防為主，防消結(jié)合這樣的方案。預(yù)防怎么做？安全是設(shè)計出來的，在消防大家都是用七氟丙烷，我們是在海外逐步已經(jīng)開始用511這種消防介質(zhì)，我們出口到澳洲和日本的一些儲能系統(tǒng)已經(jīng)在使用5112，但是基于我們國家的消防的條件，5112在中國的使用還是會有一些限制。我們的整個消防的設(shè)計是和中國一個大學(xué)，他有全國唯一一個火災(zāi)重點實驗室，我們和他進(jìn)行安全設(shè)計。我們提出來叫基于火災(zāi)動力學(xué)的消防方案，來進(jìn)行科學(xué)的電池?zé)崾Э氐臋z測，快速的進(jìn)行滅火。
高效率，剛才肖教授也在說，系統(tǒng)效率現(xiàn)在都已經(jīng)很高了，平均水平都在98%以上。我們說的PCS的效率，但是我們現(xiàn)在能把PCS的效率提升到90%，再往上提升，投入很多，但是帶來的效果并不很明顯。整個系統(tǒng)我們要進(jìn)行合理的布局，包括其他的外圍的設(shè)備也要進(jìn)行合理的設(shè)計，讓空調(diào)的損耗，讓線纜的損耗降到最低。在進(jìn)行均衡設(shè)計的時候，我們知道逆變器和電池的安裝，逆變器一般安裝在電池的一側(cè)，必然有電池接到逆變器的直流側(cè)，必然有遠(yuǎn)，也有近。我們以前怎么做的？這是我們成本高的一個原因，我們在堅持做。最近的那一塊要盤線的，要把最近這一組電池接到逆變器的直流側(cè)的線纜要盤的和最遠(yuǎn)的一樣長，讓整個系統(tǒng)相對阻抗均衡，保證整個電池系統(tǒng)的均衡?，F(xiàn)在我們可以做到整個儲能系統(tǒng)往返效率在90%，如果放電倍率更低的話，也可以提升它的效率。
更智能，做一些全方位的智能監(jiān)控和管理。我們在每個集裝箱內(nèi)部都安裝了本地的智能控制器，它可以收集整個集裝箱內(nèi)所有的智能設(shè)備的所有信息，可以和本地的單元、上層的控制和運維系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動，也滿足調(diào)度的接口要求和調(diào)度的通信協(xié)議的要求。我的整個集裝箱交付到現(xiàn)場以后，對外的智能接口就一個穩(wěn)定控制器。包括數(shù)據(jù)的傳輸和系統(tǒng)的運維管理，我們通過加裝本地控制器，在里面可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、均衡的管理。這里我想提的是我們可以做到儲能子系統(tǒng)的均衡管理，什么意思呢？一個大型儲能系統(tǒng)是分單元的，分模塊的，每個模塊是以一臺PCS為基礎(chǔ)。假如一個兩兆瓦的系統(tǒng)，我用四臺五百千瓦的PCS，整個系統(tǒng)的子系統(tǒng)認(rèn)為是四個子單元。我們本地控制器可以實現(xiàn)這四個子單元之間的均衡，自主的為為四臺進(jìn)行均衡，讓電池保持均衡，從而讓循環(huán)壽命達(dá)到最大化。
我們的一些EMS的控制算法，有儲能的地方就需要EMS。電池本身該充多少電，怎么充電，和光伏怎么配合，和風(fēng)電怎么配合，都需要一套EMS進(jìn)行綜合的管理。我們的EMS可以適應(yīng)不同的應(yīng)用場景，和光伏、風(fēng)電、負(fù)荷、微電網(wǎng)等等，自發(fā)自用，削峰填谷，所有的控制策略都在里面。
故障定位，這是最基本的一些功能要求。因為整個儲能系統(tǒng)電芯非常多，故障點非常多，所以快速的故障定位，可以提高我們的系統(tǒng)修復(fù)的時間，也降低我們的系統(tǒng)故障所帶來的經(jīng)濟(jì)損失。
我們有一套基于阿里云的智能管理系統(tǒng)，可以進(jìn)行大數(shù)據(jù)的管理，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程的運維。包括手機(jī)的APP，這些對一些大用戶比較有價值。因為我的光伏，我的風(fēng)電，我的儲能系統(tǒng)可能遍布全國，甚至遍布全球，怎么進(jìn)行統(tǒng)一的集中管理，需要這樣一套軟件。
最后做一點廣告，陽光電源我們97年成立，22年一直致力于在可再生能源領(lǐng)域成為電力電子全球的優(yōu)秀企業(yè)。目前，我們營收超過100個億，員工大概3500人，我們的主營業(yè)務(wù)主要是在光伏之風(fēng)電、儲能還有和光伏風(fēng)電相關(guān)的領(lǐng)域，我們叫兩個協(xié)同，一個叫市場協(xié)同，一個叫技術(shù)協(xié)同。市場協(xié)同，就是在可再生能源這個領(lǐng)域里面，技術(shù)協(xié)同就是我們的電力電子技術(shù)，也衍生了一些其他業(yè)務(wù)。在全球我們連續(xù)四年全球第一，自從有排名以來，我們就一直是第一。我們的產(chǎn)品出口到全球60多個國家和地區(qū)，全球的裝機(jī)量突破80個GW。在儲能系統(tǒng)我們可以提供全方位的“交鑰匙”的工程，這是我們的儲能工廠在合肥，歡迎大家來參觀考察。
我們在系統(tǒng)集成領(lǐng)域連續(xù)三年排名第一，在全球我們做過800多個項目，積累了非常多的經(jīng)驗，也吸取了非常多的教訓(xùn)。風(fēng)電+儲能的系統(tǒng)，它主要是分析在不同的風(fēng)電限電條件下，如何去進(jìn)行能量的搬移，包括風(fēng)電的平滑輸出，它這個儲能配置是按照15%的功率，2個小時來進(jìn)行配置的。這是光伏和儲能結(jié)合的項目，這是我們在美國光儲結(jié)合的一個項目。我們在日本做過一個光儲結(jié)合的項目，日本很有意思，他是限制交流側(cè)的容量，一個50千瓦的分布式光伏發(fā)電，他配了多少組件呢？配了750千瓦的組件，配置了1.1兆瓦時的儲能，從而實現(xiàn)了24小時的連續(xù)穩(wěn)定的供電。這是德國的一個獨立調(diào)頻的項目，海外的調(diào)頻項目比較多，主要是像美國、歐洲它的電力輔助服務(wù)市場是比較成熟的。包括剛才李教授講的，因為我們的分享機(jī)制還沒有，調(diào)頻的電價也沒有，所以為我們國家的輔助服務(wù)，儲能系統(tǒng)進(jìn)入電網(wǎng)進(jìn)行輔助服務(wù)，設(shè)置了這樣一個門檻。我的報告就到這里。謝謝！
