中國儲能網(wǎng)訊：2017年4月24-26日，第七屆中國國際儲能大會在蘇州香格里拉酒店圓滿召開，來自中、美、英、德、澳、日、韓等國家的1400余位嘉賓到場參會。大會共邀請140余位行業(yè)專家與企業(yè)代表，圍繞產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)話題，發(fā)表了一系列精彩演講，中國儲能網(wǎng)將向讀者傳遞本次大會最具價值的聲音。
大會期間，東莞市邁科新能源有限公司產(chǎn)品部高級經(jīng)理董俊先生在“儲能電站暨微電網(wǎng)專場”，以《電網(wǎng)級鋰電池儲能系統(tǒng)的應(yīng)用及其價值》為題發(fā)表演講，現(xiàn)將演講主要內(nèi)容發(fā)布，以饗讀者。
董俊：各位來賓，各位專家下午好，我分享的報(bào)告是《電網(wǎng)級鋰電儲能的應(yīng)用及其價值》，主要從四個方面來為大家闡述。第一是針對我國現(xiàn)階段的電網(wǎng)架構(gòu)：我們可以看一下現(xiàn)在這個圖上所顯示的，2016年我國裝機(jī)容量，火電占了64%，基本上占據(jù)了主要發(fā)電的布局，很大程度上是針對化石能源的利用。
對于火力發(fā)電的弊端，主要是針對煙氣污染、粉塵污染和資源消耗這幾部分；針對煙氣的排放，造成二氧化硫、氮化物以及酸性氣體的不斷增加，使國內(nèi)很多地區(qū)酸雨量明顯增加。全國每年會產(chǎn)生約140萬噸的二氧化硫。
對于粉塵污染，在臨近電站的附近，粉塵污染是相當(dāng)嚴(yán)重的，對生活及植物的生長造成不良的影響，每年會產(chǎn)生1500萬噸的煙塵。
對于資源消耗，火力發(fā)電機(jī)組要是通過水作為冷卻介質(zhì)，一座1000MW的火力發(fā)電廠，日耗水量在十萬噸左右。全國每年消耗5000萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。
當(dāng)前形成霧霾的主要原因是火力發(fā)電和機(jī)動車排放兩種形式產(chǎn)生。
現(xiàn)階段，火力發(fā)電比例的減少，必須提高水電、光伏、風(fēng)能等可再生能源的發(fā)電比例，隨著光伏以及風(fēng)能等再生能源在電網(wǎng)中的比重增加，由于風(fēng)、陽光受氣候的影響，不可控，使其具有間歇性和波動性，所以在一些場合，針對光伏和風(fēng)電認(rèn)為是垃圾電，因?yàn)樗鼘φ麄€電網(wǎng)的運(yùn)作來說，是帶來了很大的調(diào)頻的壓力。所以儲能裝置的應(yīng)用可以在很大程度上，使光伏和風(fēng)電平滑輸入電網(wǎng)，提高應(yīng)用率。
第二是針對儲能的應(yīng)用領(lǐng)域，在發(fā)電側(cè)，第一是可以減少系統(tǒng)的裝機(jī)容量的需求，第二是提高發(fā)電設(shè)備的利用效率。第三是提高可再生能源計(jì)劃發(fā)電的計(jì)劃，第四是穩(wěn)定輸出提高效率。其價值體現(xiàn)，第—，發(fā)電廠投資和運(yùn)營的費(fèi)用會降低；第二，發(fā)電成本會降低；第三，網(wǎng)損會降低。
在電網(wǎng)側(cè)，第一，延緩輸配電的投資；第二，提高資產(chǎn)利用率；第三，提高了可再生能源的接入量；第四，穩(wěn)定供求的平衡。它的價值體現(xiàn)主要是輸入電投資減少，再一個是網(wǎng)損的減少。
在終端用戶側(cè)，第一，需求側(cè)管理，第二，提高用電設(shè)備的資源配置；第三，備用電源，其價值體現(xiàn)第一是對于用電成本的降低。第二是電能質(zhì)量的提高，還有可靠性的提高。第三是提高生活指數(shù)。
傳統(tǒng)的儲能電網(wǎng)是發(fā)、輸、配、用一氣呵成，單向鏈?zhǔn)降慕Y(jié)構(gòu)。有了儲能的接入后，使能源互聯(lián)網(wǎng)成為了一種可能，形成雙向的交互式結(jié)構(gòu)體系，可就地發(fā)電，就地儲存，就地使用，以及余電共享。
在電動汽車的應(yīng)用領(lǐng)域，機(jī)動車的尾氣排放已經(jīng)成為空氣污染的主要來源之一，減少機(jī)動車的尾氣排放成為我國空氣質(zhì)量改善的重要手段，其中電動車將是不可缺少的主要手段。而加強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)，將大大的促進(jìn)電動車的發(fā)展，包括完善電動車的基礎(chǔ)配套設(shè)施。科學(xué)合理的電動車充電站的布局，充放電站的基礎(chǔ)設(shè)施滿足電動汽車行業(yè)的發(fā)展和消費(fèi)者的需求，同時減少了充電設(shè)施對電網(wǎng)帶來的沖擊。
針對風(fēng)力的應(yīng)用，主要是在平滑輸出和削峰填谷。針對風(fēng)電本身的特性，由于風(fēng)電固有的隨機(jī)性、間歇性，決定了其規(guī)模越大，對電網(wǎng)的調(diào)峰運(yùn)行的需求量就會越大，在風(fēng)機(jī)的裝機(jī)占總?cè)萘康谋壤?0%以內(nèi)，依靠傳統(tǒng)的調(diào)峰調(diào)頻手段基本上可以滿足電網(wǎng)安全的需求。如果達(dá)到20%甚至更高，電網(wǎng)的調(diào)峰能力和安全運(yùn)維將面臨著比較巨大的挑戰(zhàn)。
目前為了減少其對電網(wǎng)的沖擊，每一臺風(fēng)機(jī)需要配備其功率4%的后備蓄電池。它還需要1%的蓄電池用于緊急情況時能量的需求。隨著風(fēng)電的快速發(fā)展，風(fēng)電和電網(wǎng)之間的矛盾也是越來越突出，如果需要平滑風(fēng)電90%以上的電力輸出，則需要為風(fēng)電廠配置20%額定容量的儲能電池。如果希望風(fēng)電廠還能具備削峰填谷的功能，需要具備相當(dāng)于40%到50%的儲能電池。如果風(fēng)機(jī)需要離網(wǎng)發(fā)電，則需要更大的儲能電池作為能源的支撐。
針對光伏發(fā)電側(cè)，也和風(fēng)電類似的，一個是平滑功率輸出，再一個是削峰填谷。光伏主要是依賴于太陽光，在大型光伏電站主要是采用并網(wǎng)發(fā)電的模式，對于電網(wǎng)的調(diào)峰能力有比較高的要求。目前我國電力系統(tǒng)煤電比較高，核電和熱電機(jī)組不能參與調(diào)峰，水電、燃?xì)獍l(fā)電具有比較好的調(diào)峰性能，但所占比例不高。如果說光伏發(fā)電接入電網(wǎng)的比例增加，其對輸出穩(wěn)定性的電網(wǎng)調(diào)控造成非常大的困難。
光伏發(fā)電系統(tǒng)中儲能電池的作用就是貯存太陽能電池矩陣受光照時多余的電能，隨時可以向負(fù)載進(jìn)行供電。光伏發(fā)電對儲能電池的基本要求是自放電率低、使用壽命長、深放電能力強(qiáng)、充電效率高、少維護(hù)或者是免維護(hù)，工作溫度范圍比較寬，價格需要低廉。
針對在分布式場合的應(yīng)用，分布式的能源可以用在離網(wǎng)運(yùn)行，也可以用在并網(wǎng)運(yùn)行，避免電力系統(tǒng)在遠(yuǎn)距離傳輸時的一些線路損耗，及一些極端惡劣環(huán)境下的應(yīng)用場景，具有非常好的經(jīng)濟(jì)效益跟節(jié)能減排的效益。分布式發(fā)電與儲能技術(shù)的結(jié)合，大大提高了系統(tǒng)能源利用率，改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性及經(jīng)濟(jì)性。
在商業(yè)應(yīng)用場景主要是作為峰值控制，減少負(fù)荷峰谷差，提高系統(tǒng)效率和設(shè)備利用率。如果電力系統(tǒng)大規(guī)模的使用儲能電站，即在晚間負(fù)荷低谷時段進(jìn)行儲存，白天再釋放出來，就能在一定程度上減少企業(yè)在高峰時對電網(wǎng)的需求，提高系統(tǒng)的效率和輸配電設(shè)備的使用效率，延緩新的發(fā)電機(jī)組或者線路增容的需求，節(jié)約大量的投資。鋰電池系統(tǒng)的高效率、高功率和高速反應(yīng)速度特別適合這種應(yīng)用場景。
在調(diào)頻市場主要是作為平衡電網(wǎng)。電網(wǎng)供需的不平衡直接反映到電網(wǎng)頻率的偏移上，負(fù)荷過大的時候頻率減低，發(fā)電量過多，頻率提高。相對于傳統(tǒng)調(diào)頻技術(shù)，鋰電池儲能在響應(yīng)速度上具有壓倒性優(yōu)勢。
從圖上可以看得到，在傳統(tǒng)調(diào)頻的機(jī)組實(shí)際出力和調(diào)度指令之間的反差，造成調(diào)節(jié)的反向、調(diào)節(jié)的偏差以及調(diào)節(jié)的延時。
如果采用鋰電池儲能技術(shù)，在額定功率范圍內(nèi)，可以做到在1秒內(nèi)滿足99%以上的精度，完成指定的功率輸出。其綜合影響能力完全可以滿足在AGC調(diào)頻的時間尺度的大功率的變換需求。
對于傳統(tǒng)的調(diào)頻技術(shù)，電池儲能系統(tǒng)在調(diào)頻能力上具有明顯的優(yōu)勢。以這個表為基礎(chǔ)，假設(shè)這個區(qū)域的電網(wǎng)需要在2分鐘內(nèi)有20MW的功率提升，對系統(tǒng)的爬坡能力是在10MW每分鐘，如果火力機(jī)組的爬坡效率是2%每分鐘，則需要配備一個500MW的火電機(jī)組來滿足這個需求，如果采用20兆瓦的儲能系統(tǒng)，瞬間就可以完成功率提升需求。在調(diào)節(jié)速率的需求下，1MW的儲能系統(tǒng)提供的AGC調(diào)頻能力相當(dāng)于是25MW的火力發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻能力。如果我們的功率調(diào)節(jié)需求提升到20MW每分鐘的情況下，儲能的調(diào)頻替代效果相當(dāng)于火力發(fā)電機(jī)組的50倍。
可以看出系統(tǒng)對調(diào)節(jié)需求越緊迫，儲能技術(shù)的優(yōu)勢就越明顯，在美國西太平洋國家實(shí)驗(yàn)室通過更復(fù)雜的仿真得到了相似的結(jié)論，具有快速調(diào)節(jié)能力的儲能技術(shù)，能夠更有效的提供調(diào)頻服務(wù)，根據(jù)電力市場的電源特點(diǎn)，平均來看，儲能的調(diào)頻效果是水電機(jī)組的1.7倍左右。是燃?xì)庹{(diào)頻機(jī)組的2.5倍左右，是火力發(fā)電機(jī)組的20倍以上。
針對不同儲能技術(shù)的特點(diǎn)，從這個表上可以看到，我們一般的儲能類型分為機(jī)械儲能、電磁儲能以及電化學(xué)儲能?，F(xiàn)在大規(guī)模應(yīng)用的主要是以抽水蓄能為主?？諝鈮嚎s它的規(guī)模大，但是國內(nèi)應(yīng)用相對來說沒有美國這么普遍，它主要是響應(yīng)慢，然后對地理環(huán)境需求比較苛刻，需要有一定的地理資源才能滿足系統(tǒng)的搭建。對于飛輪儲能，它的比功率很大，但是成本高，噪音相對也比較大。
在電磁儲能部分，它的特點(diǎn)主要是響應(yīng)快，功率高，但是相對的成本也比較高，超導(dǎo)的維護(hù)比較麻煩，高能電容的比能量又太低，對于超級電容來說它的比能量也比較低。
在電化學(xué)儲能這邊，鉛酸電池這塊技術(shù)是最成熟的，但是它帶來的最主要問題還是環(huán)保問題。液流電池的壽命長，可深放，適于組合，效果高，環(huán)保性好，但是儲能密度稍低。對于鈉硫系統(tǒng)來說，比能量和比功率比較高，高溫條件、運(yùn)行安全問題有待改善。對于鋰電池來說，它的比能量比較高，成組壽命和安全問題還是有待改善。
下面介紹一個儲能的案例。這里給大家展示的是一個4MW/2MWh儲能系統(tǒng)的構(gòu)架，這邊采用的電芯是32650的5.5Ah電芯，通過15并16串形成一個最小子單元，由13個子單元串聯(lián)形成一個最小的電池柜，由這種電池柜在5并的結(jié)構(gòu)下形成一個最小的儲能子系統(tǒng)。然后由8個這樣的子系統(tǒng)形成一個2MWh的電池儲能系統(tǒng)。它的主要成分就是50kWh的電池柜有40臺，總控系統(tǒng)分了8路。500kW的變流器8臺，升壓變壓器配置了4臺，就地監(jiān)控系統(tǒng)一1套，系統(tǒng)整體是由4臺集裝箱整合在一起。但是升壓變不安裝在集裝箱內(nèi)。
系統(tǒng)框圖的介紹。對于這個系統(tǒng)來說，是由4個這樣的子系統(tǒng)構(gòu)成，底部有電池系統(tǒng)、變流器，兩套這樣的儲能系統(tǒng)由一臺分裂式升壓變，接入到電網(wǎng)側(cè)的并網(wǎng)接入點(diǎn)，由這樣4套系統(tǒng)形成一個大型的4MW/2MWh的儲能系統(tǒng)；接入電網(wǎng)，參與到電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻的應(yīng)用中。
這個是系統(tǒng)的通訊拓?fù)鋱D，對于儲能來說，大堆棧的系統(tǒng)整合，一般情況下采用的是三級架構(gòu)的管理系統(tǒng)，最底層的BMU，負(fù)責(zé)剛剛提到的最小的子單元的管理。它的中間層是分BMS，一個分BMS管理13個BMU，然后由主BMS管理5個這樣的分BMS，也就是5臺電池柜形成了一個最小子單位的電池系統(tǒng)，然后有兩套這樣的電池系統(tǒng)整合在一起，形成了1MW/500kWh儲能子系統(tǒng)。
下面看到的就是500KW/250KWh儲能子單元系統(tǒng)，它的系統(tǒng)配置容量是250KWh，標(biāo)稱電壓是在665.6V，工作電壓是在600到750V之間，標(biāo)準(zhǔn)的充電功率是在250KW(1C)。它的放電標(biāo)準(zhǔn)倍率是2C，這套系統(tǒng)是可以滿足500KW的放電功率，充電工作溫度范圍是在零下10度到55度之間，放電工作溫度范圍是在零下20度到60度之間，存儲溫度范圍是在零下20度到40度之間，循環(huán)壽命是在衰減80%的情況下，環(huán)境溫度位25度，以0.5C的倍率進(jìn)行充放電，可以滿足大于3000次以上的充放電循環(huán)。通訊接口為CAN、RS485、LAN通訊，均衡方式采用的是被動均衡。
這個布置圖是根據(jù)1MW/500KWh的子系統(tǒng)設(shè)備，在20尺集裝箱內(nèi)的布局形式，一臺總控柜負(fù)責(zé)5臺電池柜，有一臺電池柜是作為預(yù)留的空間，以便后期的增容。在右側(cè)是兩臺500KW的變流器，基本上一個20尺的集裝箱可以滿足1兆瓦的功率輸出持續(xù)半小時。
針對這個方案我就介紹到這里，謝謝大家。
?。ū疚母鶕?jù)現(xiàn)場錄音整理，未經(jīng)本人審核）
發(fā)言人簡介：
董俊，現(xiàn)任東莞市邁科新能源有限公司產(chǎn)品部高級經(jīng)理，從事電力行業(yè)工作12年，2012-1016年服務(wù)于CATL，致力于推廣鋰電池儲能系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。
