中國儲能網(wǎng)訊：5月19日，“第八屆中國國際儲能大會”在深圳隆重召開， 來自中國、美國、德國、英國、加拿大、西班牙、日本、韓國、澳大利亞等國和地區(qū)1500余位政府機構(gòu)、科研院所、行業(yè)組織、電力公司、新能源項目單位、系統(tǒng)集成商等代表出席本次大會。
北控清潔能源有限公司執(zhí)行董事、執(zhí)行總裁王野出席大會開幕式，并以“大規(guī)模儲能電站的技術(shù)探討”為題發(fā)表主題演講。
演講內(nèi)容如下：
王野：今天我想以西藏羊易20MWH儲能電站案例分析來進行探討。
儲能是可再生能源大比例使用的關(guān)鍵性的支撐技術(shù)，也是一個可再生能源替代傳統(tǒng)能源的剛需。怎么進入呢？怎么能大規(guī)模使用我們的儲能技術(shù)呢？這里面應該是以一個高效率、低成本的儲能技術(shù)才能大規(guī)模的使用。像當年的光伏電站一樣，2009年進入這個行業(yè)，光伏電站的造價是每W20、21元，它的電池是13元每W，可是到今天，我們的電池已經(jīng)到3元以下，系統(tǒng)集成的造價都只有5-6塊錢每W。我看著光伏這幾年的變化，因為我們一直做光伏產(chǎn)業(yè)，為了自己解決光伏電站的風電發(fā)電的這種波動性問題，我們公司在2013年、2014年、2015年一直進行儲能的研究，我們想自己解決可再生能源的波動性問題?？稍偕茉匆沧兂砂踩煽俊⒌统杀镜碾娫?，這是我們一直追尋的目標。我現(xiàn)在就羊易20MWH儲能電站的案例分析探討儲能電站有什么問題要解決，怎么建成高效、低成本的儲能系統(tǒng)。
能源革命儲能微電網(wǎng)，這是我們將來說能源革命之終極目標和能源替代的終極目標能源架構(gòu)體系，這一天我們都希望能見到，就是全世界100%能源來自光伏、風電、氫能燃料等可再生能源。這是我們做的傳統(tǒng)能源和集中式新能源的儲能供電模式的步驟，首先我們原來的能源是大規(guī)模、集中式、長距離的化石燃料為主的供電模式，這個是高損耗，其實我們的長距離的跨越省的供電的高壓電網(wǎng)的能耗損耗是很高的?，F(xiàn)在往分布式供電模式在走，分布式最重要的問題是波動性，高比例的使用可再生能源、使用分布式，肯定給電網(wǎng)造成很大的可靠性危害，我們用分布式加儲能，用多能互補+微電網(wǎng)，當實現(xiàn)新能源+儲能度電成本低于傳統(tǒng)化石能源的度電成本，微電網(wǎng)群和集中式新能源+儲能的形式將爆發(fā)式增長。你不要老說綠色、干凈，最后還是要講究成本，你什么時候做到這點。而作為能源革命或者能源替代的關(guān)鍵技術(shù)，微電網(wǎng)及微電網(wǎng)群的控制，EMS系統(tǒng)、BMS、PCS系統(tǒng)是能源革命是否成功的關(guān)鍵。實際上就是儲能系統(tǒng)集成技術(shù)，你怎么做到高效率、低成本。
我現(xiàn)在簡單介紹一下北控清潔能源的項目，在西藏嘉天羊易20MWH儲能電站，這個電站把大規(guī)模儲能電站需要解決的問題和我們正在解決，還沒有解決的問題給大家報告一下。
西藏嘉天羊易光伏電站位于海拔4700米的拉薩市，儲能系統(tǒng)是一套4.5MW/20.7MWH磷酸鐵鋰和鉛炭電池的混合系統(tǒng)，該系統(tǒng)可為電網(wǎng)提供調(diào)峰、一次調(diào)頻、二次調(diào)頻和AVC調(diào)節(jié)等多項功能。這個項目可以進行調(diào)峰，還可以進行調(diào)頻和調(diào)相的多項功能的組合體。這個系統(tǒng)是按“無人值班、少值職守”的運行功能設計，我們現(xiàn)在采用全智能的控制，可以自動實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制和能量管理，儲能系統(tǒng)配備能量管理系統(tǒng)，這個系統(tǒng)在北京可以進行調(diào)控。實際上我們在西藏項目的調(diào)試過程中，只要我們的網(wǎng)絡是通的，整個調(diào)試，除了現(xiàn)場，大部分是在北京進行調(diào)試的，而且在運行中很多策略的改變也是可以在北京實現(xiàn)的。拿一個電腦可以坐在這個會議室實現(xiàn)調(diào)節(jié)。主要功能包括控制羊易光儲系統(tǒng)的自動運行，實現(xiàn)系統(tǒng)主要指標的要求。我們可以實現(xiàn)就地和遠方遙控兩種方式。與光伏電站SCADA，含通信、執(zhí)行網(wǎng)調(diào)的調(diào)節(jié)指令在里面。提供及時的預警信息和故障報警信息以及儲能設備的實時狀態(tài)信息，為光儲互補系統(tǒng)安全運行提供保障，而且提供網(wǎng)調(diào)的其他輔助服務。這是它的整個通信系統(tǒng)方案。
我們有以下四點技術(shù)優(yōu)勢：1、系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，儲能系統(tǒng)自運行以來每天電網(wǎng)穩(wěn)定提供大約1.5萬度電，有時候因為天氣情況和其他情況，也有一些變化波動，但是這個是每天24小時之前給電網(wǎng)把我們運行的曲線告訴它了，所以電網(wǎng)這點還是非常滿意的。2、系統(tǒng)運行效率很高，儲能系統(tǒng)在35KV側(cè)運行效率是85%。我覺得這個還是很難做到的。3、系統(tǒng)響應速度很快。儲能系統(tǒng)的響應速度是100毫秒以內(nèi)，我要進行調(diào)頻、調(diào)相，響應速度是100毫秒之內(nèi)的。4、多臺儲能變流器并列技術(shù)，18臺儲能變流器并聯(lián)、并網(wǎng)穩(wěn)定運行，是目前世界上最多儲能變流器并聯(lián)運行的項目。這是根據(jù)當時的系統(tǒng)運行情況，我們可以靈活變化。而且調(diào)節(jié)精度可以達到99.5%。
頂層設計，大規(guī)模儲能系統(tǒng)有不同的應用場景和商業(yè)模式，有的儲能系統(tǒng)是單一電網(wǎng)調(diào)峰，有的儲能系統(tǒng)是調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓等多重應用場景的結(jié)合，根據(jù)不同的項目，大規(guī)模儲能系統(tǒng)的功率配置和電池配置和選型是完全不同的。羊易電站用一部分鋰電池，也用一部分鉛炭電池，頂層設計的目標函數(shù)除了可靠、安全的運行以外，我還要系統(tǒng)的經(jīng)濟性，要做到最優(yōu)。約束條件是調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓能力和系統(tǒng)其他要實現(xiàn)的功能，在頂層設計的時候，我們首先要目標定下來，目標是低，系統(tǒng)安全可靠運行，系統(tǒng)要有經(jīng)濟性及如果沒有經(jīng)濟性，這個儲能系統(tǒng)到哪里都不可能長久，不可能老是指望什么補貼這些東西替代。在這種情況下，儲能功率配置要看兩點，光伏系統(tǒng)容量和儲能容量的配比。儲能還有Pack成組的問題，要看充放電電流的大小和BMS均衡電流的大小。儲能容量的配制要考慮調(diào)峰容量的需求，一二次調(diào)頻所需要的時間和容量。在整個閉環(huán)流程中，我們不斷的進行調(diào)試，我們首先從BMS開始。
羊易電站的項目采用鋰電池+鉛炭的方式實現(xiàn)，系統(tǒng)的調(diào)頻和調(diào)峰的功能，鋰電池系統(tǒng)主要是參與系統(tǒng)一二次調(diào)頻，鉛炭系統(tǒng)參與電池調(diào)峰，降低系統(tǒng)的造價，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性。儲能系統(tǒng)在V/F源和PQ源同時并網(wǎng)運行，根據(jù)調(diào)頻、調(diào)峰的需求以及各自儲能系統(tǒng)SOC的狀態(tài)，EMS系統(tǒng)下發(fā)指令快速切換每個儲能系統(tǒng)的工作模式，我們在線自動切換我們的PCS工作模式，達到整個系統(tǒng)既能調(diào)峰，又可以在電網(wǎng)需要的時候參與電網(wǎng)的一次和二次調(diào)頻。這是需要有一個平衡的。大家可以看下面的圖，它的通訊，鋰電池系統(tǒng)參加調(diào)頻功能的時候，它直接就下來了。它是根據(jù)下去的曲線直接下來，鉛炭電池過來的時候，要經(jīng)過EMS控制，鋰電池會用1C、2C的沖放，鉛炭電池只可以用0.2，參加調(diào)頻的時候鉛炭電池要轉(zhuǎn)化為V/F源，否則跟不上。這是頂層設計的時候我們考慮了很多的問題。
根據(jù)儲能系統(tǒng)的頂層規(guī)劃，儲能系統(tǒng)集成需要從最低端的電芯的選型到儲能系統(tǒng)配置，包括BMS分時均衡的電池個數(shù)、均衡電流大小、集裝箱內(nèi)部熱管理系統(tǒng)、PCS工作模式、PCS底端控制邏輯及上層EMS控制策略制定等，進行全方位的把控。一個儲能系統(tǒng)，做系統(tǒng)集成的時候，不能偏向某個地方，要從BMS到EMS，由下而上的進行控制策略的設計。羊易電站的Pack設計和集裝箱內(nèi)部管理，使儲能系統(tǒng)在最大的充放電背景下，Pack內(nèi)部電芯最大溫度差不超過1度，集裝箱內(nèi)部散熱系統(tǒng)設計確保電芯在集裝箱內(nèi)最大溫度均衡在2度以內(nèi)。確保儲能系統(tǒng)運行的一致性。儲能系統(tǒng)最大的問題是什么？我們原來做汽車的時候，汽車的電芯幾十顆、幾百顆，大規(guī)模的儲能系統(tǒng)電芯系統(tǒng)是以萬為計，儲能系統(tǒng)效率最大的問題是一致性問題。一個是出廠的一致性，一個是運行一段時間的一致性。這是非常難做的。在運行過程中，電流充放不平衡會引起一致性的變化，這是我們在線要進行均衡的，這個均衡的電流數(shù)是多大，以至于主動均衡還是被動均衡，被動的均衡不會超過1A，主動均衡2A、5A、10A，怎么計算，還有性價比的問題，這些問題都是我們要考慮的。
BMS面臨的挑戰(zhàn)，MW儲能系統(tǒng)包括數(shù)萬顆電芯，即便經(jīng)過嚴格的篩選，電芯成組后不一致性也會倍增。BMS均衡控制的難度加大。這是我們說的大容量系統(tǒng)。大容量儲能系統(tǒng)需要對電芯并聯(lián)進行容量擴充，我們用8倍還是4倍，如果是40A，用8倍就是320A，然后你的兩系充放電是多少一算就知道。這個系統(tǒng)是否能受得了？這些事情都必須考慮。還有檢測，如果用4倍，四并和八并，只能知道這八顆電芯出現(xiàn)的問題，不可能知道哪個電芯出現(xiàn)問題，這時候怎么做？電池運行過程中，由于各類因素的影響，導致Pack不同衰減曲線不一致，擴大儲能系統(tǒng)內(nèi)部的不一致性。電池系統(tǒng)是短板效應，不可能用最大效率在運行。這是我們一定要在線解決的問題。
怎么解決問題呢？BMS的均衡技術(shù)，它的均衡策略必須和Pack和儲能的系統(tǒng)功能參數(shù)緊密結(jié)合，BMS均衡提高儲能系統(tǒng)的充放電的容量，降低系統(tǒng)的短板效應，就是我剛才說的那類。否則你按照最低的那塊板子來做，效益不可能有那么高。這里面有幾個問題，一是電芯級SOC估算精度，二是電芯級SOH估算精度，三是系統(tǒng)均衡策略制定。系統(tǒng)均衡制訂，你要考慮BMU內(nèi)電芯均衡，也要考慮跨BMU之間的電芯均衡，還要考慮電池簇之間的均衡，不僅是電芯電壓的考慮，而是更為全面的電芯電壓、SOC、SOH，電芯溫度制定出最優(yōu)均衡策略。我想把我們做的經(jīng)驗反饋給大家，因為這個行業(yè)需要大家共同努力。這是面臨的問題，也是我們解決的方法，怎么解決，可能沒有時間介紹那么細。我們通過人工智能的算法來做我們的均衡策略，上圖是原來的電壓值，下面是均衡策略后得出的電芯的均衡電芯的波型。這時候就是非常明顯。這有什么好處呢？我可以準確找到有問題的電芯進行在線的均衡，把它拉到同一個水平線上。這是我們的專利。
PCS面臨的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)PQ控制方式不足以體現(xiàn)儲能系統(tǒng)的靈活性、快速、穩(wěn)定的電源特性。傳統(tǒng)的V/F控制方式難以實現(xiàn)多機并聯(lián)，電壓源的容量和支撐能力的擴充有限，這是我們原來做微網(wǎng)項目上得到的。因為V/F源，當一個孤島運行的時候，如果說是10MW，沒有一個5MWH V/F源做控制，很難控制。多機V/F控制并聯(lián)方式的環(huán)流與儲能并網(wǎng)點、連接線路阻抗等密切相關(guān)的參數(shù)控制難度比較大。但是你不能做到多級并聯(lián)。比如我們現(xiàn)在談西藏羊易500千瓦的18臺，我們叫預判的技術(shù)可以把18臺、20臺甚至50臺都可以并聯(lián)在一起，這是我們將來取代抽水儲能電站非常重要的技術(shù)，否則你是沒有辦法，靠那種500K、1MW、2MW的并聯(lián)運行不能達到這個目標?，F(xiàn)在英國的儲能電站要做到300MWH，我們在一個地方的單體要做100MWH、40MWH，這是很重要的技術(shù)，都要突破。特別是V/F源的并聯(lián)運行，這是行業(yè)里面共同研究的技術(shù)，我們現(xiàn)在是18臺，相信未來20臺、40臺都可以做到，我們現(xiàn)在正在做40臺并聯(lián)技術(shù)的研究。
對于大規(guī)模的儲能系統(tǒng)，PCS多級V/F并聯(lián)技術(shù)一直是業(yè)界急需攻克的難題。BCS多級V/F并聯(lián)技術(shù)可以大幅度降低系統(tǒng)造價，簡化系統(tǒng)設計，提高系統(tǒng)瞬時反映能力。 西藏羊易電站項目達到18臺PCS以V/F并聯(lián)并網(wǎng)運行（無任何二次通信），該18臺PCS可為電網(wǎng)提供一次調(diào)頻和AVC調(diào)節(jié)（四象限無縫調(diào)節(jié)），系統(tǒng)一次調(diào)頻響應時間約為50毫秒-80毫秒之間，響應精度達到99.5%以上，該系統(tǒng)為大規(guī)?；瘜W儲能替代傳統(tǒng)的抽水蓄能電站打下基礎(chǔ)。黑啟動：4月11日中午12點40分左右，羊易電站外電網(wǎng)110KV線路故障，站內(nèi)所有儲能逆變器以電壓源模式黑啟動給電站供電，并投入3MW光伏發(fā)電，系統(tǒng)穩(wěn)定運行到晚上11點，電網(wǎng)恢復運行。此次線路故障驗證了大規(guī)模儲能在電站中的重要性。搞技術(shù)的人都知道，這是很難做到的。
我和大家分享這個技術(shù)，想對將來大規(guī)模儲能應用是很有價值的。
這是無縫切換的系統(tǒng)，波形在切換過程中，單項電壓的整個波形完全不變，完全沒有間斷的。這個有什么好處？廣泛用在數(shù)據(jù)中心里面，把UPS有機利用起來，作為儲能的調(diào)峰或者調(diào)頻的功能。大家知道數(shù)據(jù)中心里面的備用電源的電池UPS的容量還是很大的，正常情況都是浮沖，一輩子是用一兩次。數(shù)據(jù)中心對UPS的要求非常高，要求正常的切換中不能有蜂，最好不要有縫，怎么做到這點？這是我們無需PK和切換，直接進行固網(wǎng)運營的模式，這是當時的要求。大家知道，我剛剛老強調(diào)PQ和VF源，當你翁PQ源運行，你在調(diào)頻的時候，數(shù)據(jù)是跟不上去的。你不可能在100毫秒內(nèi)馬上轉(zhuǎn)換上去。所以這點非常重要，我們當時要求我們能18臺VF源同時并聯(lián)，這個我們給整個電網(wǎng)的調(diào)頻提供了非常好的保障。我到澳大利亞的時候，人家告訴沃特斯拉是140毫秒上去的時候，進行調(diào)頻，我說100毫秒內(nèi)。不信的話，可以試。因為我說這個有底氣，我們已經(jīng)做過這個試驗。而且我們的精度在99.5%以上。
這是我們說的更重要的事情，EMS系統(tǒng)，EMS系統(tǒng)要確保系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定的運行為第一原則，就是外環(huán)，穩(wěn)定性的控制策略。二是充分利用不同電源的特性，精控儲能，充分實現(xiàn)經(jīng)濟性。大家知道在不同的儲能項目上，在不同地方上用法完全不一樣，比如中國，我的儲能是利用晚上的4個小時的低峰電價進行充電，然后到白天進行幾個小時的高峰電壓進行放電。如果用5個小時，完全可以用0.2進行充放電，用鉛炭電池完全足夠。如果要加上調(diào)頻的時候，你這個0.2顯然是不夠的，所以這時候我們要用2C甚至4C的充放來達到調(diào)頻的目的。所以像這些事情必須考慮，你用不同的電池種類，用其他的儲能種類也好，怎么做到有機的考慮，第一層當然要考慮這個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。二是要考慮這個系統(tǒng)的經(jīng)濟性，不能告訴我度電成本是8毛、1塊錢，沒有經(jīng)濟價值，怎么用？我可以告訴大家，這種配備，我們的度電成本是在5毛錢左右，甚至可以做到更低。下一步要優(yōu)化運行的控制，大家都知道，為什么不斷進行優(yōu)化呢？電池本身的SOC不斷變化，復合不斷的變化，電源不斷的變化。這時候EMS要有自我優(yōu)化的功能，這是自學習功能。西藏的項目今天運行到什么狀態(tài)，運行什么狀態(tài)我都不知道，它不斷自己學習、不斷調(diào)控，使系統(tǒng)從經(jīng)濟上、從穩(wěn)定上、從自我學習的程度上進行改變，不斷的變化。這樣才能保證你的系統(tǒng)永遠是控制在最優(yōu)的狀況。從分鐘談穩(wěn)定，從小事談經(jīng)濟性，從周、月、年做持續(xù)性優(yōu)化。
不是考慮EMS策略一次性放進去就永遠不變，不是這樣的。因為你的電源在變化，你的電池SOC在變化，電池的各種性能在變化，負荷也在變化，怎么一次性搞定？不可能的。
算法處理我剛才已經(jīng)說了，這里不再多說。這種算法對PCS工作模式進行切換能保證循環(huán)效率的最大化。一方面要解決短板，一方面要使電池的壽命最大化，電池壽命最大化的作用是提高經(jīng)濟性，讓你的度電成本降下來。你的控制模式再好上去電池壞了，10%、10%的壞，那就沒有辦法，這個系統(tǒng)就不是一個好系統(tǒng)。這是我們的整個策略，怎么由下而上上來，怎么進行調(diào)度。這些東西在北京都可以做，我們這套系統(tǒng)整個的控制和調(diào)配，我們是可以在北京計算機直接調(diào)控的。
通過不同EMS控制策略，新能源+儲能可以參與電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)峰，并且能夠提前24小時對新能源發(fā)電出力進行預測，預測精度達到85%以上。高于火電都說了，我們的整個調(diào)峰的時候，你給它發(fā)電出力的時候，要根據(jù)當天的天氣情況進行調(diào)配，你提前24小時給電網(wǎng)，你給電網(wǎng)的數(shù)據(jù)應該是很精確的。但實際上你知道，我們的光伏電站做不到，如果沒有儲能，它怎么做到？它的天氣預測，特別是精確到地域的天氣預測，它不可能做到那么準。所以說這也是我們要做的，因為我們是加了儲能在里面，所以羊易電站的參考火電機組預報方式，為光儲系統(tǒng)將提前24小時上報96點的出力曲線，調(diào)度可以根據(jù)其出力曲線直接進行有功和無功調(diào)節(jié)，優(yōu)化電網(wǎng)對光儲系統(tǒng)的調(diào)度。
我本來想談微電網(wǎng)及微電網(wǎng)集群控制，時間不夠，就不多說。我把羊易電站解決的問題以及怎么解決以及大規(guī)模儲能電站要解決的問題簡單說一下，這個下次找機會說。
未來的發(fā)展趨勢是以微電網(wǎng)為單元，微電網(wǎng)集群為區(qū)域的供電方式，大電網(wǎng)將逐步退至后備電源的地位。由此衍生出虛擬電廠，云端大數(shù)據(jù)調(diào)度平臺以及各種AI智能算法、大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)將成為微電網(wǎng)及微電網(wǎng)集群EMS的一個發(fā)展方向。
儲能技術(shù)一定是可再生能源大比例、高比例使用的支撐性技術(shù)，我們怎么能夠大規(guī)模使用我們的儲能系統(tǒng)？一定要做到高效率、低成本，但是高效率、低成本怎么做到？有很多工作要做，包括系統(tǒng)集成的控制策略、控制方法，對BMS、PCS以及對EMS各種各樣的算法，各種各樣的基礎(chǔ)研究。這需要我們共同來做到。北控去年做了一點工作，但是離我們的目標差得還很遠，希望各位同仁，一方面要替代傳統(tǒng)能源，如果我們的調(diào)峰、調(diào)頻還依賴傳統(tǒng)能源給我們做，你是不可能替代別人，因為沒有這種道理，你一方面喊著用可再生能源替代傳統(tǒng)能源，一方面不能調(diào)峰、調(diào)頻，不能調(diào)相，你幫我做，這是不可能的。我們自身要在技術(shù)上突破解決我們自己的問題，使我們可再生能源實現(xiàn)高比例，甚至完全取代傳統(tǒng)能源的愿望，還我們國家藍天白云，造福子孫萬代。謝謝大家！
