中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：2017年4月24-26日，第七屆中國國際儲(chǔ)能大會(huì)在蘇州香格里拉酒店圓滿召開，超過1400位國內(nèi)外嘉賓到場參會(huì)。大會(huì)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(chǔ)能網(wǎng)將向讀者傳遞本次大會(huì)最具價(jià)值的聲音。
大會(huì)期間，中國電建西北勘測設(shè)計(jì)研院有限公司光電設(shè)計(jì)院副總工程陳剛在“儲(chǔ)能電站暨微電網(wǎng)專場”，以《西藏雙湖可再生能源局域網(wǎng)工程設(shè)計(jì)分享》為題發(fā)表演講，現(xiàn)將演講主要內(nèi)容發(fā)布，以饗讀者。
中國電建西北勘測設(shè)計(jì)研院有限公司光電設(shè)計(jì)院副總工程陳剛
陳剛：今天報(bào)告分六個(gè)部分，第一，工程概況，第二，局域網(wǎng)技術(shù)方案，第三，光伏裝機(jī)容量及儲(chǔ)能系統(tǒng)裝機(jī)容量，第四，儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)方案，第五，工程總結(jié)，第六，重點(diǎn)項(xiàng)目介紹。
中國電鍵集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司成立于1950年，現(xiàn)隸屬于中國電力建設(shè)集團(tuán)有限公司，面向國內(nèi)外市場，為綜合能源利用、能源建設(shè)開發(fā)，提供全方位綜合性的方案規(guī)劃服務(wù)。西北院在水電與新能源、基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域大力開展EPC總承包、工程投資運(yùn)營，業(yè)務(wù)范圍覆蓋水電、風(fēng)電、光電、交通、市政等多各行業(yè)領(lǐng)域，我們院是第一批的國家級工程設(shè)計(jì)綜合資質(zhì)甲級。是中國勘察設(shè)計(jì)綜合實(shí)力百強(qiáng)單位。
雙湖的工程概況給大家介紹一下，西藏雙湖可再生能源局域網(wǎng)工程是國家援建的大型離網(wǎng)型光儲(chǔ)微電網(wǎng)項(xiàng)目，項(xiàng)目是由西北院設(shè)計(jì)和承建的，2014年開始開展前期工作，2016年3月受西藏能源局委托開展可研設(shè)計(jì)和施工工作，項(xiàng)目已經(jīng)于2016年9月投運(yùn)發(fā)電，地點(diǎn)在西藏那曲雙湖縣，是我們國家總年輕的一個(gè)縣，是2012年才建立的，全縣的海拔是5100米。項(xiàng)目的地就在雙湖縣，這個(gè)項(xiàng)目地的海拔也是5100米，當(dāng)時(shí)的目的，通過儲(chǔ)能技術(shù)建立一個(gè)獨(dú)立的供電網(wǎng)，為解決當(dāng)?shù)厝彪姷臓顩r，為實(shí)現(xiàn)人均用電量達(dá)到1100瓦。整個(gè)雙湖縣的人口有5600人。
西北院同時(shí)開展了雙湖縣、改則縣和尼瑪縣三個(gè)離網(wǎng)局域網(wǎng)項(xiàng)目的前期設(shè)計(jì)工作，西北院是EPC總承包方完成了雙湖縣可再生能源局域網(wǎng)，5月1號正式開工，到9中旬電站投運(yùn)發(fā)電，雙湖縣項(xiàng)目近鄰雙湖縣城，海拔5100米，平均溫度只有零下5度，冬季含氧量只有內(nèi)地的30%，無霜期不足80天，成為人類生理極限實(shí)驗(yàn)場。
2016年國內(nèi)最大的光儲(chǔ)微電網(wǎng)項(xiàng)目，高起點(diǎn)，高難度的雙湖項(xiàng)目成功投運(yùn)后，成為西藏地區(qū)后續(xù)同類項(xiàng)目借鑒的模板。雙湖項(xiàng)目、雙湖精神被《中國能源報(bào)》、中國能源網(wǎng)、國務(wù)院國資委新聞中心、《中國電力報(bào)》等多家媒體追蹤報(bào)告，雙湖項(xiàng)目也是2016年儲(chǔ)能行業(yè)的重大事件，對儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了積極的影響。
第二個(gè)，我把整個(gè)局域網(wǎng)的技術(shù)方案給大家做一個(gè)介紹。整個(gè)裝機(jī)容量是3兆瓦，儲(chǔ)能系統(tǒng)是7兆瓦，23個(gè)兆瓦時(shí)，用的是磷酸鐵鋰和三元鋰，里面配了兩臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)，建設(shè)了一個(gè)10千伏的開放站。總體方案來講，我們這個(gè)局域網(wǎng)一體化智能系統(tǒng)功能及構(gòu)架，在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集平臺(tái)上，我們實(shí)現(xiàn)了局域網(wǎng)SCADA系統(tǒng)，局域網(wǎng)的調(diào)度及優(yōu)化控制，局域網(wǎng)的進(jìn)電保護(hù)系統(tǒng)的管理，局域網(wǎng)配電自動(dòng)化，電能計(jì)量及自動(dòng)抄表系統(tǒng)，還有整個(gè)電站的環(huán)境監(jiān)視。
下面是數(shù)據(jù)采集，包括各種新能源的子系統(tǒng)，包括光伏發(fā)電系統(tǒng)，還有柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，整個(gè)機(jī)電保護(hù)，還有整個(gè)縣城配電網(wǎng)的自動(dòng)化終端，包括智能用電集抄系統(tǒng)。
對西藏局域網(wǎng)來講，我們在設(shè)計(jì)的重點(diǎn)首先是為了穩(wěn)定可靠的解決當(dāng)?shù)夭刈逋挠秒妴栴}，因?yàn)槲鞑氐貐^(qū)原來只建設(shè)了一個(gè)70千瓦的光伏電站，整個(gè)地區(qū)用電量非常緊缺，在2012年左右，國家投資建了一座小水電，但是整個(gè)的運(yùn)營工況非常惡劣，整個(gè)水電站建好以后運(yùn)行了一個(gè)多月就出現(xiàn)了非常大的故障，維護(hù)費(fèi)用也非常高。
所以對于西藏地區(qū)來講，第一是為了解決它的電源、用電問題，保證它有一個(gè)可靠性的電源，局域網(wǎng)的調(diào)度優(yōu)化控制系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)安全運(yùn)行的核心，通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，對氣象預(yù)測，電池電量數(shù)據(jù)，光伏發(fā)電數(shù)據(jù)和配電網(wǎng)負(fù)荷等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，在滿足各種電源運(yùn)行約束條件下，實(shí)現(xiàn)各類電源的協(xié)調(diào)處理，保證電網(wǎng)電壓顛連和負(fù)荷的合理分配，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)度和優(yōu)化控制，保證電網(wǎng)電壓和頻率的穩(wěn)定和系統(tǒng)安全運(yùn)行，雙湖項(xiàng)目局域網(wǎng)調(diào)度及優(yōu)化控制主要是以下四個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)，第一個(gè)是頻率的控制，第二個(gè)是電壓控制，另外是黑啟動(dòng)，和柴發(fā)和儲(chǔ)能主電源之間的切換控制，正常我們是以儲(chǔ)能為主電源核心，進(jìn)行電壓和頻率的控制，在資源不太好的情況下就可能采用發(fā)電機(jī)作為主電源，所以它出現(xiàn)了柴油發(fā)電機(jī)和儲(chǔ)能系統(tǒng)有一個(gè)電源控制切換的問題。
這是我們整個(gè)局域網(wǎng)控制系統(tǒng)的構(gòu)架，這個(gè)構(gòu)架是從三個(gè)方面來，就地控制層，協(xié)調(diào)控制層，系統(tǒng)控制層。系統(tǒng)控制層完成綜合數(shù)據(jù)采集預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化控制和調(diào)度管理，保證系統(tǒng)內(nèi)電力電量的平衡，系統(tǒng)控制層實(shí)現(xiàn)其他如繼電保護(hù)信息管理、配電自動(dòng)化、計(jì)量自動(dòng)化、歡迎監(jiān)控等功能。中間有一個(gè)協(xié)調(diào)控制層，在局域網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)，對網(wǎng)內(nèi)微源的控制模式及控制參數(shù)的設(shè)置，保證局域網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，維持全網(wǎng)電壓和頻率在允許范圍之鎳，協(xié)調(diào)控制層設(shè)置了兩臺(tái)系統(tǒng)控制器，一臺(tái)為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)控制，一臺(tái)實(shí)現(xiàn)暫態(tài)控制，協(xié)調(diào)控制層與就地控制層采用IEC61850 GOOSE網(wǎng)連接，保證了系統(tǒng)控制的實(shí)時(shí)性。
就地控制層，系統(tǒng)內(nèi)注入開關(guān)、線路、光伏發(fā)電單元、儲(chǔ)能系統(tǒng)、配電變壓器等控制、保護(hù)測控裝置，主要功能為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各單元的數(shù)據(jù)采集和控制。通過快速獨(dú)立的通信網(wǎng)絡(luò)與后臺(tái)進(jìn)行通訊。
離網(wǎng)光儲(chǔ)電站有一個(gè)最大的問題，就是它的光伏裝機(jī)容量的確定，和它儲(chǔ)能系統(tǒng)容量的確定，它不同于我們一般的光伏電站或者儲(chǔ)能電站，我光伏裝機(jī)容量是確定的，或者儲(chǔ)能系統(tǒng)是確定的，只是解決一下我的整個(gè)電氣的設(shè)計(jì)方案。離網(wǎng)光伏電站我必須要根據(jù)它的負(fù)荷需求，最后要保證網(wǎng)內(nèi)的電力電量的平衡，所以對于光伏的裝機(jī)容量和儲(chǔ)能的容量要進(jìn)行一個(gè)設(shè)計(jì)。雙湖項(xiàng)目為光儲(chǔ)柴局域網(wǎng)，主要電源是光伏，柴油發(fā)電機(jī)作為輔助電源，儲(chǔ)能系統(tǒng)作為觸電載體，并承擔(dān)構(gòu)建系統(tǒng)電壓、頻率的功能，是光儲(chǔ)局域網(wǎng)的核心系統(tǒng)，雙湖局域網(wǎng)整體系統(tǒng)相對電源比較單一，這也是考慮到西藏地區(qū)的太陽能資源非常豐富，它的風(fēng)電也是有的，但是由于海拔比較高，它的風(fēng)功率密度比較低，另外小型風(fēng)機(jī)在高原的經(jīng)濟(jì)性非常差，所以我們就考慮還是采用單一的太陽能作為它的主電源，這樣對我們以后構(gòu)成整個(gè)局域網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)，也相對比較簡單，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
在對規(guī)劃設(shè)計(jì)中有兩點(diǎn)最重要的工作要做介紹，第一個(gè)是光伏裝機(jī)容量的設(shè)計(jì)，第二個(gè)是對儲(chǔ)能系統(tǒng)容量的設(shè)計(jì)。
光伏裝機(jī)容量確定的話就要考慮兩個(gè)約束條件，第一個(gè)是太陽能資源的最小時(shí)段，第二個(gè)是負(fù)荷電量需求的最大時(shí)段，在冬天、夏天，由于太陽日照時(shí)間的變化，對我來講在沒有外電源補(bǔ)充的情況下，我這個(gè)太陽能的資源必須要保證我對電量的需求，所以我就要考慮太陽能最小時(shí)段，這個(gè)時(shí)候太陽能的資源情況。
第二個(gè)情況就是采用同樣的組件在不同的安裝方式，比如說固定安裝，或者是跟蹤方式，固定安裝的情況下，安裝角度的差異，它在冬天或者不同的季節(jié)，它的發(fā)電量，它的處理是有差異的。所以我們就要考慮到，第一我確定的這種安全服裝，因?yàn)槲覀兛紤]到它的維護(hù)特點(diǎn)，所以還是采用的固定安裝的方式。接下來是進(jìn)行了負(fù)荷分析，西藏的冬季比較冷，采暖負(fù)荷是比較大的，所以我們設(shè)計(jì)冬季的日負(fù)荷電量是22000度電，夏天的話是14670度電。經(jīng)過一個(gè)太陽能資源的復(fù)習(xí)，和一個(gè)負(fù)荷的分析，我們通過軟件可以確定安裝傾角。這個(gè)安裝傾角是保證在冬天發(fā)電量最大，是在我負(fù)荷需求最大的情況下。最后要電量平衡和日照最短時(shí)間的儲(chǔ)能，保證它的儲(chǔ)存電量。
下來是兩種傾角的情況下不同的日照，和在同樣組件的情況下，我在冬季和夏季兩種不同的角度它的發(fā)電量，這樣可以優(yōu)化整個(gè)光伏裝機(jī)的容量，實(shí)現(xiàn)最好的經(jīng)濟(jì)性。
儲(chǔ)能系統(tǒng)容量，因?yàn)閮?chǔ)能系統(tǒng)它要考慮到在沒有太陽以后的供電，冬至日和夏至日日照時(shí)長的對比圖，可以看到冬至日的話從早上7點(diǎn)到下午5點(diǎn)，這段時(shí)間是有日照的。夏至日是從早上5點(diǎn)到20點(diǎn)，這段時(shí)間都是有日照的。所以咱們從這張圖上可以看到，我對負(fù)荷供電的情況下，是有光伏板可以直接供電的，晚上沒有日照的情況下全要靠電池來供電，在日照短的情況下，夜間供電時(shí)間需要更長，所以對電池的容量要求就會(huì)更大。這兩張是夏至日和冬至日的組合，冬天的話曲線是太陽騰的光出率，兩邊就是需要的蓄電池的容量，夏天需要的電池容量比較小，冬天的電池容量比較大。
這是整個(gè)儲(chǔ)能方案，剛才是一個(gè)儲(chǔ)能裝機(jī)容量和光伏裝機(jī)容量，我們這個(gè)儲(chǔ)能技術(shù)方案整個(gè)是7兆瓦和23兆瓦時(shí)，分為兩組，一組是4兆瓦，13兆瓦時(shí)，另外一組是3兆瓦，10兆瓦時(shí)，分別經(jīng)過一臺(tái)3150的變壓器，從380伏升到10千伏接入10千伏母線。因?yàn)閮?chǔ)能系統(tǒng)要承擔(dān)主電源，所以儲(chǔ)能系統(tǒng)要保證我的單機(jī)裝機(jī)容量足夠大，所以我們這個(gè)經(jīng)過了最大的是80PCS進(jìn)行拼機(jī)，另外一組是6臺(tái)PCS500千瓦的拼機(jī)。
儲(chǔ)能系統(tǒng)里面有幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，第一個(gè)是要實(shí)現(xiàn)最大8臺(tái)500千瓦的PCS并機(jī)，并機(jī)運(yùn)行的多組電池的一致性是保證光儲(chǔ)局域網(wǎng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。根據(jù)儲(chǔ)能系統(tǒng)功能進(jìn)行電池類型的選擇，V/F電源規(guī)模容量受限于10千伏變壓器制造容量，因?yàn)樗菑牡蛪?80直接升到10千伏，對它的制造容量也是有一定限制的。我們在這個(gè)系統(tǒng)里面為了維護(hù)電池的可靠運(yùn)行，是保證電池正常運(yùn)行及電池壽命的關(guān)鍵，雙湖項(xiàng)目因地處高寒地帶，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了儲(chǔ)熱裝置減少夜間對電池電量的損耗。
存在的問題，雙湖項(xiàng)目發(fā)生過10千伏配電王變壓器投運(yùn)勵(lì)磁涌流導(dǎo)致儲(chǔ)能PCS過負(fù)荷停機(jī)事件，由于PCS過載能力較低，配電變投退對系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生了威脅，目前的解決方案就是配電自動(dòng)化里面，低壓側(cè)都有自動(dòng)化設(shè)計(jì)，從低壓側(cè)投退，避免高壓側(cè)投退，目前還在尋求解決的辦法。
第二個(gè)問題，大型儲(chǔ)能電站處于建設(shè)的初期階段，工程決末量級變化導(dǎo)治工程技術(shù)難度增大，多機(jī)并機(jī)運(yùn)行對系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備提出了更高的技術(shù)要求，也使系統(tǒng)產(chǎn)生潛在的風(fēng)險(xiǎn)。通過雙湖項(xiàng)目的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，在系統(tǒng)集成和設(shè)備采購時(shí)，建議盡量減少儲(chǔ)能設(shè)備的多樣性，避免片面追求工程的示范性和電源種類的多樣性，而給系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行帶來隱患，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)無法運(yùn)行。
下面是標(biāo)準(zhǔn)問題，雙湖項(xiàng)目進(jìn)行儲(chǔ)能系統(tǒng)安裝、調(diào)試、驗(yàn)收以及電站啟動(dòng)時(shí)缺少相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，如對儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行VF電源實(shí)驗(yàn)時(shí)如何對其進(jìn)行開機(jī)啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)，需要與系統(tǒng)進(jìn)行哪些實(shí)驗(yàn)，如何檢驗(yàn)是否達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，這兩年國內(nèi)建設(shè)儲(chǔ)能電站的呼聲很高，特別是在解決新能源的棄電和參與電力系統(tǒng)的調(diào)頻方面，對促進(jìn)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有很大潛力，如果這些工程實(shí)施，也將面臨工程建設(shè)已驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)問題，因此未雨綢繆，盡快制訂相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，也是促進(jìn)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的保證。
另外西藏地區(qū)專業(yè)技術(shù)人員嚴(yán)重缺乏，地理位置偏遠(yuǎn)和環(huán)境惡劣也導(dǎo)致組建專業(yè)的運(yùn)營機(jī)構(gòu)困難，后期的運(yùn)營管理也是以當(dāng)?shù)厝藛T為主，因此對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該以簡單、運(yùn)行可靠為目的。要保證它用電的可靠性，以后運(yùn)營管理的簡便性。
最后把雙湖項(xiàng)目的一些工程情況給大家看一下，這是我們的工程建設(shè)的現(xiàn)狀，這是鳥瞰圖和安裝好的集裝箱儲(chǔ)能系統(tǒng)，這是建設(shè)里面的綜合樓，和建設(shè)中的雙湖局域網(wǎng)。
這是尼瑪可再生能源局域網(wǎng)的工程，是22瓦時(shí)，用到6兆瓦的鋰電池和6兆瓦的鉛碳電池，這個(gè)項(xiàng)目是在尼瑪縣，海拔是4800米，由于它的規(guī)模比較大，采用了多微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。
這是改則項(xiàng)目的基本情況，也是包括小水電、光伏、儲(chǔ)能、柴發(fā)和配電網(wǎng)。
我們公司正在做的是二連浩特的可再生能源微電網(wǎng)，這里面有光伏、風(fēng)電還有光熱加輸配電項(xiàng)目。
這是我們今年國家的示范項(xiàng)目，延安油田的2兆瓦的項(xiàng)目。
作者簡介：
陳剛，中國電建西北勘測設(shè)計(jì)研院有限公司光電設(shè)計(jì)院副總工程師，主要從事新能源電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
（本文根據(jù)現(xiàn)場錄音整理，未經(jīng)本人審核）
