中國儲能網(wǎng)訊：國家電網(wǎng)公司優(yōu)秀專家人才、教授級高工、新能源與儲能運(yùn)行控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、儲能與電工新技術(shù)研究所、中國電力科學(xué)研究院專家李相俊教授就《大規(guī)模電池儲能系統(tǒng)控制與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展趨勢》發(fā)表演講。
以下為演講實(shí)錄：
尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo)、專家、朋友們，下午好!因?yàn)檫@次是電動汽車和相關(guān)技術(shù)論壇，下面我主要還是針對大規(guī)模儲能來做相關(guān)的報(bào)告。
報(bào)告分為五個部分：首先是報(bào)告應(yīng)用的背景，大家都知道隨著智能電網(wǎng)提出以后，能源互聯(lián)網(wǎng)作為一個新的發(fā)展方式，從一個比較單向的結(jié)構(gòu)變成了雙向互動，這樣也帶來了很多新的問題，之前沒有碰到問題的也能解決。傳統(tǒng)意義上儲能是不能存儲的，現(xiàn)在隨著新型的電池儲能，儲能以后如何應(yīng)用也是面臨著一些新的問題，能源互聯(lián)網(wǎng)可以進(jìn)行分布式有效利用。隨著IT、信息和通信技術(shù)的快速發(fā)展，可以通過信息、物理和能源融合形成這樣一種分布式分散接入的廣域網(wǎng)。
這是從全球能源戰(zhàn)略發(fā)展白皮書的摘錄：到了2030年將會實(shí)現(xiàn)能源機(jī)隊(duì)的開發(fā)和電網(wǎng)的互聯(lián)，2050年實(shí)現(xiàn)洲距的互聯(lián)。儲能其中也會發(fā)揮重要的作用，因此縱觀現(xiàn)在能源發(fā)展不管是局域、區(qū)域的互聯(lián)到全球的互聯(lián)，儲能現(xiàn)在備受大家的關(guān)注。
這是有一些統(tǒng)計(jì)結(jié)果，十年來我們風(fēng)電電網(wǎng)增長了一百倍，但是最近五年間光伏就已經(jīng)增長了一百倍，說明新能源大規(guī)模接入已經(jīng)成為了第三大主力電源，預(yù)計(jì)在2030年會超過水電成為第二大主力電源，新能源本身具備發(fā)電的隨機(jī)性和波動性，但是大規(guī)模給電網(wǎng)接入也會帶來一些安全穩(wěn)定的運(yùn)行，作為聯(lián)合發(fā)電的方式也是大家需要關(guān)注的。
我國預(yù)計(jì)在2020年非水電的可再生能源將達(dá)到2億千瓦，我們回顧一下全國棄光比例非常多，不管是西北部還是東北部，大家可以通過網(wǎng)上的數(shù)據(jù)查到。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示2015年全國氣光量接近1100億千瓦時，有些棄光的時候可以存儲和釋放，通過這種形可以減少棄光。有些說就不裝儲能，寧可棄掉也可以比儲能帶來更大的效益，但儲能的成本在逐漸下降，10萬千瓦新能源棄電也在應(yīng)用，將來肯定會作為有效手段，發(fā)電的時候也會大規(guī)模應(yīng)用。
這是我們國家風(fēng)光署2011年底投運(yùn)了將近10兆瓦的儲能，2012年到2013年形成了20兆瓦、80兆瓦的儲能規(guī)模，配合新能源進(jìn)行跟蹤調(diào)度計(jì)劃功能，后面的典型案例當(dāng)中會有一個介紹。儲能電站和大規(guī)模儲能系統(tǒng)能夠有效改善并網(wǎng)新能源的質(zhì)量，提升電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平，對促進(jìn)新能源消納是有積極作用的。
現(xiàn)在廣義上的儲能有幾種類型，我們提到的儲能除了抽續(xù)之外只是電儲能多一些，今天我報(bào)告的內(nèi)容主要是以電池儲能的控制應(yīng)用進(jìn)行技術(shù)發(fā)展性的展望。電網(wǎng)有發(fā)電、輸電、配電、用電等幾個方面，“十二五”期間主要是在發(fā)電側(cè)做了儲能，結(jié)合新能源場站波動評議，幫助他們一塊跟蹤調(diào)研，比如遼寧、青海都有一些試點(diǎn)示范應(yīng)用。輸電上還沒有大規(guī)模應(yīng)用，因?yàn)檩旊娚闲枰蠊β?。配電之前有百千瓦級，微網(wǎng)的也有，用戶側(cè)從“十三五”開始，國網(wǎng)公司也列了兩個分布式儲能應(yīng)用的項(xiàng)目，2017年我們在江蘇也有一些儲能，用戶側(cè)也達(dá)到了好幾十兆瓦的規(guī)模，說明江蘇這些省也非常關(guān)注儲能在用戶側(cè)的應(yīng)用，包括配電側(cè)，這是我們“十三五”發(fā)展的一個重要的領(lǐng)域。發(fā)電側(cè)也需要繼續(xù)關(guān)注，作為一種新興技術(shù)。
我們分析了幾種儲能類型，除了抽續(xù)之外電力儲能占的比例還是很多的，包括鋰電池、鉛酸液、硫鈉硫，鋰離子電池現(xiàn)在增長的速度還是非?？斓?，而且也是由于電動汽車的應(yīng)用都是鋰離子系列的電池，所以也反過來帶動了這種電池技術(shù)的發(fā)展，推動了在儲能領(lǐng)域的一些應(yīng)用。這里還有輔助服務(wù)和輸配電，現(xiàn)在各個領(lǐng)域還是以發(fā)電為主，“十二五”期間應(yīng)用的比例非常大，未來的一兩年內(nèi)分布式的規(guī)模會增長得非?？?。
儲能要大規(guī)模應(yīng)用可能有幾個關(guān)鍵技術(shù)要考慮：因?yàn)殡姵厥怯梢欢ǖ膯误w組成，單體需要組成模塊，模塊又要進(jìn)行組串，組串又要進(jìn)行并聯(lián)，通過DCAC交換，這樣就涉及到儲能電池大量的集成技術(shù)。原來百千瓦級可能是一個PC就可以了，但是大量集中以后就會有多個并流器，里面涉及到集成、監(jiān)控和保護(hù)。因?yàn)殡姵乇旧碛呻娏蓚€部分組成：一部分是變流器，另一部分是電池存儲能量。舉個例子，我們投入的14兆瓦儲能電站當(dāng)中有接近46個變流器，這樣50多個變流器之間需要進(jìn)行功率的實(shí)時控制，還有后面電池不一樣的情況下怎樣進(jìn)行能量的優(yōu)化調(diào)度，這就需要進(jìn)行能量管理。
如果儲能配合發(fā)電側(cè)的話又要結(jié)合新能源的波動，還有跟蹤調(diào)動指定的需求進(jìn)行優(yōu)化控制，所以這兩個部分的控制應(yīng)用也是需要解決的關(guān)鍵問題。“十二五”期間我們基本上解決了這個問題，可以實(shí)現(xiàn)儲能電池快速穩(wěn)定和可靠的要求。儲能設(shè)備從單體、模塊和系統(tǒng)集成是一個過程，現(xiàn)在我們正在展望的是百兆瓦級的，規(guī)模是比現(xiàn)在還要大。舉個例子，現(xiàn)在以100兆瓦來說，因?yàn)槲覀兂Ｒ?guī)的儲能用的變流器是500千瓦，要有200臺PCS，這個規(guī)模是相當(dāng)大的。整站的處理也有要求，這里的監(jiān)控體系架構(gòu)需要關(guān)注。后面還有這么多的電池，如果要是配容量稍微大一點(diǎn)的話也有數(shù)十萬或者百萬級的數(shù)量來管理，這樣傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理方法可能也并不適用，需要新的海量平臺的數(shù)據(jù)管理，這項(xiàng)技術(shù)也需要特別關(guān)注。
這是我們風(fēng)光用的就業(yè)監(jiān)控方案，1個變壓器下面有6臺PCS，這是就地監(jiān)控。如果規(guī)模大的話這樣的單元會有數(shù)十個，又有就地的控制，又有協(xié)調(diào)的控制，還有整站時間的控制，所以就需要關(guān)注控制架構(gòu)。我們的響應(yīng)時間是900毫秒，也是完全滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。這是我們用的監(jiān)控架構(gòu)，設(shè)備上主要是變流器和電池，這里還有站際監(jiān)控和協(xié)調(diào)控制器的調(diào)度，就是這樣的分層架構(gòu)。
如果是10兆瓦到百兆瓦又有什么問題出現(xiàn)?首先是單體數(shù)量到百萬級了，現(xiàn)在的HADOOP海量的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)可以得到應(yīng)用，不然的話現(xiàn)在數(shù)據(jù)快速讀取存儲這些問題還是不可避免的，這么多變流器多并聯(lián)的時候有些電力電子方面的問題，包括一些相關(guān)的導(dǎo)入和穩(wěn)定性的問題也要考慮。這么大的電池組成百兆瓦的電流，也有一些不一次性出現(xiàn)的概率增大，如何進(jìn)行預(yù)測和管理，實(shí)現(xiàn)整個的控制，這也是需要關(guān)注的，不然的話無法實(shí)現(xiàn)電站的高效準(zhǔn)確處理，因?yàn)閷憫?yīng)時間也有要求。
除了站內(nèi)的控制之外還要滿足新能源的要求，新能源側(cè)也要求具備虛擬同步功能，這樣也需要毫秒級的控制，儲能還要配合它的虛擬同步進(jìn)行穩(wěn)態(tài)控制，所以它的控制也是更加復(fù)雜的，又有功率又有能量，規(guī)模大了以后要求也更多，所以這個方面也需要關(guān)注。
大家現(xiàn)在比較關(guān)注云技術(shù)，海量信息可以通過購買私有云和公有云進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，而且經(jīng)過幾年的運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)是非常值錢的，電池運(yùn)行一段時間以后現(xiàn)在怎么變化，這也是業(yè)主或者我們投資商非常關(guān)注的情況，什么樣的運(yùn)行工況會對它有些影響，壽命是按照什么情況衰減。之前我們做的研究包括學(xué)校里面有些實(shí)驗(yàn)室，對小規(guī)模單體也有幾個模塊組，有些工況并不是我們電網(wǎng)實(shí)際的工況。我們這幾年掌握了不同運(yùn)營工況下的典型儲能運(yùn)行工況，將來我們應(yīng)該把工況作為實(shí)驗(yàn)測試，這個測試才有更大的含金度。將來結(jié)合運(yùn)行工況的數(shù)據(jù)，還有百萬級數(shù)量以后數(shù)據(jù)如何進(jìn)行存儲和將來的應(yīng)用，這是我們對它的性能評估方面非常重要的一點(diǎn)。
經(jīng)過幾年的按照我們也發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)采集的精度、顆粒度和存儲的頻率如何進(jìn)行優(yōu)化，這是直接和儲能設(shè)備投運(yùn)的成本相關(guān)。別看數(shù)據(jù)存儲單元，容量大到一定數(shù)量級以后成本也是非常大的，可能到了幾年以后也到壽命需要替換了，從這個角度來說，如果我們要合理進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲的話也能夠降低一定的運(yùn)行維護(hù)成本。
這是我們2016年負(fù)責(zé)的國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，這里用的是新型鋰離子電池，可以實(shí)現(xiàn)它的加固集成應(yīng)用。我們也關(guān)注了幾個方面：儲能配合新能源的虛擬同步機(jī)功能，儲能如何進(jìn)行建模，還有進(jìn)行技術(shù)性評價(jià)，這和將來的運(yùn)行模式和商業(yè)模式也是相關(guān)的。如何進(jìn)行系統(tǒng)的測試和平臺實(shí)驗(yàn)搭建，如何進(jìn)行海量電池特性的評估，如何進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度，因?yàn)榈搅诉@樣的數(shù)量級，以前我們小規(guī)模不能發(fā)現(xiàn)問題也會應(yīng)運(yùn)而生需要解決，還要進(jìn)行動態(tài)一致性和安全控制，因?yàn)榘踩彩侵陵P(guān)重要的，電池系統(tǒng)的安全性、經(jīng)濟(jì)性和是否能夠長壽運(yùn)行等等。
結(jié)合這個研究基礎(chǔ)，我們需要進(jìn)行示范驗(yàn)證?？紤]的場景是在青海。青?，F(xiàn)在有些海西多能示范工程，風(fēng)電是400，光伏是200，儲能是50，光熱也會考慮，說明國家也非常重視多能互補(bǔ)、電網(wǎng)儲能、光儲和儲熱的研究。因?yàn)楝F(xiàn)在這個工程正在籌備建設(shè)期，以后如果有相關(guān)成果的話再和大家報(bào)告。
介紹一些典型的應(yīng)用案例，簡單地介紹一下歐美或者我們周邊國家在關(guān)注什么。剛剛投運(yùn)的是鋰電池30兆瓦，主要是響應(yīng)市場的信號，配合市場進(jìn)行調(diào)控，青海格爾木是去年7月份投運(yùn)的，也是國內(nèi)首個商業(yè)化運(yùn)行的電站，主要是實(shí)現(xiàn)跟蹤計(jì)劃處理。我們風(fēng)光署2011年投運(yùn)的，包括鋰電池、倩酸和碳酸鋰，各種電池都在一個電站當(dāng)中集成，包括滿足電網(wǎng)的應(yīng)用需求，現(xiàn)在的運(yùn)行結(jié)果確實(shí)是滿足了電網(wǎng)的應(yīng)用要求。日本比較關(guān)注鈉流電池，美國也有一些應(yīng)用案例，這幾類電池是我們有關(guān)注的。
有些專家可能也看過，總之就是有幾個模式：風(fēng)光組聯(lián)合發(fā)電，60兆瓦、40兆瓦和50兆瓦計(jì)劃;7月份去年投運(yùn)的首個青海光纜電站，包括如何進(jìn)行運(yùn)行調(diào)度，如何實(shí)現(xiàn)盈利等等，所以作為一個試點(diǎn)示范，去年投運(yùn)了，現(xiàn)在運(yùn)行了一年，狀態(tài)非常良好，光伏是50兆瓦，儲能是15兆瓦和18兆瓦。
從十點(diǎn)鐘到下午一點(diǎn)鐘確實(shí)是發(fā)光太多了，但是沒有實(shí)際的需求，棄的光如果用儲能的話，下午一點(diǎn)鐘到兩點(diǎn)鐘左右會放，光伏不夠的情況下儲能可以放電，平均一天就是一個滿充一個滿放，一天大概有17兆瓦時左右的發(fā)電量，當(dāng)時的光伏電價(jià)是0.9元左右。晚上調(diào)度不讓進(jìn)行充放，因?yàn)椴恢莱浞诺脑掚姀哪睦飦恚哉{(diào)度也是針對新型的儲能方式，我們經(jīng)過了很多次的討論，也在指定相關(guān)的調(diào)度。
采查的階段，當(dāng)時是有1個月左右，符合高峰期，但是其它的時候用電量不大，只有這段時間把車開過去，可以集中進(jìn)行供電，這樣也可以提高我們的能源利用率，整個就是這樣的情況。現(xiàn)在我們的儲能還是以集裝箱發(fā)展的趨勢比較明顯，總體來說有兩個方式：一個是裝在我們房間里的儲能，另一個是裝在集裝箱的移動式儲能，可以即插即用、實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。
這是新加的一點(diǎn)內(nèi)容，就是說電動汽車接入電網(wǎng)以后對電網(wǎng)的影響，確實(shí)不是非常深入的，有些研究還沒有放進(jìn)去。我們可以考慮到場景，就是能源互聯(lián)網(wǎng)、電動汽車很多接入電網(wǎng)的時候，確實(shí)是有些研究也發(fā)現(xiàn)，會對配電的符合曲線有影響，抵押以后風(fēng)口差會進(jìn)一步擴(kuò)大。這種前提就是沒有進(jìn)行有序控制，如果不加監(jiān)管和優(yōu)化控制的話，這個無序的快充可能對電網(wǎng)的影響非常大，所以這個方面也需要更多關(guān)注。
這個節(jié)點(diǎn)要考慮三個充電樁接入的情況下到底會有什么影響，無序充電符合峰谷差更大，但是經(jīng)過有序充電監(jiān)管以后可以抑制這個風(fēng)谷差，完全可以在晚上儲能多充點(diǎn)電，白天放電的時候也可以進(jìn)行優(yōu)化，這樣會盡量減少峰谷差，經(jīng)過這樣的優(yōu)化調(diào)度，可以減少它的網(wǎng)損。
我特意摘用了一篇國外的研究論文，就是在7臺車上裝了GPS，然后對車輛因?yàn)閿?shù)據(jù)的采集和存儲，看一看到底會有什么影響。這是一個仿真結(jié)果，沒有充電的情況下峰谷差還不是很大，如果采用了快充，而且是無序的情況下，復(fù)合增加就非?？臁７抡嬉泊砹艘欢ǖ牡湫托?，所以說明如何進(jìn)行充放的優(yōu)化調(diào)度，有序控制是非常必要的。這是結(jié)合日活進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了這樣的規(guī)律，感興趣的話可以看一看這篇文獻(xiàn)。
對特斯拉的參數(shù)，比如單臺是多少、充放是多少，包括裂變器和電池包都有，拿過來就可以用。這樣的家用儲能在我們用了以后，美國有些實(shí)時電價(jià)，經(jīng)過電力市場機(jī)制盈利的話將來肯定是一個趨勢，確實(shí)值得我們關(guān)注，這個功率可以達(dá)到7千瓦左右，而且質(zhì)保期是10年，也有它的認(rèn)證。
最后對儲能技術(shù)簡單地做一個展望，看一看電池的進(jìn)展。由于儲能的材料和工藝的創(chuàng)新發(fā)展，高性能和高安全的載體也在應(yīng)用，而且儲能對應(yīng)著它的能量密度就會越來越高，這就說明對現(xiàn)在的電網(wǎng)不能忽視，所以這是10多倍了，這么點(diǎn)的體積能夠有更多的電能，商業(yè)模式可能都會發(fā)生變化，而且2030年這樣的高性能電池也會投入使用。
再從應(yīng)用的角度來說，“十二五”期間主要是在新能源發(fā)電側(cè)的控制，但是“十三五”在送出消納方面也可以進(jìn)行優(yōu)化控制，這是我們必須滿足的問題，針對這個需求存在著什么問題?我們提到的集成的問題，因?yàn)殡姵夭町愋詫?dǎo)致如何進(jìn)行優(yōu)化的電池管理問題，包括便利電站和其它很多的棄電引起的運(yùn)行可靠性問題，展開穩(wěn)態(tài)的控制問題，因?yàn)橥ㄓ嵑涂刂祈憫?yīng)時間，這是我們不容忽視的，如果數(shù)百個單元調(diào)動的話通訊架構(gòu)完全是可以優(yōu)化的，就是從設(shè)備本身的通訊響應(yīng)時間和網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時間，這些都需要優(yōu)化。
安全確實(shí)是大家非常關(guān)注的，包括電池設(shè)計(jì)整個生產(chǎn)過程都要重視它的安全問題，包括它的安全邊界，還有通過一些預(yù)警或者安全隱患的設(shè)計(jì)處理也要提高它整體的穩(wěn)定性，需要進(jìn)一步提升它的自主控制能力?，F(xiàn)在我們多關(guān)注的技術(shù)都可以用到，因?yàn)橛羞\(yùn)行狀態(tài)的診斷和分析，包括大數(shù)據(jù)、云技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能，所謂的人工智能在有些電池或者狀態(tài)分析診斷和預(yù)警是可以考慮的，可以進(jìn)行集中和分散，分散接入以后又涉及到分散電源整體接入的信息安全問題，還有控制穩(wěn)定性問題等等，都是需要關(guān)注的。
不管是集中還是分布應(yīng)用，原來可能只考慮新能源，現(xiàn)在又可以配合輸電線進(jìn)行優(yōu)化控制，又是全生命管理，因?yàn)榻?jīng)濟(jì)問題肯定是不容忽視的，通過全生命周期優(yōu)化管理也可以降低一些運(yùn)行維護(hù)成本，可以考慮多目標(biāo)控制和協(xié)同控制破解管理方面的科學(xué)和技術(shù)問題。規(guī)模大是一方面，運(yùn)行一段時間的儲能電站，大家也會比較關(guān)注退電池的利用，不同壽命階段的電池多類型應(yīng)用等等，需要考慮差異性進(jìn)行優(yōu)化控制，整體解決它的電池管理、不同程度EMS的問題，最終通過這些方式間接地提高經(jīng)濟(jì)性，因?yàn)槲覀冄娱L它的使用壽命，相當(dāng)于可以減緩性能衰減。
之前我們用的規(guī)模實(shí)際上不太長，但是實(shí)際應(yīng)用下來需要進(jìn)行綜合評估，模擬現(xiàn)場的環(huán)境可以提高開發(fā)效率，也可以進(jìn)一步優(yōu)化我們的控制技術(shù)，將我們的大數(shù)據(jù)信息技術(shù)放在我們自己的一畝三分地，真實(shí)模擬現(xiàn)場的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)各種算法的優(yōu)化，所以個人覺得也是需要關(guān)注的一點(diǎn)?，F(xiàn)在我們需要考慮規(guī)劃配置都可以通過建模仿真平臺實(shí)現(xiàn)，個人覺得仿真技術(shù)也是非常關(guān)鍵的。通過安防系統(tǒng)改善電網(wǎng)的三道防線，不同的實(shí)驗(yàn)尺度如何進(jìn)行優(yōu)化控制，這也是不容忽視的。
最后是考慮市場機(jī)制，不可避免的經(jīng)濟(jì)性評估和商業(yè)模式都和運(yùn)行的市場相關(guān)，這樣如何在不斷發(fā)展的過程當(dāng)中充分考慮到這些機(jī)制和交易模式，這些都是比較經(jīng)濟(jì)性的規(guī)劃、選址、配置和商業(yè)化模式的研究，這些都是非常值得關(guān)注的，這些都和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)制定和儲能技術(shù)推廣息息相關(guān)。
我們電科院儲能與電工新技術(shù)研究所是關(guān)注大規(guī)模儲能技術(shù)和新型電科材料超導(dǎo)電力，我們也有CNS實(shí)驗(yàn)平臺，會做電池、單體和模塊測試，并網(wǎng)將來也在關(guān)注，我們也在做技術(shù)支持相關(guān)的。實(shí)驗(yàn)室也是掛靠在國家新能源儲能國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，這是國家電網(wǎng)公司的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，所以我們所和電科院在這方面還是具備了國家隊(duì)的能力。張北儲能實(shí)驗(yàn)基地是2009年建成，多種類型的電池都有，包括梯次利用和碳酸鋰，各種主流電池都有，包括鉛酸也有，所以我們實(shí)驗(yàn)室本身就具備多種類型電池的特性研究、控制和特殊性能分析研究。我們集團(tuán)聯(lián)合了電科儲能技術(shù)有限公司，所以可以進(jìn)行工程的承包，包括相關(guān)的關(guān)聯(lián)設(shè)備研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。其實(shí)我們本身的成果也是通過這個公司轉(zhuǎn)化，技術(shù)正在推廣應(yīng)用，所以我們有幸在這個平臺和在座的廠家或者關(guān)注的人士進(jìn)行技術(shù)交流。
以上內(nèi)容根據(jù)會議現(xiàn)場整理，并未經(jīng)過本人確認(rèn)
