中國儲能網(wǎng)訊：5月24日，由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦，200余家機構(gòu)共同支持的第十一屆中國國際儲能大會在杭州洲際酒店召開。此次大會主題是“堅守儲能安全底線，推動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展”。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)等不同領域的718家產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，1952位嘉賓參加了本屆大會，其中88家企業(yè)展示了儲能產(chǎn)品。
在5月25日下午的“ 儲能電站規(guī)劃與設計”專場，中國能源建設集團浙江省電力設計院有限公司設計總工程師斯林軍分享了主題報告《大型儲能電站設計案例和關鍵要素》。經(jīng)演講人本人授權(quán)同意，小編整理了演講速記，并將速記內(nèi)容分享如下：
斯林軍：我的匯報主要分四方面：儲能發(fā)展前景，儲能電站案例，儲能安全性問題，工程設計要點。
在“雙碳”宏偉目標確定以后，儲能將迎來一個大發(fā)展，未來能源的結(jié)構(gòu)肯定是不同于現(xiàn)在這種傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。國家現(xiàn)在新的能源戰(zhàn)略，就是構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。未來的能源結(jié)構(gòu)，我們覺得應該是潔能+儲能+智能“三能”結(jié)合的能源結(jié)構(gòu)。儲能是我們未來能源低碳化、清潔化、智能化的基礎，是能源變革和能源調(diào)整的關鍵要素，所以說儲能未來可期。
儲能在我們電力系統(tǒng)里的作用，是無處不在，現(xiàn)在也被喻為第五大要素。未來電力系統(tǒng)的特點是高比例、高彈性、數(shù)字化，儲能就相當于為我們的電力系統(tǒng)引入了一個時間、空間的要素，必將改變電能的生產(chǎn)、輸送和消費同步完成的傳統(tǒng)模式，能夠?qū)崿F(xiàn)對電能潮流的雙向流動，使我們電網(wǎng)更具有柔性，提高了能源的利用效率，所以它才會喻為電力系統(tǒng)的第五大要素。
這是我們歸納的儲能主要應用場景，主要是從電網(wǎng)側(cè)角度出發(fā)，所以有一些小的方面也沒有歸納，我們覺得總共可以有10個方面。儲能無論是電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)還是用戶側(cè)，歸根到底就是電網(wǎng)側(cè)，最終它就是為電網(wǎng)服務的。
第二部分，儲能電站案例。
我分三方面介紹一下我們做的儲能案例：第一個案例，用戶側(cè)。這個電站是2017年在江蘇設計的，5MW/40MWh，鉛炭電池系統(tǒng)，雙層集裝箱的設計，包括40個電池集裝箱，2個PCS集裝箱和1個集控箱。
第二個案例（電網(wǎng)側(cè)），是在青海格爾木做的美滿閔行儲能電站，它是國內(nèi)首個市場化運營電網(wǎng)側(cè)共享儲能電站。一期采用32MW/64MWh的磷酸鐵鋰電池，接受省調(diào)度和青海省大數(shù)據(jù)中心的撮合交易，通過共享方式為光伏企業(yè)提供調(diào)峰輔助服務，增加光伏消納和送出。對于儲能電站投資方來說，擁有一個比較穩(wěn)定的商業(yè)模式，每天都可以取得一定比例的分成，解決了回報的問題；對青海省電網(wǎng)來說，不需要出一分錢，通過它的湊合交易，反而是有一部分服務收入，就解決了原來最頭疼的消納和送出受阻的問題。
第三個案例，廣東紅海灣火儲聯(lián)合調(diào)頻儲能。兩臺660MW機組配套20MW/10MWh儲能系統(tǒng)，由10個儲能單元組成，采用一拖二形式接入廠用系統(tǒng)。儲能系統(tǒng)通過跟蹤AGC指令與機組出力，自動補償機組出力偏差，實現(xiàn)整體AGC快速、精確、調(diào)節(jié)，響應時間短，調(diào)節(jié)速率快，精度高。日中標里程達15000MW，交直交能量效率達到88%，所以說每天的收入還是非?？捎^的。
第四個案例，獨立集中式儲能。利用電廠退役機組場地、既有線路和設施，建設一座獨立電化學儲能電站，規(guī)模是100MW/200MWh。相當于負荷中心的“抽水蓄能”電站，通過參與發(fā)電輔助服務市場，主要為電網(wǎng)提供調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、備用和需求側(cè)響應等多種電力輔助服務。大家可能也知道，前兩天浙江省剛剛發(fā)布了一個征求意見稿，也是為第三方儲能打開了參與傳統(tǒng)發(fā)電輔助服務市場的一條道路。這個（獨立儲能）項目前期一直和能源局溝通，是一個（獨立儲能電站參與發(fā)電輔助服務市場）的敲門磚項目。另外，當時這個項目為什么設計是2小時的容量？額定2小時，真正裝機量（卻）達1.25倍，實實在在（要求）放出2小時電量。因為從浙江電網(wǎng)或者說從全國電網(wǎng)的典型日負荷曲線來說，午間2小時是最難過去的。特別是天氣好的時候，光伏更是大發(fā)，這時候整個電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力是非常差的。還有一個特別提出來的，作為直流故障的緊急頻率支撐。浙江省的外來電已達到了40%的份額，（發(fā)生）直流線路的單、雙級閉鎖故障，對整個電網(wǎng)的頻率緊急支撐是一個非常大的挑戰(zhàn)。
第三部分，儲能安全性問題。
隨著儲能成為我國的新能源戰(zhàn)略的重要部分，我們儲能的規(guī)模不會再像原來一樣小打小鬧，以后肯定是逐漸向百MW、GW級發(fā)展?，F(xiàn)在許多能源集團、上市企業(yè)以及其它一些國資都開始進入了儲能行業(yè)。從安全性來看，大家可能對這點也尤為關注。（看圖1）北京大紅門事件，火災中甚至發(fā)生了爆炸。（圖2）這是我們經(jīng)歷過的一個事故案例。事故后分析，起因并不是由電池引起的，而是調(diào)試的時候不小心正負極短路引起的火災事故。（圖3）這是一個調(diào)頻項目事故現(xiàn)場，由于電路設置不合理，接觸件老化引起短路，引發(fā)了事故。
從以上這些方面，我們可以看出鋰電池熱失控主要有三個因素：一是外部短路，二是外部高溫，三是內(nèi)部短路。從前面三個案例來說，基本上都是外部短路引起的事故，然后熱擴散引起內(nèi)部高溫，（導致）整個系統(tǒng)事故的擴大。事故其實是有一個過程的，首先是防爆膜破裂，再是電解液噴出，最后是燃燒。這（些）是都有過程的，所以前面說大紅門（爆炸）事件是毫無征兆發(fā)生的，我覺得是不可能的。所有事故都是由點到面，有一個過程。大多數(shù)電池火災首先是內(nèi)部短路引起的，熱量對相鄰的電池形成外部高溫環(huán)境，引發(fā)相鄰的熱失控，導致整個PACK的連鎖反應。我們也接觸過一些儲能事故，覺得許多儲能事故（起因），許多時候并不是電池不安全，而是由于設計（缺陷）或者整個系統(tǒng)的架構(gòu)不合理導致事故的擴大化。所以你說電池有沒有危險？電池是肯定有一定的危險。但是你說電池的危險和我們的天然氣、氫氣哪個危險程度更大？那肯定是天然氣或者氫氣的危險性更大。但是為什么大家都不怕天然氣或者氫氣的使用，覺得（日常使用）是正常的，都是可以接受的。那是因為它已擁有一系列標準，有完整的系統(tǒng)設計，它可以把危險控制在可控的范圍。我們的儲能（項目）風險有沒有？肯定有，但是我們只要把儲能的風險控制在設計（范圍）或者掌控范圍之內(nèi)，還是可以實現(xiàn)正常運行和建設。
第四部分，工程設計要點。
整個儲能電站的系統(tǒng)非常簡單，一個電池管理系統(tǒng)，再加上PCS（儲能變流系統(tǒng)），然后是變配電系統(tǒng)，再加上能量管理系統(tǒng)，輔助的消防和暖通。
從要點上來說，我們首先要選用安全的電池。從電池比較來說，現(xiàn)在各種路線都很多，現(xiàn)在基本上90%以上都用的鋰電池。在現(xiàn)有的技術、經(jīng)濟水平下，鋰電池還是我們一個不二的選擇。當然，也有其它選擇，只要應用場景合適，任何電池都是可以得到很好的應用。磷酸鐵鋰電池本身的結(jié)構(gòu)決定了它的穩(wěn)定性和安全性，所以現(xiàn)在磷酸鐵鋰在（儲能）電池技術里也是獨占鰲頭。
磷酸鐵鋰電池選型的要點，一是要符合標準，二是型式試驗檢測合格，三是相應的認證。比如說IEC、UN38.3等認證，都是可以作為電池選型里的比較標準。一個電站要安全，電池選型肯定要選好，因為在現(xiàn)在這種一味低價競爭的基礎上，買的人沒有賣的人精。如果是一味的低價，最后有可能你拿到的電池不一定是通過檢測的（合格）電池。
我們覺得除了電池選型以外，其他還要考慮一下電池在模組以及簇結(jié)構(gòu)設計上對防火性能的一些要求。首先，模組和PACK材料需要關注，應該采用耐火的材料。第二，模組和PACK之間應該留有（合理）間距，不能貼的太緊，這樣對熱管理非常不利。第三，我們要考慮導流和擾流問題。第四，電氣柜的設計應該要按照電氣柜絕緣和爬電距離（規(guī)范要求）設計。
我們覺得BMS十分重要，它是電池的保護神。BMS建議大家采用主動均衡策略。主動均衡以后，可以消除電池模組間的不一致性，提高電池循環(huán)次數(shù)和運行的安全性。主動均衡和被動均衡的BMS在價格上有10%-20%的差距，但是本身BMS（在整個系統(tǒng)中）占比很小，我覺得這點小錢還是要花的。
在常規(guī)三級架構(gòu)基礎上設置BMS數(shù)據(jù)管理后臺，保障數(shù)據(jù)的采樣精度、掃描周期和傳輸速率，充分挖掘BMS的檢測數(shù)據(jù)，完善BMS的保護功能。同時，在BMS設計上，應該設置溫度逐級報警和聯(lián)鎖保護。當溫度超過60度的時候，應聯(lián)鎖系統(tǒng)停機，當溫度持續(xù)升高，可能溫度上升速率達到一定值的時候，進一步判斷這個電池模組已經(jīng)熱失控，就可以提前預警，贏得處置時間，避免失控的擴大和蔓延。另外，BMS（系統(tǒng)本身）在設計和制造上一定要注意高安全性和高可靠性。
關于容量配置這塊，常規(guī)把一個應用場景分為用戶側(cè)、發(fā)電側(cè)和電網(wǎng)側(cè)，其實這都不重要，關鍵我們要看我們用的到底是0.5C，1C還是2C（充放倍率），這才是與電池使用環(huán)境密切相關的。對電池（裝機量）來說，我們所見并非所得。雖然我告訴你裝了100MWh，但是實際上放出來的電量遠遠不到了這個值。我們在電量計算的時候，要綜合考慮DOD、電池轉(zhuǎn)化效率、PCS轉(zhuǎn)換效率、升壓變流效率、線路損耗和站用電損耗等（因素），這樣才能避免電池運行在高于設定的倍率標準，確保設備的安全。
站房式儲能電站，首先要模塊化設置，提高建筑利用率，重點是合理布局、分割電池室和PCS室尺寸，它的難點在于建筑防火設計和消防設計。電池一般采用標準間設計，獨立分區(qū)，滿足防火分區(qū)的要求。PCS等變、升壓設備要相對集中布置，盡量毗鄰相應的電池室布置，以縮短電纜。電池室電纜應該考慮上出線和橋架方式。（同時）我們要充分考慮設備的檢修和運輸通道，結(jié)構(gòu)設計的時候要考慮靜荷載、均布的特點。
預制倉式儲能電站這塊，我就不多說了，大家要注意與附近的構(gòu)筑物保持（足夠）安全距離。
儲能系統(tǒng)電氣拓撲這塊，我們覺得儲能非常適合模塊化設計。從簇到單元到堆（模塊化設計），來保證電池運行的一致性，控制電池簇并聯(lián)數(shù)量。前面也提到了：為什么出現(xiàn)高壓級聯(lián)的方式，為什么出現(xiàn)模塊化PCS的方式，也就是因為這個問題（控制電池簇并聯(lián)數(shù)量）。
在直流保護這塊，我就不具體念了，大家注意看一下，大家要重視直流保護的設計。
消防這塊，除了常規(guī)的火災報警系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)，我們也在里面設計了一個二次水噴淋的系統(tǒng)。因為電池著火以后，人員難以靠近，所以建議在電池區(qū)域上方設置噴淋頭，手動接入外部水源，同時每個區(qū)域還要做好防水和排水的收集裝置。
這是我們在北京做的一個預制艙簇級防護設計。
暖通這塊，我就不具體進一步展開了，因為電池對暖通的設計要求是非常高的。
鋰電池非常嬌貴，可靠的熱管理設計是達到設計壽命的基本保障。暖通設計不僅僅在于環(huán)境溫度控制，還需要注意氣流組織的優(yōu)化和溫度場的均勻分布。
暖通除了空調(diào)環(huán)境以外，還有通風這塊，大家還要注意PCS、變壓器（通風設計），一定要注意冷熱風不能短路。另外，我們這個站房或者是集裝箱，一定要考慮火災以后關于事故后排風設計。在氣體消防和水冷卻系統(tǒng)動作后，防止氣體聚集導致爆炸。
以上是我的匯報，謝謝大家！
