中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：9月7—9日，由工業(yè)和信息化部節(jié)能與綜合利用司、國(guó)家能源局能源節(jié)約和科技裝備司、浙江省能源局聯(lián)合指導(dǎo)，中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合232余家機(jī)構(gòu)共同支持的第十二屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)在杭州洲際酒店召開。本次大會(huì)由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)、中國(guó)科學(xué)院電工研究所儲(chǔ)能技術(shù)組和中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)聯(lián)合承辦。
大會(huì)以"共創(chuàng)儲(chǔ)能新價(jià)值，共建市場(chǎng)新格局"為主題，聚焦新型儲(chǔ)能安全持續(xù)發(fā)展，針對(duì)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)等重點(diǎn)、熱點(diǎn)、難點(diǎn)問題展開充分探討，分享可持續(xù)政策機(jī)制、資本市場(chǎng)、新型儲(chǔ)能系統(tǒng)集成技術(shù)、供應(yīng)鏈體系、商業(yè)模式、標(biāo)準(zhǔn)、示范項(xiàng)目應(yīng)用案例、新產(chǎn)品以及解決方案的普及和深化應(yīng)用。
來自行業(yè)主管機(jī)構(gòu)、國(guó)內(nèi)外駐華機(jī)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(jī)構(gòu)等不同領(lǐng)域的913家產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，3317位嘉賓參加了本屆大會(huì)，其中154家企業(yè)展示了儲(chǔ)能產(chǎn)品，可謂盛裝出席，涵蓋系統(tǒng)集成、電芯、PCS、BMS、集裝箱、消防、檢測(cè)認(rèn)證等新型儲(chǔ)能全產(chǎn)業(yè)鏈。
大會(huì)組委會(huì)邀請(qǐng)國(guó)網(wǎng)冀北風(fēng)光儲(chǔ)輸新能源有限公司副總經(jīng)理兼總工程師劉漢民做《儲(chǔ)能電站安全性評(píng)價(jià)及測(cè)試的若干探索》主題報(bào)告。以下是發(fā)言主要內(nèi)容：
劉漢民：非常高興跟各位分享一下我們國(guó)網(wǎng)風(fēng)光儲(chǔ)輸電站這些年來取得的成果，包括我們最近做的一些創(chuàng)新探索。風(fēng)光儲(chǔ)輸電站算是電力儲(chǔ)能應(yīng)用的鼻祖，也見證了這些年儲(chǔ)能行業(yè)發(fā)展歷程，下面分享一下我們所做的一些工作。
介紹分三部分，第一部分整體介紹一下國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程。第二部分是有關(guān)儲(chǔ)能應(yīng)用技術(shù)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，第三部分是在儲(chǔ)能安全技術(shù)的研究。
第一部分示范工程建設(shè)背景
新能源基地和大規(guī)模送出加劇了系統(tǒng)穩(wěn)定性問題，導(dǎo)資源特性導(dǎo)致儲(chǔ)備容量不足。前邊的專家也介紹了這是容量型問題，但是從電力系統(tǒng)的角度來講，更加關(guān)心的是將來大型新能源基地，千萬(wàn)千瓦級(jí)的風(fēng)光基地送出的穩(wěn)定性，這是整個(gè)行業(yè)的關(guān)注點(diǎn)，也是我們現(xiàn)在探索的方向。
未來“雙高”形態(tài)電力系統(tǒng)的需求，或者未來電網(wǎng)對(duì)新能源的需求，就是要大量的快速響應(yīng)資源。就目前新能源場(chǎng)站和儲(chǔ)能系統(tǒng)來說，能起到一定作用但是規(guī)模還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。一方面新能源機(jī)組要提供一些穩(wěn)定支撐需求和具備高抗擾性能力，另一方面在場(chǎng)站層面，要提供調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓能力。
儲(chǔ)能本身具有靈活、快速的調(diào)節(jié)特性，是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要組成部分。同時(shí)作為電力系統(tǒng)中一個(gè)新興產(chǎn)物，經(jīng)歷了原材料、電池儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)、政策等因素帶來的波動(dòng)。拋開安全性和經(jīng)濟(jì)性來談儲(chǔ)能，在電源側(cè)、發(fā)電側(cè)，電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)都是一個(gè)非常優(yōu)質(zhì)的調(diào)節(jié)資源，無(wú)論國(guó)內(nèi)外，裝機(jī)規(guī)模在逐年增加。
國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程是2011年投運(yùn)，采用當(dāng)時(shí)最先進(jìn)大容量國(guó)產(chǎn)風(fēng)電機(jī)組，共建成10個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，總裝機(jī)規(guī)模500MW，光伏裝機(jī)規(guī)模100MW,儲(chǔ)能是70MW。國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程是儲(chǔ)能在新能源應(yīng)用領(lǐng)域第一個(gè)項(xiàng)目，也是當(dāng)時(shí)規(guī)模最大的風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合發(fā)電項(xiàng)目，是國(guó)網(wǎng)公司在新能源應(yīng)用大規(guī)模開發(fā)利用一個(gè)重要試驗(yàn)、示范基地。
儲(chǔ)能電池的選型是示范工程的重點(diǎn)，我們采用了中航鋰電、比亞迪、ATL、萬(wàn)向等知名企業(yè)的儲(chǔ)能系統(tǒng)。也率先應(yīng)用了儲(chǔ)能虛擬同步技術(shù)、退役動(dòng)力電池梯次利用技術(shù)?？?cè)萘窟_(dá)到了33MW/95.8MWh。目前，國(guó)內(nèi)運(yùn)行10年以上的項(xiàng)目并不多，在電力儲(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域具有一定的代表性。
作為國(guó)家級(jí)示范工程，我們也聚焦未來電力系統(tǒng)的發(fā)展新形態(tài)，逐步在構(gòu)建“雙高”實(shí)驗(yàn)電網(wǎng)環(huán)境，通過儲(chǔ)能、風(fēng)機(jī)、光伏，旋轉(zhuǎn)電源、可調(diào)節(jié)負(fù)載系統(tǒng)以及待測(cè)的設(shè)備的進(jìn)行組網(wǎng)運(yùn)行試驗(yàn)。我們對(duì)未來電網(wǎng)形態(tài)做了一個(gè)“中試”。起步是在35kV和220kV等級(jí)上，立足于新技術(shù)試驗(yàn)驗(yàn)證、電網(wǎng)穩(wěn)定性研究，開展新能源裝備的輸入特性調(diào)整對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性影響的關(guān)聯(lián)試驗(yàn)研究。
第二部分介紹風(fēng)光儲(chǔ)在儲(chǔ)能應(yīng)用技術(shù)與試驗(yàn)實(shí)證所做的工作
國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程的儲(chǔ)能系統(tǒng)是通過多類型、大容量、集成并聯(lián)技術(shù)，在十年前實(shí)現(xiàn)33MW這一規(guī)模。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，在儲(chǔ)能集成應(yīng)用上面已經(jīng)非常科學(xué)和先進(jìn)了，各方面指標(biāo)都有質(zhì)的提升。
這是虛擬同步發(fā)電機(jī)工程，主要是在新能源大量輸出的時(shí)候，為應(yīng)對(duì)系統(tǒng)慣量和能源缺失，做到了改善新能源場(chǎng)站的出力特性。風(fēng)機(jī)單機(jī)、光伏單機(jī)、儲(chǔ)能的整站調(diào)節(jié)，是我們研究的重點(diǎn)的研究方向。我們搭建完成了10MW*0.33h的儲(chǔ)能系統(tǒng)開展相應(yīng)的研究。
這是兩臺(tái)5MW*20分鐘電壓源型儲(chǔ)能虛擬同步發(fā)電機(jī)的曲線，當(dāng)電網(wǎng)頻率變化、電壓變化的時(shí)候，通過動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)輸出，給電網(wǎng)一個(gè)比較靈活的支撐，通過有功控制、無(wú)功控制、電流內(nèi)環(huán)控制調(diào)節(jié)，從性能和響應(yīng)效果來講遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)的火電和水電。從性能的角度來講，儲(chǔ)能是一個(gè)非常優(yōu)質(zhì)的可調(diào)節(jié)能源。
風(fēng)光儲(chǔ)輸電站也開展了退役動(dòng)力電池梯次利用技術(shù)研究和示范運(yùn)行。北京“4.16”儲(chǔ)能電站火災(zāi)事故后，政策上從最開始的禁止梯次利用儲(chǔ)能電站到不宜建設(shè)梯次利用儲(chǔ)能系統(tǒng)，目前，整個(gè)行業(yè)表現(xiàn)出比較強(qiáng)的擔(dān)憂。自2017年、2018年我們就開始做這方面的實(shí)驗(yàn)，總體上來講，結(jié)論上是梯次利用可以做，而且相應(yīng)的安全性也不是我們想象的那么差，但是前期投資和運(yùn)行成本高，壽命周期內(nèi)經(jīng)濟(jì)性未必就比新電池要好。站在社會(huì)效益的角度來講。隨著將來電動(dòng)汽車或者大量的電池，包括儲(chǔ)能電站本身也會(huì)退役大量電池，這部分電池還是有價(jià)值的，怎么用還需要我們進(jìn)一步研究。
這是我們做的幾套梯次利用動(dòng)力電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，用下來還可以的，但是也有一些問題，總體來說，目前梯次利用還是發(fā)展的比較慢。
在我們通過儲(chǔ)能構(gòu)建的真實(shí)電網(wǎng)環(huán)境，逐步構(gòu)建到了220kV，2018年也做到了500kV級(jí)，成功實(shí)現(xiàn)了電壓穿越和頻率試驗(yàn)，在應(yīng)對(duì)電網(wǎng)的暫態(tài)的電壓、頻率事件測(cè)試中，儲(chǔ)能的響應(yīng)是非常好的。
這是新能源+儲(chǔ)能+調(diào)相機(jī)測(cè)試試驗(yàn)，這是我們現(xiàn)在做的新一代儲(chǔ)能系統(tǒng)的試驗(yàn)示范，有移動(dòng)電源儲(chǔ)能車，第三代全釩液流。目前我們?cè)谧鰷y(cè)試的第三代全釩液流，效率還是可以的，可以達(dá)到70%或者往上。
第三部分是儲(chǔ)能安全技術(shù)研究
我們從運(yùn)行角度做的儲(chǔ)能安全性試驗(yàn)，風(fēng)光儲(chǔ)的儲(chǔ)能電站歷經(jīng)10年運(yùn)行，很多電池實(shí)際上已經(jīng)進(jìn)入了電池壽命的末端，在安全上面臨非常大的考驗(yàn)。去年“4.16”火災(zāi)事故后，我也面臨著一個(gè)能安全的評(píng)價(jià)問題，就是我們電池，不管是新的還是舊的，有多大風(fēng)險(xiǎn)，這個(gè)熱失控的過程是怎樣的，我們?cè)鯓臃雷o(hù)，帶著這些問題開展了安全試驗(yàn)。
通過和應(yīng)急部包括中電聯(lián)做了反復(fù)論證，共同搭建了一個(gè)鋰電池安全試驗(yàn)平臺(tái)，這是我們做的電池?zé)崾Э卦囼?yàn)，從電池簇、儲(chǔ)能系統(tǒng)的角度上，探索安全的管控的底線。很多研究機(jī)構(gòu)聚焦于預(yù)防技術(shù)研究，但是在電池簇或者電池系統(tǒng)發(fā)生熱失控后，我們對(duì)其產(chǎn)生什么樣的后果要有清楚的認(rèn)識(shí)，站在安全的角度開展此次試驗(yàn)。
這是我們做的實(shí)驗(yàn)裝置，下面是集裝箱，里面整個(gè)結(jié)構(gòu)，有紅外的、電壓的、溫度的，包括探視窗、線纜孔等等東西，這個(gè)電池是我們實(shí)際運(yùn)行的，有一大堆電池箱，這一塊也是做的接近實(shí)際的實(shí)驗(yàn)。
這是搭建的集裝箱實(shí)驗(yàn)的內(nèi)部照片，試驗(yàn)對(duì)象有磷酸鐵鋰電池也有三元的，做了大概四五十次實(shí)驗(yàn)，記錄了電池的電壓變化、氣體含量的變化、氣體含量示意圖，產(chǎn)生的氣體是氫氣、一氧化碳、乙醇、二氧化碳，里面一般氫氣和一氧化碳比較多，而且整個(gè)過程中，如果集裝箱密封性比較好，它是陰燃的過程。如果密封性不是很強(qiáng)或者是開放性的，是像點(diǎn)鞭炮一樣，一個(gè)一個(gè)點(diǎn)的過程。
這是我們截取了一段試驗(yàn)視頻。4.16完了以后，大家認(rèn)為是外部出了問題之后，可燃?xì)怏w或者是可燃物質(zhì)在爆炸的房間里面做了積累，遇火花發(fā)生爆燃。這是我們的模塊試驗(yàn)場(chǎng)景，這里面實(shí)際上只有兩節(jié)電池發(fā)生了熱失控。這個(gè)東西我們也計(jì)算過，一節(jié)電池如果過充，它的能量是巨大的。
這是三元電池?zé)崾Э卦囼?yàn)，三元電池的熱失控過程溫度是比較高的，一般在1000度左右，磷酸鐵鋰在四五百度。三元電池的危險(xiǎn)性還是比較強(qiáng)的。逐步從一節(jié)電芯擴(kuò)散至整個(gè)系統(tǒng)。對(duì)于三元電池發(fā)生熱失控后，即使有一節(jié)發(fā)生問題，運(yùn)行人員是必須要撤離的。即便消防介質(zhì)接入，如果不降溫是沒有效果的。（視頻）
對(duì)于系統(tǒng)級(jí)或者單個(gè)集裝箱熱失控我們也開展了模擬試驗(yàn)，預(yù)制了四個(gè)水冷、防爆攝像頭。通過模擬過充的方式觸發(fā)單個(gè)模組的熱失控，逐步擴(kuò)散到整個(gè)系統(tǒng)，從最開始的單個(gè)系統(tǒng)噴閥到整個(gè)集裝箱內(nèi)布滿噴閥氣體，過程是迅速的，在電火花的加持下，很快會(huì)有一個(gè)爆轟的過程，且威力巨大。（視頻）
磷酸鐵鋰的溫度變化和三元的溫度變化是不一樣的，三元電池只要熱失控開始就是一千度，磷酸鐵鋰早起是四五百度，熱蔓延的速率也是不一樣的。
結(jié)論，運(yùn)行安全角度來說，電池產(chǎn)熱率是指數(shù)變化，散熱率是線性變化。并聯(lián)結(jié)構(gòu)會(huì)加劇劇烈程度，三元會(huì)更猛一點(diǎn)。儲(chǔ)能系統(tǒng)的過充更加危險(xiǎn)，作用對(duì)象可能是一個(gè)串或者一個(gè)簇。如果磷酸鐵鋰單體熱失控，其危害程度要小很多。從運(yùn)行來講，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)熱失控發(fā)展和蔓延過程是有一定時(shí)間的，這個(gè)過程一定要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和保護(hù)。電壓保護(hù)、溫度保護(hù)、氣體保護(hù)，但是每一項(xiàng)都有它的缺陷。把每一項(xiàng)加在一起，可能對(duì)我們將來的安全運(yùn)行更有幫助一些。
我的分享完畢，謝謝大家！
