中國儲能網(wǎng)訊：9月24—26日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會聯(lián)合200余家機構(gòu)共同支持的第十屆中國國際儲能大會在深圳鵬瑞萊佛士酒店召開。此次大會主題是“共建儲能生態(tài)鏈，開啟應(yīng)用新時代”。 來自行業(yè)主管機構(gòu)、國內(nèi)外駐華機構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機構(gòu)等不同領(lǐng)域的1621人參加了本屆大會。本次大會由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會、中國科學(xué)院電工研究所儲能技術(shù)組和中國儲能網(wǎng)聯(lián)合承辦。
在24日下午的“儲能電站規(guī)劃與設(shè)計”專場，中國電力工程顧問集團西北電力設(shè)計院有限公司電控工程技術(shù)部高級工程師魏遠分享了主題報告《電化學(xué)儲能項目設(shè)計實踐》。會務(wù)組對發(fā)言人的演講速記做了梳理，方便大家會后交流、學(xué)習(xí)，以下是速記全文：
魏遠：各位同行，各位專家，大家下午好！
我來自中國電力工程顧問集團西北電力設(shè)計院有限公司，很高興有這次機會、借助這個平臺給大家分享一下我們在儲能項目上的一些經(jīng)驗。
我匯報的題目是：多場景電化學(xué)儲能項目規(guī)劃與設(shè)計實踐。
我的匯報主要分以下幾部分：儲能電站設(shè)計實踐、儲能電站容量規(guī)劃、儲能電站運行控制仿真、西北院設(shè)計的儲能電站工程。
隨著我國新能源的快速發(fā)展，儲能市場空間是非常廣大的，預(yù)測近五年內(nèi)儲能的裝機會有爆發(fā)式增長。右邊的餅圖，目前在國內(nèi)儲能行業(yè)，除了裝機容量排在第一位的抽水蓄能電站，電化學(xué)儲能在其他儲能技術(shù)中的占比在不斷提升。
目前儲能技術(shù)蓬勃發(fā)展，我們總結(jié)了儲能電站的三個發(fā)展特點，第一個特點是容量大型化。目前國內(nèi)不斷涌現(xiàn)出百兆瓦時級別的大容量儲能電站。第二個特點是高度集成化，現(xiàn)在儲能商通過戶外式集裝箱系統(tǒng)把儲能很多功能基本實現(xiàn)了，是一個高度集成化的系統(tǒng)。第三個特點是應(yīng)用場景全面化，在新能源的并網(wǎng)、火電調(diào)頻、電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻都有廣闊的用戶前景。
這是目前儲能系統(tǒng)里兩個主要設(shè)備，儲能電池和儲能PCS的主流參數(shù)。以磷酸鐵鋰電池來介紹，目前市面上主要的電池都是1C為主，要調(diào)頻也有2C以上的磷酸鐵鋰電芯。各個廠商的壽命也可以大約5000次，隨著價格不斷下探。目前儲能集裝箱系統(tǒng)造價含集裝箱和電池每瓦時在1.2-1.6元左右，相比幾年前成本已經(jīng)大幅下降。
第二個主要設(shè)備是儲能PCS。目前單臺儲能PCS容量最大能做到3MW，各廠家效率承諾大于98%。儲能PCS作為儲能并網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備，功能也非常全面。包括有PQ控制、VF控制、虛擬同步機VSG控制、離/并網(wǎng)控制等。目前儲能PCS基本支持長期1.1倍過載，短期1.2倍，超短期可以達到1.3倍過載能力。
作為設(shè)計單位，我們在設(shè)計大型儲能電站裝備中遇到了一些問題
第一個問題是預(yù)制艙式儲能電站的布置間距問題，這個問題已經(jīng)困擾我們很久了。關(guān)于儲能集裝箱之間的防火間距。預(yù)制艙能否可以采用雙層布置。第二個問題是隨著大型儲能電站越來越大，系統(tǒng)集裝箱數(shù)目是很大的，如果是高溫地區(qū)可能會采用一些水冷方案。這樣將近數(shù)百個集裝箱集成在一起，站用電是不可忽視的量，站用電是否需要設(shè)獨立站用變，是否可以由集裝箱來承擔(dān)一部分自己的自耗電。第三個是預(yù)制艙式儲能電站消防系統(tǒng)問題，儲能集裝箱內(nèi)一般是帶氣體消防，但在儲能集裝箱外儲能區(qū)域是否設(shè)置水消防系統(tǒng)，還沒有明確定論。這里列出了中電聯(lián)一個團體標(biāo)準，《預(yù)制艙式磷酸鐵鋰電池儲能電站消防技術(shù)規(guī)范》，它對上面幾個問題有了比較明確的答復(fù)。第一，布置間距，電池預(yù)制箱間距不小于3米，如果設(shè)防火墻，對防火墻尺寸有一定要求。對于儲能的布置方式，建議單層布置，雙層布置還有很多問題目前還沒有搞清楚。第二，對于大于10MWh的儲能電站要設(shè)置消防水系統(tǒng)。對于消防給水系統(tǒng)我們設(shè)計單位目前還比較困惑，因為國家電網(wǎng)公司有一個企業(yè)標(biāo)準《儲能電站設(shè)計技術(shù)導(dǎo)則》，明確提出當(dāng)儲能系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)時，不能采用水噴淋方式滅火的。
以上是我們目前遇到的一些問題，希望會后和大家進行深入的探討。
第二個方面，關(guān)于大型儲能電站的控制問題。
我們參與了一些國外大型儲能電站設(shè)計中遇到一些問題，比如以大型光伏電站為例，它包括光伏場、儲能系統(tǒng)、無功補償設(shè)備、升壓站設(shè)備，每一個系統(tǒng)有自己的控制系統(tǒng)，比如儲能的EMS，它可以對上接收指令，對下向PCS發(fā)送功率分配指令。光伏場有一個智能環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)，也可以對上接收指令，對下向光伏逆變器分配指令。但這些系統(tǒng)之間如何進行協(xié)調(diào)控制。我們目前調(diào)研國內(nèi)的儲能設(shè)備廠商，能夠提供上述上層協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的成熟產(chǎn)品還是比較少的。這一塊可能也是我們下一步需要研發(fā)的。
這是我們在參與海外儲能項目中總結(jié)出的一些儲能電站標(biāo)準，包括儲能電池、儲能中壓和低壓設(shè)備，還有儲能消防放火規(guī)范，分享給大家（見PPT）。
第二部分，多場景儲能電站容量規(guī)劃。
這個場景主要包括發(fā)電側(cè)的新能源、火電，電網(wǎng)側(cè)的儲能容量規(guī)劃方法。
第一個，風(fēng)電+儲能容量規(guī)劃，對于大規(guī)模集成的儲能系統(tǒng)，以儲能和風(fēng)電是分別獨立采用交流中壓電網(wǎng)方案為例。我們通過收集當(dāng)?shù)氐臍v史風(fēng)場出力曲線，采用濾波方法，可以模擬出配置儲能之后風(fēng)儲聯(lián)合平滑出力的效果，可以給出不同的儲能配置容量和平滑效果之間的關(guān)系曲線。
下一個是光伏+儲能，采用同樣的方法可以對光伏儲能平滑效果進行定量的評估。
下一個是火電+儲能，左邊的圖是一個電型的火儲聯(lián)合調(diào)頻系統(tǒng)拓撲示意圖，目前大部分火儲聯(lián)合調(diào)頻項目是對原有火電廠的技術(shù)改造，儲能是接入廠用電系統(tǒng)，通過廠用電系統(tǒng)實現(xiàn)并網(wǎng)?；饍β?lián)合調(diào)頻有一個評價指標(biāo)叫KP，有三個分指標(biāo)：調(diào)節(jié)速度、響應(yīng)時間、調(diào)節(jié)精度。目前全國各省市的電力市場關(guān)于KP的計算方法略有差異，以甘肅省《電力輔助服務(wù)市場運營規(guī)則》計算公式為例，我們對甘肅某火電廠加裝儲能后調(diào)頻效果進行定量評估，發(fā)現(xiàn)在加裝之前KP值在0.5-1之間，加裝儲能之后調(diào)頻效果可以達到2-3，效果顯著提升。
這是我們總結(jié)的關(guān)于新能源儲能和火電儲能配置容量的結(jié)論。對于新能源+儲能，隨著波動率考核要求的提升，儲能的功率是逐漸提升的。關(guān)于儲能配置時長，一般在平滑新能源波動目標(biāo)下為約為1小時左右，如果需要削峰填谷、調(diào)峰能力，要具體結(jié)合當(dāng)?shù)氐呢摵汕闆r和新能源資源情況進行更精確的評估。關(guān)于火儲聯(lián)合調(diào)頻目前業(yè)界通常的配置方法是機組容量的3%，時間是按半小時考慮。比如對于兩臺60萬機組，配置的標(biāo)準儲能容量在18MW/9 MWh左右。
關(guān)于火儲聯(lián)合配置，我們有一些建議，配置的具體容量還是要具體結(jié)合火電廠歷史接收的AGC指令進行細化評估。當(dāng)條件允許時盡量采用1小時的，這樣電芯可以采用1C倍率的電芯，對電池的壽命有很大的幫助，能延長儲能系統(tǒng)壽命。
下面這幅圖是我們當(dāng)時收集甘肅某電廠的電網(wǎng)AGC指令，對它的指令功率區(qū)間進行分類統(tǒng)計，通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)圖可以評估出配置的儲能能夠覆蓋到的AGC指令范圍，有一個比較具體的了解。（見PPT）
這是解決電網(wǎng)調(diào)峰需求，采用基于電力系統(tǒng)生產(chǎn)模擬的方法，通過建立優(yōu)化約束條件，目標(biāo)是使整個區(qū)域電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)電成本最低，決策量包括發(fā)電機組啟停、發(fā)電功率、儲能需求等，通過建立雙層優(yōu)化的方法，能夠給出區(qū)域及電網(wǎng)儲能容量的規(guī)劃。這個圖是一個仿真圖（見PPT）。
另外一點，在我們做規(guī)劃時，儲能的壽命，各種廠商提出的電池循環(huán)次數(shù)是基于國標(biāo)的恒功率滿充滿放循環(huán)的指標(biāo)，但電池在實際運行中是充換電頻繁轉(zhuǎn)化，充換電深度不斷變化的。頻繁充換電下電池使用的壽命如何等效折算到基于國標(biāo)的標(biāo)稱循環(huán)壽命，我們采用了一定的算法優(yōu)化。根據(jù)前面得到的儲能容量配置曲線后，采用這種“雨流計數(shù)”方法可以把儲能的等效循環(huán)壽命測算出來，方便我們進行下一步測算整個儲能項目的項目投資收益。
第三部分，儲能電站運行控制仿真。
為什么要做這件事情，因為做這個仿真可以檢驗這個儲能容量的配置效果，還可以檢驗控系統(tǒng)制策略與控制效果，通過建立仿真模型可以模擬系統(tǒng)在故障狀態(tài)下的故障電流、電壓等，能夠指導(dǎo)儲能系統(tǒng)設(shè)備選型和方案設(shè)計。
這個仿真是以風(fēng)儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)為例，這是風(fēng)機及其控制系統(tǒng)、儲能及其空氣系統(tǒng)，通過模擬控制策略，最后可以得出仿真結(jié)果曲線。比如這兩幅圖就是風(fēng)儲聯(lián)合運行在平滑波動和跟蹤計劃下的兩個出力曲線圖，通過這個曲線圖可以分析出配置的容量到底合不合適。比如在風(fēng)速什么條件下儲能容量是不夠的，大概就可以得出比較準確的結(jié)論。
這是我們做的一個光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的仿真，可以通過控制儲能實現(xiàn)多種運行目標(biāo)的轉(zhuǎn)換，比如，剛開始時讓儲能跟蹤本地負荷，隨后等光伏啟動后我們讓儲能進行平滑出力。
第四部分，介紹一下西北院在儲能電站實際已經(jīng)實施的工程項目。
第一個是魯能海西州多能互補集成項目，這個項目是2018年12月份全部并網(wǎng)，由400MW風(fēng)電，200MW光伏，50MW/100MWh儲能和50MW/600MWh的光熱組成，這個項目是我國第一批多能互補示范項目。這個項目年發(fā)電量達到12.6億千瓦時，每年可以節(jié)約標(biāo)準煤約40萬噸。
這是這個項目的全景圖，中間發(fā)藍光的是多能互補協(xié)調(diào)控制中心，旁邊是330KV升壓站，再這旁邊是50MW/100MWh的儲能系統(tǒng)，遠側(cè)是光伏場，風(fēng)電廠離這里比較遠。
海西項目的儲能系統(tǒng)有50個1MW/2MWh儲能電池箱+25個儲能電壓箱組成，采用的是磷酸鐵鋰電池，電芯是1C倍率，壽命是6000次。
這個項目儲能的主要運行目標(biāo)是比較多的，因為它是一個多能互補項目，首先是平滑風(fēng)光出力，還可以削峰填谷，儲能還可以直接接受當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)調(diào)度，獨立參與電網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)頻，最后探索多種能源的協(xié)調(diào)互補控制方式。
第二個項目是我們目前在西藏做的項目，西藏猛獅崗巴縣光儲項目。這個項目的光伏裝機是40MW，儲能裝機是40MW/5h。
大家可能會問為什么這個項目儲能裝機和光伏裝機是一樣的。這跟西藏當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)結(jié)構(gòu)相關(guān)，在日喀則地區(qū)電網(wǎng)比較薄弱，火電機組比較少，主要是新能源，而且它的負荷也比較低。這個項目當(dāng)時立項之初的原則是白天光伏發(fā)電不上網(wǎng)，直接充到電池里，等到晚上其他的光伏場站沒有出力，電網(wǎng)用電高峰上來時把電池里的電放出去。根據(jù)西藏電力公司關(guān)于這個項目的測算，電網(wǎng)承諾晚上存在儲能里的電將被全部調(diào)出以緩解當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)晚間的調(diào)峰壓力，而且對儲能電價政策也有支持。這個項目目前正在緊張地安裝調(diào)試，預(yù)計今年10月份或者11月份就可以并網(wǎng)了。
西北院不光在電儲能領(lǐng)域，在光熱領(lǐng)域也具備很雄厚的設(shè)計和研究能力。圖片展示的是我們做的幾個標(biāo)志性的太陽能光熱發(fā)電項目。第一個是八達嶺太陽能光熱電站，這個項目同時也是國家863計劃科研項目、第二個是中控德令哈太陽能光熱電站，亞洲地區(qū)第一個商業(yè)運營太陽能光熱項目。第三個努奧三期太陽能光熱電站，在摩洛哥，是世界裝機容量最大的太陽能光熱項目。
最后總結(jié)一下，隨著國內(nèi)電網(wǎng)與電源結(jié)構(gòu)的深刻變化，以風(fēng)電、光伏為代表的新能源肯定未來的發(fā)展趨勢還是非常好的，儲能作為靈活可控的電源，它在未來的市場空間還是非常大的，我們西北院歡迎各位專家、同仁跟我們一起去開發(fā)儲能市場，把我們的儲能項目建設(shè)好，謝謝大家！
