中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：5月19日至21日，“第八屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)”在深圳隆重召開(kāi)， 來(lái)自中國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、加拿大、西班牙、日本、韓國(guó)、澳大利亞等國(guó)和地區(qū)1500余位政府機(jī)構(gòu)、科研院所、行業(yè)組織、電力公司、新能源項(xiàng)目單位、系統(tǒng)集成商等代表出席本次大會(huì)。
上能電氣股份有限公司研發(fā)常務(wù)副總趙龍?jiān)诜植际焦夥c儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用專(zhuān)場(chǎng)，發(fā)表了題為"直流耦合型光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)"的精彩演講。
演講內(nèi)容如下：
趙龍：各位來(lái)賓，大家好！我來(lái)自上能電氣股份有限公司深圳研發(fā)中心，很榮幸有機(jī)會(huì)跟大家分享上能電氣在過(guò)去幾年時(shí)間，圍繞直流耦合型光伏系統(tǒng)的相關(guān)研究成果。
眾所周知，光伏發(fā)電目前仍在存在一些系統(tǒng)性的問(wèn)題，包括光伏出力的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)問(wèn)題；支撐電網(wǎng)的功率實(shí)時(shí)調(diào)度響應(yīng)問(wèn)題；以及目前大量光伏電站集中在西部建設(shè)后，電力送出通道限制帶所來(lái)的一系列棄光限電問(wèn)題等等。
隨著光伏發(fā)電在電網(wǎng)中所占比例越來(lái)越高，上述問(wèn)題也越來(lái)越顯著，而儲(chǔ)能，則是解決上述問(wèn)題的重要手段。通過(guò)光伏電站應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)，不僅可以切實(shí)的解決棄光問(wèn)題，促進(jìn)可再生能源消納，實(shí)現(xiàn)可再生能源平滑功率波動(dòng)、削峰填谷、也是未來(lái)滿(mǎn)足可再生能源大規(guī)模接入電網(wǎng)的重要手段。
在過(guò)去幾年，上能電氣圍儲(chǔ)能技術(shù)開(kāi)展了多方面的研究工作，先后儲(chǔ)備了一些列產(chǎn)品和技術(shù)：我們有開(kāi)發(fā)模塊化的儲(chǔ)能PCS，以50KW為一個(gè)模塊單元，可以靈活并聯(lián)構(gòu)建各種功率的儲(chǔ)能變流器，具備靈活的功率配置和寬的電池電壓支撐范圍，該產(chǎn)品我們目前廣泛應(yīng)用于分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)和利用梯次電池構(gòu)建的儲(chǔ)能系統(tǒng)。同時(shí)我們也有開(kāi)發(fā)更大大功率的模塊化儲(chǔ)能PCS，單模塊功率達(dá)到125KW，通過(guò)PCS模塊并聯(lián)可以構(gòu)建500KW的模塊化儲(chǔ)能PCS，目前也廣泛應(yīng)用于工業(yè)和分布式的儲(chǔ)能系統(tǒng)。這些都屬于相對(duì)傳統(tǒng)的PCS變流器產(chǎn)品，在光伏電站中，也完全可以采用這些類(lèi)型的PCS來(lái)構(gòu)建儲(chǔ)能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)光伏和儲(chǔ)能的結(jié)合。目前的常規(guī)方案就是采用這些PCS，構(gòu)建獨(dú)立的儲(chǔ)能電站，通過(guò)變壓器在高壓端和光伏電站的出力耦合在一起，形成交流耦合式光伏儲(chǔ)能解決方案。但是，與光伏緊密結(jié)合的儲(chǔ)能電站，畢竟不同于獨(dú)立的儲(chǔ)能電站，采用這種傳統(tǒng)的交流側(cè)耦合的設(shè)計(jì)，在某些方面卻并不完美，包括設(shè)備投資大，光伏的電能存儲(chǔ)到電池要反復(fù)經(jīng)歷逆變，升壓，降壓，整流等多個(gè)環(huán)節(jié)，帶來(lái)系統(tǒng)效率的損失以及額外的投資成本的增加。EMS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也相對(duì)復(fù)雜，EMS需要同時(shí)控制光伏和儲(chǔ)能兩套系統(tǒng)，保證兩套系統(tǒng)出力矢量和符合控制要求，對(duì)系統(tǒng)的控制響應(yīng)速度有較高要求，實(shí)現(xiàn)起來(lái)會(huì)存在很多困難，EMS的復(fù)雜度和投資成本會(huì)非常高。
同時(shí)，前面幾位專(zhuān)家提到，在大型的發(fā)電系統(tǒng)中，PCS接入交流電網(wǎng)端口，并網(wǎng)手續(xù)、并網(wǎng)認(rèn)證也都會(huì)相對(duì)比較復(fù)雜，都可能會(huì)增加額外的成本。
所以，幾年前我們就開(kāi)始思考，能否結(jié)合光伏發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)，專(zhuān)門(mén)量身定制一套更適合光伏發(fā)電的儲(chǔ)能系統(tǒng)，為此上能電氣開(kāi)展了相關(guān)的系統(tǒng)研究和設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。
剛好在最近這段時(shí)間，美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室發(fā)布了一份最新的研究報(bào)告，報(bào)告中提到，到2020年，隨著太陽(yáng)能光伏在電網(wǎng)中的滲透率不斷提高，光伏加儲(chǔ)能的效益將越來(lái)越明顯，尤其在直流側(cè)，與儲(chǔ)能密切結(jié)合的設(shè)計(jì)模式在未來(lái)最有性?xún)r(jià)比。報(bào)告中給出不同方案的測(cè)算數(shù)據(jù)，包括純光伏發(fā)電、獨(dú)立光伏電站加獨(dú)立的儲(chǔ)能電站、在交流側(cè)耦合的光伏加儲(chǔ)能、以及在直流側(cè)耦合的光伏與儲(chǔ)能配合的技術(shù)方案，對(duì)各類(lèi)方案進(jìn)行了詳細(xì)的投資收益分析。在測(cè)算過(guò)程中，結(jié)合美國(guó)當(dāng)?shù)氐恼哐a(bǔ)貼，得出結(jié)果是在直流側(cè)耦合的光伏與儲(chǔ)能配合的方案性?xún)r(jià)比最優(yōu)。這其實(shí)與上能電氣針對(duì)這個(gè)問(wèn)題的觀點(diǎn)不謀而合。
我們認(rèn)為，圍繞與光伏緊密結(jié)合的儲(chǔ)能系統(tǒng)，如果其用途主要應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)削峰填谷，平滑出力曲線(xiàn)，跟蹤發(fā)電計(jì)劃，或者做速度相對(duì)較慢的二次調(diào)頻等功能時(shí)，可以?xún)?yōu)先采用效率更高，投資成本更低的直流側(cè)耦合分布式儲(chǔ)能方案。而針對(duì)與光伏結(jié)合相對(duì)較弱的其它儲(chǔ)能應(yīng)用，則仍可以采用傳統(tǒng)的交流側(cè)耦合解決方案。
圍繞實(shí)現(xiàn)光伏直流側(cè)耦合的分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)，我們開(kāi)發(fā)的核心設(shè)備是一臺(tái)專(zhuān)用的DCDC雙向功率變換器，實(shí)現(xiàn)直流到直流的雙向功率變換，充放電功率250kW；在這個(gè)設(shè)備中我們采用了最新的高效能功率器件，設(shè)備可以長(zhǎng)期工作于接近99%的高效率區(qū)間。同時(shí)，這款設(shè)備本身不僅僅是儲(chǔ)能的功率變換器，同時(shí)也集成了能量控制單元EMU、通信設(shè)備，環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、低壓配電、BMS監(jiān)控系統(tǒng)等等。對(duì)外只需要連接兩組電池、連接空調(diào)和消防，就能簡(jiǎn)單快速的構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化儲(chǔ)能系統(tǒng)。配合上能集散式光伏發(fā)電系統(tǒng)，可以構(gòu)建直流接入的光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)
目前在光伏發(fā)電領(lǐng)域已經(jīng)有越來(lái)越多的上能集散式光伏發(fā)電系統(tǒng)在規(guī)?；瘧?yīng)用。集散式光伏發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)是前端是MPPT控制器，一方面實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏組件的多路MPPT尋優(yōu)。另一方面，將光伏組件變化的電壓升壓到接近850V的穩(wěn)定的直流母線(xiàn)送至后端的集散式逆變器。因?yàn)榇嬖谝粭l穩(wěn)定的直流母線(xiàn)，集散式光伏發(fā)電系統(tǒng)非常適合在直流母線(xiàn)上掛接DCDC變流器，構(gòu)建成直流耦合的光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)，并且，也便于實(shí)現(xiàn)從光伏到光伏儲(chǔ)能的平滑升級(jí)：，我們目前已經(jīng)可以在集散式逆變器出廠時(shí)就預(yù)留好儲(chǔ)能系統(tǒng)接口，在未來(lái)需要的時(shí)候，可以很方便的接入儲(chǔ)能集裝箱，集散式光伏發(fā)電系統(tǒng)就平滑升級(jí)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)。在這里，我們也看到，在集散式光伏發(fā)電系統(tǒng)中，直流儲(chǔ)能系統(tǒng)是掛接到集散式穩(wěn)定的850V直流母線(xiàn)上面，而不是并聯(lián)在光伏組件的直流端口，否則會(huì)面臨組件的寬電壓變化范圍的影響，也容易對(duì)MPPT尋優(yōu)精度的造成硬性，需要采用更復(fù)雜的手段予以解決，這個(gè)后面會(huì)介紹到。所以我們也看到，集散式光伏發(fā)電系統(tǒng)，因?yàn)榇嬖谶@樣一個(gè)穩(wěn)定的直流母線(xiàn)，具備直流耦合型儲(chǔ)能系統(tǒng)接入的先天優(yōu)勢(shì)。
那直流耦合型光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)，會(huì)具備什么特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)哪？在無(wú)錫的上能電氣工業(yè)園區(qū)內(nèi)，我們搭建了這樣一套直流耦合的集散式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)。我們可以看到一天的功率曲線(xiàn)，紅色線(xiàn)是我們給逆變器發(fā)出的功率調(diào)度，黑色線(xiàn)是實(shí)際輸出功率。我們可以看到輸出功率值在緊密跟蹤調(diào)度功率，當(dāng)輸出功率和光照資源存在差異時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)部能量控制單元EMU，控制DCDC變流器自動(dòng)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電池的充電和放電，這套系統(tǒng)中，不需以來(lái)復(fù)雜的電站EMS系統(tǒng)，只需要依靠現(xiàn)有光伏電站的功率控制系統(tǒng)，直接控制逆變器按電網(wǎng)理想的目標(biāo)進(jìn)行出力即可，電網(wǎng)的出力目標(biāo)和光伏出力之間的差值，集散式光儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)部的EMU會(huì)自動(dòng)控制光儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)部的DCDC變流器進(jìn)行能量的差值補(bǔ)償。
具備了這個(gè)功能，該系統(tǒng)可以用于解決前面所提到的一些列光伏發(fā)電系統(tǒng)棘手棘手的問(wèn)題：比如棄光限電問(wèn)題,我們看到，在中午時(shí)分給我們給光伏逆變器下發(fā)了限功率指令，此時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)電池充電，下午時(shí)分電站限功率指令消失，系統(tǒng)把光伏限功率時(shí)存儲(chǔ)的電能，通過(guò)光伏逆變器釋放給電網(wǎng)，從而可以有效的解決目前大量的光伏電站棄光問(wèn)題。
該功能目前已在光伏電站投入了實(shí)際應(yīng)用：在華能格爾木光伏電站，上能的直流儲(chǔ)能變流器接入了第三方品牌集中式逆變器的直流輸入側(cè)，構(gòu)建與集中式逆變器配合應(yīng)用的光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)。剛剛前面有提到，直流儲(chǔ)能系統(tǒng)接入到集中式逆變器前端，會(huì)直接和光伏組件并聯(lián)在一起，面臨一系列問(wèn)題需要解決，華能清潔能源研究院針對(duì)這些問(wèn)題專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了一套HNC控制系統(tǒng)，通過(guò)該系統(tǒng)就可以直接將上能的DCDC直流變流器掛接到任何品牌的集中式逆變器直流輸入側(cè)來(lái)構(gòu)建集中式逆變器光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)。附圖是該系統(tǒng)的出力曲線(xiàn)，我們看到，接近中午時(shí)光伏廠區(qū)開(kāi)始限電，此時(shí)逆變器的功率會(huì)緊密跟隨電網(wǎng)的出力控制目標(biāo)將逆變器功率下降，之前沒(méi)有儲(chǔ)能時(shí)，逆變器功率下降會(huì)造成棄光，現(xiàn)在加入儲(chǔ)能系統(tǒng)后，多余的光資源會(huì)自動(dòng)存儲(chǔ)在電池中。下午時(shí)，限功率結(jié)束，電池自動(dòng)通過(guò)逆變器進(jìn)行放電。通過(guò)這個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)兩點(diǎn)，一是解決棄光問(wèn)題，二是實(shí)現(xiàn)平滑功率輸出，因?yàn)樗梢愿呔鹊母S電網(wǎng)要求進(jìn)行出力。從曲線(xiàn)可以看到在下午時(shí)，電網(wǎng)給逆變器下發(fā)了一個(gè)瞬時(shí)的出力階躍指令，在傳統(tǒng)的光伏系統(tǒng)中，如果電網(wǎng)有這種功率向上階躍指令，逆變器無(wú)法響應(yīng)，因?yàn)楣夥M件沒(méi)有多余的功率進(jìn)行這種功率支撐，但是直流側(cè)加入儲(chǔ)能之后，光伏發(fā)電系統(tǒng)就具備了這種能力，我們看到逆變器此時(shí)瞬間就響應(yīng)了電網(wǎng)的這個(gè)指令，這意味著，光伏電站從此具備了電網(wǎng)的調(diào)頻能力、穩(wěn)定電網(wǎng)的能力，讓光伏電站從一個(gè)不受電網(wǎng)歡迎的垃圾發(fā)電變成未來(lái)可以有效支撐電網(wǎng)穩(wěn)定的一個(gè)發(fā)電系統(tǒng)。
在直流側(cè)耦合儲(chǔ)能系統(tǒng)還可以帶來(lái)哪些優(yōu)點(diǎn)？比如我們投資建設(shè)一個(gè)125兆瓦的光伏電站，用戶(hù)可能要購(gòu)買(mǎi)125兆瓦逆變器、125MVA的升壓變壓器，建設(shè)一個(gè)125MVA的升壓站以及對(duì)應(yīng)功率的送出線(xiàn)路。但是這些設(shè)備只有很少時(shí)間會(huì)進(jìn)入額定功率運(yùn)行狀態(tài)，大多數(shù)時(shí)間，比如晚上是閑置的，下午和傍晚處于效率比較低的輕載狀態(tài)。如果我們?cè)谥绷鱾?cè)接入25兆瓦功率的儲(chǔ)能，理論上就可以把光伏組件的峰值功率降低25MW。這樣，峰值功率的降低可以另電站投資商少采購(gòu)25MW的光伏逆變器，少采購(gòu)25MW的變壓器，升壓站和送出線(xiàn)路都可以按更小的功率進(jìn)行投資，可以有助于進(jìn)一步降低光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的投資成本，這都是在直流耦合型儲(chǔ)能系統(tǒng)可以帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)。但如果是交流側(cè)通過(guò)高壓端進(jìn)行耦合，往往還需要增加額外的儲(chǔ)能系統(tǒng)變壓器和電纜的投資。
此外，直流側(cè)的儲(chǔ)能接入還可以在一定程度上提高光伏電站的效率，光伏發(fā)電的效率是隨著光伏出力的不同變化而顯著變化的，光伏出力很高或很低的時(shí)候，發(fā)電效率都會(huì)大幅降低。在直流耦合型儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以將存儲(chǔ)的電能安排在傍晚時(shí)，光伏電站運(yùn)行到進(jìn)入出力較低，效率較低的區(qū)間時(shí)進(jìn)行放電，讓后端逆變器、變壓器等設(shè)備進(jìn)入到效率相對(duì)較高的功率運(yùn)行區(qū)間，可以進(jìn)一步提升光伏儲(chǔ)能電站的運(yùn)行效率。
直流耦合型儲(chǔ)能系統(tǒng)也容易被設(shè)計(jì)成為一個(gè)高度靈活、積木式的儲(chǔ)能系統(tǒng)，便于用戶(hù)未來(lái)分布式投資和建設(shè)。比如在2017年的時(shí)候，也許那時(shí)候儲(chǔ)能政策和需求還并不明確，我們可以先建立獨(dú)立的集散式光伏電站，到2018年的時(shí)候，也許有用戶(hù)開(kāi)始想嘗試在光伏系統(tǒng)中小規(guī)模加入儲(chǔ)能進(jìn)行試用，這時(shí)我們可以投入一個(gè)10尺的直流儲(chǔ)能單元到接入到光伏系統(tǒng)中，也許到了2019年這個(gè)電站棄光問(wèn)題加劇，用戶(hù)可以再投入一個(gè)儲(chǔ)能集裝箱虛擬并聯(lián)投入，進(jìn)一步增加儲(chǔ)能容量。上能的直流儲(chǔ)能系統(tǒng)具備虛擬并聯(lián)技術(shù)，支持不同容量，不同電池類(lèi)型的儲(chǔ)能集裝箱，掛接在同一條直流母線(xiàn)下面。甚至同一個(gè)集裝箱內(nèi)部，也支持兩組不同電壓，不同容量，不同類(lèi)型的電池虛擬并聯(lián)在一起。這樣就大大增加了系統(tǒng)的配置靈活度。使這個(gè)系統(tǒng)成為配置靈活、易于分步投資的積木式儲(chǔ)能系統(tǒng)。
直流耦合型儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以分布安裝在各個(gè)光伏發(fā)電單元當(dāng)中，增大了儲(chǔ)能系統(tǒng)的物理間隔，可以在最大程度上規(guī)避大量電池的集中布置，系統(tǒng)安全性更改，也可以有效的保障企業(yè)資產(chǎn)的安全。
利用該DCDC變流器不僅可以構(gòu)建直流側(cè)耦合型的分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)，其實(shí)，如果該系統(tǒng)的前端如果不接入光伏，那它本身也是一套獨(dú)立的儲(chǔ)能系統(tǒng)，這種前級(jí)采用DCDC變流器,后級(jí)連接ACDC變流器的儲(chǔ)能系統(tǒng)，有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
第一，前端的DC/DC變流器，可以令儲(chǔ)能系統(tǒng)支持更寬電池電壓的范圍。否則，電池電壓一旦低于500V，傳統(tǒng)儲(chǔ)能系統(tǒng)通常是無(wú)法正常工作的，這就大大增加了電池的適用性，尤其是對(duì)梯次電池的適用性。此外，系統(tǒng)配置的靈活度大大加強(qiáng)，通過(guò)DC/DC變流器的控制解耦，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以采用不同類(lèi)型的電池實(shí)現(xiàn)虛擬并聯(lián)，大大提升了儲(chǔ)能系統(tǒng)的配置靈活度。
下面介紹一些實(shí)際應(yīng)用案例：華能清潔能源研究院在2017年開(kāi)展了一項(xiàng)圍繞光伏電站直流側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用示范工程，該項(xiàng)目位于華能格爾木光伏電站，華能清潔能源研究院為此專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了一套HNC控制系統(tǒng)，用于在集中式逆變器實(shí)現(xiàn)直流側(cè)接入儲(chǔ)能系統(tǒng)，在該項(xiàng)目中，利用該系統(tǒng)將上能的DCDC直流變流器掛接到了第三方品牌的集中式逆變器直流輸入端，有效的解決了該場(chǎng)站的棄光問(wèn)題，并具備了平滑功率和跟隨電網(wǎng)調(diào)度等功能。該項(xiàng)目對(duì)于存量電站的儲(chǔ)能系統(tǒng)升級(jí)具有重大示范意義。
這是在無(wú)錫上能公司產(chǎn)業(yè)園區(qū)搭建的分布式電站儲(chǔ)能系統(tǒng)，在儲(chǔ)能集裝箱內(nèi)部，我們分別采用了松下的三元鋰電池，和庫(kù)博能源的磷酸鐵鋰電池，把這兩組電池通過(guò)上能的DC/DC變流器虛擬并聯(lián)起來(lái)構(gòu)建成一個(gè)儲(chǔ)能單元。電池類(lèi)型不同、電壓不同，容量不同，但儲(chǔ)能系統(tǒng)完全可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并且從根本上避開(kāi)了傳統(tǒng)方案中多組電池直接并聯(lián)所可能存在的各類(lèi)問(wèn)題。也方便用戶(hù)在未來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行平滑的容量升級(jí)和電池更換。
謝謝大家！
