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25日下午的“儲能電站建設(shè)與運維 ”專場，中國電力科學(xué)研究院有限公司主任助理李官軍分享了主題報告《中高壓大容量儲能技術(shù)研究》。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：
李官軍：大家下午好！我今天主要匯報一下，我們這個項目的課題也是基于國網(wǎng)的一個儲能項目，但我們做出來可能也有一些不同的感受。
這是我們的一些業(yè)務(wù)方向，綜合能源、關(guān)鍵裝備研發(fā)、移動式儲能及方艙，運維管控及綜合評價技術(shù)、總部技術(shù)服務(wù)。右邊是我們這幾年，大概2008年到現(xiàn)在，做了一些案例，第一個就是我們做了首臺2兆瓦，當時設(shè)計是4500米海拔一套電網(wǎng)裝置，還有一套是電源的裝置。另外一套是移動儲能這一塊，現(xiàn)在在江蘇整個地市都在全面推這個產(chǎn)品。下面是包括我們做了大型的抽蓄，這也是發(fā)展比較快的，當時在2008年到2011年一直在做這個大型抽蓄電站。最后就是我們今天要介紹的，從2016年到現(xiàn)在，研發(fā)是從2019到2020年，大概一年多，我們做了一個儲能項目。
今天介紹的主要有五個方面：大容量規(guī)?；瘍δ芙ㄔO(shè)背景；低壓、高壓儲能系統(tǒng)拓撲方案；中高壓直掛式儲能設(shè)計與控制技術(shù)；中壓直掛式儲能示范工程；中高壓直掛儲能技術(shù)展望。
總體整個儲能都是基于高比例的銷量和能源互聯(lián)網(wǎng)的概念，儲能是一個非常核心的技術(shù)，包括新基建，都可以看得出來，包括5G、新能源、充電樁，還有大數(shù)據(jù)，這些領(lǐng)域以后用電都有極大的增長，包括對整個供電系統(tǒng)的可靠性，還有電力質(zhì)量，都會有新的挑戰(zhàn)和發(fā)展。在這中間我相信儲能在這里面是一個至關(guān)重要的技術(shù)。
另外我們?yōu)槭裁匆龈吖β?，大容量，從現(xiàn)在不管企業(yè)還是國家出臺的政策，包括現(xiàn)在整個儲能，大家看到那么多工程，功率容量越來越大，都是一個趨勢。
另外從電網(wǎng)各種環(huán)節(jié)來看，不僅是從發(fā)電，發(fā)電都能看到儲能的身影，包括配電、用電等都有各種各樣的身影。從整體來看，以后隨著新能源，大量的弱穩(wěn)定性電源占比逐漸增大，隨著時間推移，對整個電源結(jié)構(gòu)都有很大的變化。面對電網(wǎng)的穩(wěn)定性，首先新能源大規(guī)模的接入，會給我們帶來極大的挑戰(zhàn)，因此可以看出來，我們電網(wǎng)對儲能的需求肯定越來越大，隨著儲能的加入，就會對電網(wǎng)的運行方式，會由實時的平衡轉(zhuǎn)向電量的平衡，因為儲能的大量接入，電網(wǎng)的可控性和穩(wěn)定性會更強。
首先提到高功率大容量，首先就是現(xiàn)在的抽蓄平臺，還有就是電化學(xué)儲能。這是我們在年初做的項目，這是2010年投入的一個大型抽蓄電站的兩個項目，這兩個項目我都參加了。
今天重點談一下并聯(lián)的方式和串聯(lián)的方式，串聯(lián)的方式原來研究當時是按照35千伏的標準去做的，但是后來由于示范工程，落成了10KV，整個技術(shù)路線都探索過的。
我們現(xiàn)在看到的是低壓并聯(lián)技術(shù)。我們認為低壓發(fā)展，為什么現(xiàn)在發(fā)展得相對多，很多技術(shù)是源自對以前光伏積累的經(jīng)驗，整個結(jié)構(gòu)，包括擴容性、控制，包括冗余度，低壓都有很多的優(yōu)勢。但是低壓也有缺點，從儲能來說，儲能是一充一放，所以效率就肯定是至關(guān)重要的東西。首先儲能主要有幾個環(huán)節(jié)，一個是電池本身的，包括串并聯(lián)關(guān)系，另外就是轉(zhuǎn)換裝置，還有就是線路上，包括變壓器，這幾塊的綜合損耗。另外從電網(wǎng)的需求來看，我們儲能希望越簡單越好，能又快又好地響應(yīng)我的曲線，這就帶來大量的并聯(lián)，就存在很多環(huán)節(jié)，在應(yīng)急情況下，它的功率響應(yīng)一致性，并聯(lián)越來越多，響應(yīng)一致性差一些，我們同樣做中高壓的大容量，一臺設(shè)備做10兆甚至更大，相當于我們低壓能做到接近20臺的功率效果。所以對比低壓并聯(lián)匯集升壓技術(shù)，中壓直掛式儲能技術(shù)對電網(wǎng)調(diào)度指令整體整體響應(yīng)，調(diào)度指令響應(yīng)速度快、響應(yīng)一致性更好；由于黑啟動過程中，低壓側(cè)多機并聯(lián)技術(shù)難以保證信號的同時響應(yīng)，容易出現(xiàn)功率震蕩，甚至導(dǎo)致黑啟動失敗。
最右邊就是直掛式儲能的特點，我們以后最安全，達到對每個電池的信息監(jiān)測，包括電壓、溫度等信息，包括電流，我們都做到全狀態(tài)的監(jiān)測，是最有利于后面做運維、安全預(yù)警等技術(shù)的儲備。
總體上，我們直掛式儲能，一個是效率的提升，效率的提升最后是很重要的，現(xiàn)在大家為了零點幾要經(jīng)過大量的優(yōu)化，才能做到一小點的提升。另外對電網(wǎng)質(zhì)量這一塊，包括響應(yīng)速度，另外單機，單機容量可達數(shù)10MW，響應(yīng)一致性較好。
我們在整個項目中，針對直掛式儲能，我們做了以下問題的探討和研究，第一個就是解決整個系統(tǒng)的絕緣問題，既要考慮電池系統(tǒng)絕緣，又要考慮空間利用率，目的還是減少占地，因為地的資源，現(xiàn)在很多在電網(wǎng)側(cè)都越用越少，地都是很寶貴的資源。第二個是能量均衡，主要的目的就是提高整個系統(tǒng)的容量利用率，然后減少投資，這是一個非常關(guān)鍵的，在低壓和中高壓，不同的利用率，對整個系統(tǒng)的資產(chǎn)優(yōu)化配置是一個很重要的因素。另外就是站在用戶角度來說，怎么樣提高系統(tǒng)的冗余功能，也是涉及到可用率、減少故障停機概率的重要因素。再就是冗余功能，如何實現(xiàn)子模塊快速投切及在線運維技術(shù)，提升系統(tǒng)可用率、減小故障停機概率。第四就是熱涉及時候，如何實現(xiàn)電池簇的排布及溫度場一致性設(shè)計，延長系統(tǒng)電池壽命、提高投資回報率。第五是還有全景分析。
儲能電池選型，針對中壓直掛式儲能系統(tǒng)參與主動支撐電網(wǎng)頻率響應(yīng)場景的要求，結(jié)合當前儲能技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用水平，中壓直掛式儲能系統(tǒng)可選擇的儲能裝置主要有以下四種：鉛炭電池、超級電容器、鋰離子超級電容器、鐵鋰電池。
這是10kV/2MW直掛式儲能系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，它的整體設(shè)計的架構(gòu)圖，每個集裝箱做了13列，整個10530節(jié)電池。
這是一個消防設(shè)計。
這是冗余功率模塊設(shè)計，各相配置1個冗余模塊作為直掛式儲能系統(tǒng)冗余技術(shù)展示，冗余技術(shù)優(yōu)勢：可在線投切，提升直掛式儲能系統(tǒng)功率模塊故障耐受度，無需停機檢修可繼續(xù)運行；展示鏈節(jié)設(shè)計機械搖車及行程開關(guān)，實現(xiàn)功率模塊安全可靠的退出高壓環(huán)境，易于運維。
這是針對直掛式儲能當時做了一套EMS系統(tǒng)，這是EMS的界面。
這是測試效果，因為我們直掛式儲能的評價都是強調(diào)一致，我們不僅溫度差一致，所有單體電芯一致，SOC一致，都講究一致，越一致，不僅是壽命，包括容量利用率都是非常關(guān)鍵的指標，包括溫差、電流、SOC，都是一致性的評價。
這是我們當時做了一個設(shè)計或?qū)嶒灲Y(jié)果，對整個風(fēng)化和熱能的設(shè)計，下面是實際運行結(jié)果，標準集裝箱，里面一個箱里面三千多節(jié)電池，它的溫差大概在不到10度，溫差控制在3度，整個系統(tǒng)的溫度差控制在3度左右。這是簇間SOC一致性控制在3%以內(nèi)，有效保證系統(tǒng)容量充分利用。
這是針對電網(wǎng)的負重做了一個曲線，當電網(wǎng)的電壓或者頻率變化的時候，PCS怎么做支撐的功能。
這是冗余功能的展示，冗余也是做了兩種方式，也是測試了，一種方式是整個速度10毫秒，故障的切除和系統(tǒng)的再起都是10毫秒完成。另外一種我們也做了，大概90毫秒左右，不同的場所用不同的方案配置。
這是循環(huán)效率的測試，整個系統(tǒng)按照系統(tǒng)效率大概90%以上。
我們對高壓和低壓也進行了比較，從轉(zhuǎn)化效率、動態(tài)響應(yīng)、電能質(zhì)量，整個系統(tǒng)大概是高了兩個點。動態(tài)響應(yīng)差別就很大了，右邊是統(tǒng)計到現(xiàn)在主流的效率，包括動態(tài)響應(yīng)，去測了一下，這塊在動態(tài)響應(yīng)確實高很多。我覺得后面我們做到1毫秒以內(nèi)都沒有問題。
總結(jié)一下，整個系統(tǒng)項目在執(zhí)行了三年多，第一個我們解決了高功率的直掛式儲能電站的安全性：雙重消防系統(tǒng)、安全通道柜式隔離、電池單元全狀態(tài)檢測；第二個是高可靠性：冗余鏈節(jié)設(shè)計、具備在線維護功能；第三是高轉(zhuǎn)換效率：無升壓變壓器直連電網(wǎng)、小電流運行降低系統(tǒng)損耗，系統(tǒng)效率高1.5-2%；第四快速動態(tài)響應(yīng)：等效開關(guān)頻率高、電能質(zhì)量高，2ms以內(nèi)全功率轉(zhuǎn)換；第五，主動支撐電網(wǎng)：頻率動態(tài)支撐、電網(wǎng)動態(tài)支撐；最后一個是高容量利用率：三級能量在線均衡，系統(tǒng)容量利用率90%，這個和電池倍率有關(guān)；為后期繼續(xù)在標準體系建設(shè)、系統(tǒng)安全性、一致性評估、壽命預(yù)測、成本控制、運維技術(shù)、黑啟動等方面的提升工作奠定堅實基礎(chǔ)。中壓直掛式儲能技術(shù)路線具有廣闊的應(yīng)用前景。
最后一部分簡單對直掛式路線的展望，剛才說了，一個是電壓的邊界，剛才也提到35千伏，到底還能做多高，另外的應(yīng)用場景，結(jié)合現(xiàn)在的技術(shù)發(fā)展。
首先能做到多大容量，我們現(xiàn)在做了一下，因為我們現(xiàn)在做了5兆瓦、10兆瓦，單體電芯按照280安時去做的。
另外就是關(guān)于電壓，是否還能做更高等級，在35kV及其以上電壓等級直掛式儲能不宜采用標準化集裝箱集成方案。
這是我們當時在江蘇做了一個35KV，采用標準的集裝箱，大概做到低壓的40%的樣子，這是很大的問題。直掛式儲能系統(tǒng)初期建設(shè)目標是為在青海等高海拔地區(qū)，提升新能源消納能力，示范應(yīng)用擬落在格爾木白楊35kV變電站。
最后簡單展望一下，未來電網(wǎng)將是交直共存、多電壓等級、多能源接入的源-網(wǎng)-荷-儲的能源互聯(lián)網(wǎng)；第二個，儲能將會集中式和分布式相結(jié)合、多類型、多時間尺度的梯次配置在電網(wǎng)發(fā)-輸-配-用各環(huán)節(jié)，使電網(wǎng)對弱穩(wěn)定性電源的消納能力更加強大、網(wǎng)架關(guān)鍵節(jié)點的穩(wěn)定性更加可控，源、網(wǎng)、荷的互動能力和手段得到極大提升；第三，中高壓直掛式儲能進一步強化高動態(tài)性能、高效率、高利用率、長壽命等技術(shù)特點，加強在安全評估、運維體系、標準建設(shè)方面不斷完善、突破。在電網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用前景十分廣闊。
謝謝大家！
