中國儲能網(wǎng)訊：8月9—10日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會聯(lián)合中國電力工程顧問集團西北電力設(shè)計院有限公司、西安北大科技園、中國科學(xué)院電工研究所儲能技術(shù)組、深圳市科陸電子科技股份有限公司等單位聯(lián)合主辦“第二屆全國發(fā)電側(cè)儲能技術(shù)與應(yīng)用高層研討會”在陜西西安金磐酒店舉行。來自政府主管部門、能源監(jiān)管部門、行業(yè)專家、設(shè)計院、新能源發(fā)電業(yè)主單位、電力公司、系統(tǒng)集成商、項目承包商、投融資機構(gòu)等單位的260余位嘉賓出席了本次研討會。
主辦方邀請到中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院有限公司新能源技術(shù)部高級工程師朱連峻就“自主安全直流組網(wǎng)儲能技術(shù)開發(fā)及工程應(yīng)用”發(fā)表主題演講，以下為其報告主要內(nèi)容。
朱連峻
大家下午好！謝謝主辦方給我們集團VIP的機會，報告里面只有我們一個發(fā)電集團。
我要講直流側(cè)光伏電站儲能系統(tǒng)與自主安全直流組網(wǎng)儲能技術(shù)。有6個方面：1、背景。2、成果簡介。3、關(guān)鍵技術(shù)與創(chuàng)新點。4、實際運行數(shù)據(jù)。5、國內(nèi)外的比較。6、經(jīng)濟及社會效益。7、自主安全直流組網(wǎng)儲能技術(shù)。跟大家交流意見，然后多多合作。
我國未來電力結(jié)構(gòu)，可再生能源電力來源，2017年裝機量，火電是62%，風(fēng)電和太陽能、水電其他占比30%多，2050年太陽能和風(fēng)電占到60%。華能集團總裝機1.77億千瓦，其中風(fēng)光裝機2181萬千瓦，占比12.2%；水電2607萬千瓦，占比14.7%。在目前的五大發(fā)電集團中，華能集團總裝機容量、火電裝機及占比均排名第二；風(fēng)電、光伏裝機容量排名第三，但占比為倒數(shù)第二，存在能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的壓力。
電力系統(tǒng)對儲能需求大，可再生能源裝機發(fā)展迅速、供需不均，受天氣因素影響發(fā)電不穩(wěn)定?；痣娬{(diào)峰，網(wǎng)側(cè)服務(wù)需求增加，靈活性不足，備用容量大。要依托儲能和其他形式，比如說儲熱、制氫等等形式解決，這也是集團給我們要求的。我們現(xiàn)在還面臨著一個問題，在30年限基組要進行轉(zhuǎn)型，有公司跟我聯(lián)系，給他們出了相關(guān)方案，希望有一些更好的方案跟我們交流。
這是相關(guān)政策，前面專家講的也比較多，按照容量規(guī)劃、電力市場改革、可再生能源、電力輔助和需求類，大家對于這些相關(guān)政策比我清楚得多，根據(jù)國家發(fā)改委能源研究所2050高比例可再生能源發(fā)展情景途徑研究里面，2050年可再生發(fā)電量提高到高占比情景的85%，波動性發(fā)電貢獻比率30%到60%，白天光伏發(fā)電量大，電網(wǎng)備用容量持續(xù)減小?！蛾P(guān)于促進儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》2019-2020年行動計劃，是四部委共同下發(fā)。
這里面主要圍繞著6點做了詳細(xì)分工，里面有相關(guān)的責(zé)任單位。1、加強先進儲能技術(shù)研發(fā)和智能制造升級；2、完善落實促進儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策；3、推進抽水蓄能的發(fā)展；4、推進儲能項目示范和應(yīng)用；5、推進新年能源汽車動力電池儲能化應(yīng)用；6、加快推進儲能標(biāo)準(zhǔn)化。
2018年全年，全國光伏發(fā)電1775億千瓦時，棄光總量為54.9億千瓦時。光照資源較好的新疆和甘肅等西北地區(qū)，棄光率仍達到10%以上，現(xiàn)在應(yīng)該是左右，從官方看是10%左右，從電站來講棄光率應(yīng)該在10%以上多一些。部分光伏電站，由于電網(wǎng)輸出容量原因，“棄光”比例最高可達50%，光伏電站的經(jīng)濟損失較為嚴(yán)重。我們電站有一些地方還要多，這個是瞬時，不是一直都是這樣。在光伏電站應(yīng)用儲能技術(shù)，可切實解決棄光問題，促進可再生能源消納，也可以實現(xiàn)平滑功率波動、削峰平谷、調(diào)頻調(diào)壓，是實現(xiàn)可再生能源大規(guī)模接入電網(wǎng)的重要手段，同時它也是分布式微電網(wǎng)、智能電網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分，在未來的能源互聯(lián)網(wǎng)中具有舉足輕重的地位。
前面是大概背景，這個是成果簡介，前面科華和上能都已經(jīng)講了直流，人家做的時間上比我們還要靠后，但是很多東西已經(jīng)做在我們前面了。我們針對光伏電站棄光嚴(yán)重的問題及現(xiàn)有儲能接入技術(shù)的弊端，提出了一種光伏電站分布式直流側(cè)儲能技術(shù)，開發(fā)了基于通訊控制的光伏儲能控制技術(shù)，進行了儲能控制系統(tǒng)模擬、25kW/50kWh項目試驗驗證，成果應(yīng)用于華能格爾木光伏儲能電站1.5MW/3.5MWh示范項目。這里面主要技術(shù)優(yōu)勢是降低了儲能成本，提高了儲能效率，提高了安全性和靈活性；解決了儲能系統(tǒng)與光伏電站間接入匹配問題；解決了對MPPT干擾的問題；目前國內(nèi)最大的直流側(cè)光伏儲能電站。
這是我們的研究歷程，從2014年開始，分布式直流側(cè)接入光伏儲能技術(shù)研發(fā)。普遍適用各種型號的集中式逆變器，不受逆變器型號的限制。核心設(shè)備研發(fā)包括光伏儲能控制器、光儲云終端控制器、模塊化DC-DC控制器。然后模擬研究直流側(cè)儲能系統(tǒng)放電過程對光伏陣列最大功率跟蹤影響仿真分析。華能青海共和光儲電站25kW/50kWh試驗項目2016年10月投運，華能格爾木1.5MW/3.5MWh 級儲能示范工程建設(shè)、安裝、調(diào)試與運行。去年新疆哈密做了光儲電站。
關(guān)鍵技術(shù)1：分布式直流側(cè)光伏儲能技術(shù)設(shè)計。創(chuàng)新點：成本低、效率高、不受電網(wǎng)制約解決了儲能系統(tǒng)與光伏電站間接入匹配的問題。這是我們最開始做的專利，交流側(cè)光伏儲能技術(shù)問題：需新增升壓變壓器和交流高壓側(cè)接入配電設(shè)備，電纜用量多，系統(tǒng)投資高；光伏組件和儲能系統(tǒng)之間的功率變換和升降壓環(huán)節(jié)多，儲能效率低；占地面積大，需要規(guī)劃專門場地；如果是原有電站改造，則新增的儲能容量超出了電站原有出線容量，且交流側(cè)并網(wǎng)設(shè)備涉及到電網(wǎng)報批手續(xù)。
交流側(cè)和直流側(cè)光伏儲能技術(shù)方案比較：優(yōu)勢是：充分利用原光伏逆變器系統(tǒng)的逆變設(shè)備，升壓設(shè)備以及電纜，設(shè)備利用率高，設(shè)備投資和占地較少，成本低；光伏組件與電池之間的功率變化環(huán)節(jié)少，儲能效率高； 直流側(cè)接入不影響光伏電站原有出線容量，也不涉及到新增并網(wǎng)設(shè)備的相關(guān)報批，無需并網(wǎng)手續(xù)。
關(guān)鍵技術(shù)2：基于通訊控制的儲能電池系統(tǒng)控制器技術(shù)。那邊是光阻控制器，那邊是云端控制器。創(chuàng)新點：不受逆變器種類限制，無需與逆變器進行交互和通訊；標(biāo)準(zhǔn)化硬件設(shè)備，對接簡單化、標(biāo)準(zhǔn)化、實用化；解決了對MPPT干擾的問題；可級連成MWh級大規(guī)模儲能系統(tǒng)。我們已經(jīng)在往下做的事情，后面我也會做一個簡單介紹。
關(guān)鍵技術(shù)3：共和25kW/50kWh試驗項目、格爾木1.5MW/3.5MWh直流側(cè)儲能系統(tǒng)示范工程。創(chuàng)新點：目前國內(nèi)最大的直流側(cè)光伏儲能電站儲能系統(tǒng)儲能效率~90%；分布式、模塊化、可移動化接入，安全性高，可據(jù)電站棄光變化靈活調(diào)整；具有自主知識產(chǎn)權(quán)的相關(guān)核心設(shè)備；大規(guī)模光伏儲能系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟性驗證；探索到一種發(fā)電側(cè)儲能系統(tǒng)商業(yè)化合作新模式，對該類項目的商業(yè)化起到良好的指導(dǎo)意義。這兩個集裝箱3.5兆瓦時，剛才上能、南都都講了。
這是共和25kW/50kWh試驗小型示范項目，這是在格爾木的。這個已經(jīng)通過電機工程協(xié)會給一個科學(xué)技術(shù)成果堅定，也有TUV認(rèn)證，電機工程協(xié)會給的結(jié)論是：應(yīng)用自主安全直流組網(wǎng)儲能技術(shù)自主設(shè)計、開發(fā)、建設(shè)了國內(nèi)規(guī)模最大，儲能效率最高的3.5MWh直流側(cè)光伏儲能示范系統(tǒng)，直流側(cè)儲能效率達到95.77%，各項技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)處于發(fā)電側(cè)光伏儲能技術(shù)國際先進水平。
這是實際的運行數(shù)據(jù)，共和25kW/50kWh試驗小型示范項目，從系統(tǒng)運營前一天的實際情況。這個是光伏電站的應(yīng)用證明，下面主要是一個說明：由于配備儲能系統(tǒng)，該光伏陣列在一段時間內(nèi)可以滿足電力調(diào)度需求，在一定程度上解決棄光問題，儲能系統(tǒng)和光伏陣列可以實現(xiàn)協(xié)同運行。
這個是1.5MW/3.5MWh直流側(cè)儲能系統(tǒng)示范工程運行情況，是磷酸鐵鋰電池。我們主要用兩個電池：一個是磷酸鐵鋰和鉛酸電池，在示范當(dāng)中做了實際應(yīng)用?？梢钥吹皆谝惶熘校瑑δ芟到y(tǒng)經(jīng)歷一次深充深放過程，通過對直流電能表的數(shù)據(jù)采集，該儲能系統(tǒng)當(dāng)日充電總量為995.47kWh，當(dāng)日放電總量為934.55kWh，電池充放電時起始和結(jié)束的SOC為33.99%和34.02%。經(jīng)計算，該日儲能系統(tǒng)效率為93.88%。該周期中儲能系統(tǒng)經(jīng)歷多次深充深放過程，平均日充放電量為841.58 kWh和764.15kWh，平均日儲能系統(tǒng)效率為90.80%。
這是鉛炭電池對比，在一天之中，儲能系統(tǒng)經(jīng)歷一次較深的充放電過程。以電池充放電時起始和結(jié)束的SOC皆為29.6%為計算周期，即上午8:42至20:00時間段內(nèi)，該儲能系統(tǒng)的充電量為709.8kWh，放電量為590.1kWh，經(jīng)計算，儲能系統(tǒng)效率為83.09%。同樣，對鉛炭電池儲能系統(tǒng)在一周之內(nèi)的平均儲能效率進行了估算，該周中儲能系統(tǒng)經(jīng)歷多次深充深放過程，平均日充放電量為485.45 kWh和560.23kWh，平均日儲能系統(tǒng)效率為86.6%。
這個是技術(shù)對比，這個是經(jīng)濟效率，格爾木光伏電站年增發(fā)電量約135萬度；電費收益135萬元，光伏電站凈收益13.5萬元。這是我們分配標(biāo)準(zhǔn)，10%。華能哈密石城子0.5MW/2 MWh 光儲一體化示范工程，已經(jīng)開始投運了。這是經(jīng)濟項目的分析，很多分析我們做的不如大家好，我們在發(fā)電市場中沒有那么激烈。
這是后期在研的儲能技術(shù)，清能院自主安全直流組網(wǎng)儲能技術(shù)，集團要求我們怎么保證安全，在直流系統(tǒng)上開發(fā)系統(tǒng)，主要是安全性能問題。由于電池模組串聯(lián)，電池模組之間沒有隔離和處置措施，當(dāng)一個電池模組故障時，如短路、斷路等，會對電路上其他電池的電氣安全造成嚴(yán)重影響；由于電池模組本身沒有隔熱和防火裝置，當(dāng)一個電池模組熱失控發(fā)生起火時，會直接導(dǎo)致相鄰模組燃燒，無法避免，存在嚴(yán)重的安全隱患。歐陽明高院士也說了“
電池?zé)崾Э厥请姵仄鸹鹬饕颍姵叵到y(tǒng)安全技術(shù)將成企業(yè)競爭主戰(zhàn)場”。這里面電池安全切口，我們經(jīng)過一些相關(guān)的論證分析，更多分析覺得，如果起火的話各打50大板，電池、工藝等等都是一些因素，并不是說電池本身的原因。20Ah的電芯熱失控能量約48000J。
系統(tǒng)越大型，故障率越接近百分之百。出現(xiàn)電池故障的概率接近百分之百，出現(xiàn)惡性事件的概率超過5%。高頻高強度使用場景下，幾乎一定出現(xiàn)惡性事件。
首次提出自主安全直流組網(wǎng)技術(shù)，電池組不直接并聯(lián)，通過DC-DC變流器達到虛擬并聯(lián)，單組電池故障導(dǎo)致時可迅速切出，安全性較高。這個就是我們的系統(tǒng)，我們通過電池模組，通過DC-DC實現(xiàn)直流連接。通過雙向逆變器，我們這個不叫PCS，因為我們沒有那么多PCS功能，再轉(zhuǎn)成交流輸出。
電池模組DC-DC控制器研發(fā)，采用小功率模塊化的“積木式”設(shè)計開發(fā)了DC-DC控制器模塊；集成了BMS全部功能，可作為電池輸出和管理接口；研究了控制器的集成度、可靠性和耐候性?？梢约嫒莶煌愋秃筒煌芳夒姵啬＝M的獨立充放電管控技術(shù)。
通過DC-DC變流器解耦，可大大降低對電池組規(guī)格的要求，兼容不同類型、不同品級和規(guī)格的電池，提高電池間的主動均衡性。針對低成本或低品級電池，優(yōu)化系統(tǒng)分散式控制技術(shù)優(yōu)化，提升各電池組協(xié)同運行穩(wěn)定性；根據(jù)負(fù)載的工況，調(diào)整工作模塊的數(shù)量，確保系統(tǒng)工作在最佳的效率區(qū)間；降低單一電池組性能劣化或故障對其他電池模組影響，提高電池儲能系統(tǒng)的穩(wěn)定性和服役壽命。在新能源并網(wǎng)、微電網(wǎng)、用戶側(cè)儲能、服務(wù)儲能、通信儲能、其他儲能當(dāng)中都可以應(yīng)用。 這個是2014年到現(xiàn)在的專利，大概15個，直流側(cè)這一塊有15個專利（圖）。
這個是總結(jié)：直流組網(wǎng)儲能技術(shù)，可解決電池儲能系統(tǒng)存在的較為嚴(yán)重的安全性低、一致性不強、效率較低的問題。本研究成果在解決可再生能源限電問題，提升火電調(diào)頻能力和安全性，提升電站經(jīng)濟效益等方面具有重要的推廣價值。成果可應(yīng)用于光伏、風(fēng)電消納、微網(wǎng)和火電AGC調(diào)頻項目，為電力系統(tǒng)在儲能領(lǐng)域未來的發(fā)展提供技術(shù)支撐。
這是我的報告，現(xiàn)在我們集團對于新能源、儲能都有著新需求，包括后期收購也是集團需求，現(xiàn)在我們有英國110瓦時的儲能項目，還有熱廣電，安徽分公司有40兆瓦時，當(dāng)然還有一些，這些都是我們在深度參與，并且在其中做了一些很關(guān)鍵的工作。我現(xiàn)在說這些，大家有什么新的技術(shù)可以線下溝通，爭取把這個行業(yè)帶動起來，在發(fā)電側(cè)存量很大，還是希望大家一起來發(fā)展，謝謝大家。
