中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：按照國(guó)家能源局最新發(fā)布的規(guī)劃，2015年中國(guó)光伏行業(yè)新增容量為17.8吉瓦，中國(guó)將超越德國(guó)成為世界年度光伏裝機(jī)第一大國(guó)，同時(shí)也是總裝機(jī)量最多的。但是這么多光電有多少能接入電網(wǎng)?
專(zhuān)家們說(shuō)可再生能源電入網(wǎng)比例過(guò)大會(huì)影響電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定，那么今年7月25日，創(chuàng)下可再生能源電比例78%的德國(guó)電網(wǎng)是怎么穩(wěn)定運(yùn)行的?今天就來(lái)看看德國(guó)電網(wǎng)的定海神針——儲(chǔ)能領(lǐng)跑者Younicos和他的電池管理系統(tǒng)。
Younicos初印象：它家有美美的拉桿箱式儲(chǔ)能電池
好多人會(huì)問(wèn)Younicos是一家什么樣的公司?先來(lái)看看他的自我介紹：
Younicos是一家全球領(lǐng)先的基于電池技術(shù)的智慧儲(chǔ)能和電網(wǎng)解決方案提供者。在全球20多個(gè)儲(chǔ)能項(xiàng)目中裝機(jī)量超過(guò)100兆瓦。Younicos的核心競(jìng)爭(zhēng)力是能夠高效整合電網(wǎng)中的各個(gè)元素，通過(guò)高度智能軟件系統(tǒng)整合多種電池技術(shù)和電力電子技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)和微網(wǎng)能效管理需求的自動(dòng)響應(yīng)。
簡(jiǎn)單粗暴的概括一下，Younicos是做電池管理系統(tǒng)的。雖然很多人還不熟悉這家企業(yè)，但是人家在業(yè)內(nèi)可是大名鼎鼎，并且一直在探索電池儲(chǔ)能的新領(lǐng)域。2013年以來(lái)，先后主導(dǎo)建設(shè)了歐洲第一家商業(yè)儲(chǔ)能項(xiàng)目和德國(guó)第一個(gè)用于調(diào)頻的儲(chǔ)能電池項(xiàng)目。
德國(guó)華人新能源協(xié)會(huì)主席廖宇在2014年底無(wú)所不能的EnergyTalk中提到，德國(guó)的儲(chǔ)能公司Younicos做的不只是電池，并將其列為“能源互聯(lián)網(wǎng)”的潛在入口之一。
Younicos的儲(chǔ)能電池也有很多種，比如下面這些：
Yill可移動(dòng)儲(chǔ)能電池
可以像拉桿箱一樣拖著走的移動(dòng)儲(chǔ)能電池。額定輸出功率為300W，每分鐘最大輸出功率是450W，電池容量為700Wh。可以通過(guò)太陽(yáng)能和其他可再生能源存儲(chǔ)電力，也可以外接電源充電。日常電器和數(shù)碼設(shè)備的電量供給一本滿(mǎn)足。
電腦主機(jī)式辦公用可移動(dòng)儲(chǔ)能電池
但是比起上面的，他們更擅長(zhǎng)這個(gè)——電池管理系統(tǒng)。
Younicos的儲(chǔ)能電池使可再生能源的滲透率不再受旋轉(zhuǎn)備用的限制。每100MW的電池容量能夠取代一個(gè)煤電廠的旋轉(zhuǎn)備用。2GW的電池容量能夠?yàn)檎麄€(gè)德國(guó)提供1個(gè)小時(shí)的調(diào)頻容量，取代25個(gè)火電廠。成熟電池儲(chǔ)能以及參與調(diào)頻的技術(shù)，可以使得可再生能源的接入比例沖鋒到60%-70%。
Younicos這么牛!怎么做到的?
這份自信來(lái)自8年電池管理系統(tǒng)的研發(fā)積淀和20多個(gè)儲(chǔ)能項(xiàng)目積累下的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)。
重視科研和項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)的儲(chǔ)能企業(yè)有很多，但并不是每家儲(chǔ)能企業(yè)都能做到花費(fèi)1500萬(wàn)英鎊和6年時(shí)間建造一個(gè)屬于自己的電池矩陣和并網(wǎng)技術(shù)測(cè)試系統(tǒng)，只是為了研究如何更好的優(yōu)化兆瓦級(jí)電池的使用壽命。而這一點(diǎn)Younicos做到了。
在Younicos的實(shí)驗(yàn)室里有NGK生產(chǎn)的1兆瓦和6兆瓦的鈉硫電池，也有三星SDI生產(chǎn)的200千瓦的鋰電池，還包含多個(gè)逆變器，所有的元素都在younicos的系統(tǒng)管理下被接入到中壓電網(wǎng)中，再加上變壓器、開(kāi)關(guān)和一個(gè)兆瓦級(jí)的柴油發(fā)電機(jī)就可以在實(shí)驗(yàn)室里模仿間歇性能源風(fēng)能和太陽(yáng)能在接入電網(wǎng)時(shí)可能遇到的波動(dòng)狀況，就像德國(guó)電網(wǎng)每天都要面對(duì)的一樣。
這么牛的實(shí)驗(yàn)室是長(zhǎng)這樣的：
圖片來(lái)源：Younicos官網(wǎng)
Younicos的電網(wǎng)解決方案：儲(chǔ)能電池+電池管理系統(tǒng)
今年3月20日發(fā)生在歐洲和北大西洋的日偏食向電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商們展示了當(dāng)前電力系統(tǒng)面臨的重要問(wèn)題，間歇性清潔能源的接入帶來(lái)的瞬時(shí)電力波動(dòng)。如果惡劣的天氣可以提前預(yù)測(cè)，并安排常規(guī)電力適時(shí)補(bǔ)充備用，那么德國(guó)北部突如其來(lái)的一陣大風(fēng)或萊茵河畔意外的晨霧將凸顯出現(xiàn)有電力系統(tǒng)中的潛在威脅。那么怎么解決這個(gè)問(wèn)題?來(lái)看看Younicos的解決方案。
1電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能電池
有人會(huì)說(shuō)，儲(chǔ)能電池并不新奇，前陣子特斯拉也推出了家用儲(chǔ)能電池，還上了熱門(mén)話題榜。盡管工作原理相同，但是電網(wǎng)級(jí)的儲(chǔ)能電池和家用儲(chǔ)能電池還是有差別的。就像Younicos的新聞發(fā)言人PhilipHiersemenzel在在接受媒體采訪中提到的，Younicos一個(gè)兆瓦的儲(chǔ)能單元(storageunit)相當(dāng)于至少1000個(gè)家用儲(chǔ)能電池。
想要準(zhǔn)確的調(diào)動(dòng)這些能量并不是一件容易的事，但是Younicos不但做到了，而且做得不錯(cuò)。他在今年三月德國(guó)的日偏食中證明了自己的實(shí)力，在幾毫秒內(nèi)將SchwerinLankow鋰離子儲(chǔ)能電池接入，以補(bǔ)充東德地區(qū)瞬間“消失”的電力，從而穩(wěn)定電網(wǎng)頻率。
那么問(wèn)題來(lái)了，和傳統(tǒng)火電機(jī)組相比，電池的調(diào)頻效果怎么樣呢?
下圖表顯示了傳統(tǒng)火電廠在電壓出現(xiàn)波動(dòng)后15分鐘內(nèi)如何反應(yīng)。
備用機(jī)組的旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)通過(guò)加快或減慢維持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定。電力供不應(yīng)求時(shí)電網(wǎng)頻率(gridfrequency)下降，供過(guò)于求時(shí)頻率增加。發(fā)電廠調(diào)整發(fā)電量將頻率穩(wěn)定在一個(gè)相對(duì)固定的范圍內(nèi)(約50赫茲在歐洲)。但正如我們所看到的，電力輸出所代表的藍(lán)線只是接近于頻率所代表的黃線。也就是說(shuō)傳統(tǒng)調(diào)頻的準(zhǔn)確性和敏感度并不能完全滿(mǎn)足電網(wǎng)調(diào)頻的需求。
第二張圖展示了Younicos的儲(chǔ)能電池在應(yīng)對(duì)變化時(shí)的反應(yīng)。可以看到儲(chǔ)能電池的調(diào)頻過(guò)程會(huì)更加及時(shí)，準(zhǔn)確性也得到了極大的提高。
圖片來(lái)源：Younicos官網(wǎng)
大規(guī)?？稍偕茉唇尤牒?，電網(wǎng)的日內(nèi)調(diào)峰容量需求會(huì)隨著可再生能源點(diǎn)裝機(jī)容量的增加而顯著增長(zhǎng)。因此擁有足夠靈活的可調(diào)節(jié)容量即旋轉(zhuǎn)備用是電力系統(tǒng)接納可再生能源電的先決條件之一。
對(duì)可再生能源持懷疑態(tài)度的人質(zhì)疑大規(guī)模使用可再生能源后如何維持電網(wǎng)穩(wěn)定。但實(shí)驗(yàn)證明，在使用電氣化控制(electricalcontrol)后，電網(wǎng)頻率將更穩(wěn)定(事實(shí)上，在德國(guó)，風(fēng)力渦輪機(jī)和大型光伏陣列已經(jīng)開(kāi)始成為電網(wǎng)的輔助設(shè)施)。如Younicos新聞發(fā)言人Hiersemenzel所說(shuō)，Younicos的存儲(chǔ)系統(tǒng)有更靈活的反應(yīng)時(shí)間。下圖中位于底部的藍(lán)色曲線代表電網(wǎng)頻率，當(dāng)頻率超過(guò)50Hz的時(shí)候，電池立即開(kāi)始儲(chǔ)存電能?！半姵貎?chǔ)能將頻率超過(guò)50Hz默認(rèn)為開(kāi)始儲(chǔ)能的標(biāo)志?！?
就像Younicos創(chuàng)始人ClemensTriebel在聲明中所提到的，可平衡瞬間波動(dòng)的高效儲(chǔ)能解決方案將作為可再生能源的有力杠桿?！盀榱司S持電網(wǎng)供應(yīng)的穩(wěn)定性，每兆瓦蓄電池裝機(jī)量可抵消其他傳統(tǒng)電站所需裝機(jī)量的十倍，”Triebel補(bǔ)充道。換句話說(shuō)，這可為光伏與風(fēng)電等可再生能源創(chuàng)造更多的電網(wǎng)空間。
小科普：目前，比較常見(jiàn)的儲(chǔ)能電及其特性：
1.鋰離子大功率電池：具有很高的功率比，特別適用于只需要儲(chǔ)能幾分鐘或一小時(shí)的電網(wǎng)。
2.鈉硫大容量電池：鈉硫電池具有較大的存儲(chǔ)容量。適合用于平衡風(fēng)和太陽(yáng)的日常波動(dòng)。
3.釩液流電池：不自動(dòng)放電，適合于長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存能量。
2智能管理系統(tǒng)
最靠譜的電池管理系統(tǒng)是Younicos最得意的作品。
外媒稱(chēng)智能電網(wǎng)和核心是智慧儲(chǔ)能，而智慧儲(chǔ)能則是依靠智能管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。Younicos首席營(yíng)收官StephenPrince也曾在采訪中表示，很多人認(rèn)為把電池組接入到電網(wǎng)中是一件很簡(jiǎn)單的事情。但電池不是腦細(xì)胞，需要智能化的軟件來(lái)幫助儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠在電網(wǎng)波動(dòng)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)及時(shí)有效的調(diào)整。
圖片來(lái)源：Younicos官網(wǎng)
經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)積累和項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，Younicos開(kāi)發(fā)出了一系列軟件控制系統(tǒng)，用于電網(wǎng)、電力市場(chǎng)和電池廠間的通信和控制，從能效管理和優(yōu)化來(lái)進(jìn)一步降低電網(wǎng)建設(shè)和電力使用成本，延長(zhǎng)電池使用壽命。不僅可以幫助德國(guó)電網(wǎng)更好的運(yùn)行也是歐洲其他國(guó)家的電網(wǎng)所需要的。
這些智能軟件可以提供電池系統(tǒng)的22種不同的控制模式，并且可以實(shí)現(xiàn)多功能并行。其中最重要的三種系統(tǒng)是：
1.智能電力管理系統(tǒng)，保證電網(wǎng)在沒(méi)有儲(chǔ)能的情況下也能使用較大份額的可再生能源。管理系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)估算能夠接入電網(wǎng)的可再生能源最大比例，并綜合考慮發(fā)電側(cè)與需求側(cè)的數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)匹配出維持電網(wǎng)正常運(yùn)行所需的煤電電量。
2.電池電站管理系統(tǒng)，能夠保證電池可以順利有效的接入任何規(guī)模的電網(wǎng)，不管是小島上的電網(wǎng)還是洲際電網(wǎng)。電池管理系統(tǒng)同時(shí)考慮到逆變器和電池的協(xié)調(diào)作用，以便他們可以提供關(guān)鍵的系統(tǒng)服務(wù)。多個(gè)逆變器并聯(lián)工作，相互之前沒(méi)有任何結(jié)構(gòu)性信息交換需求。他們只接收傳輸給自己的電網(wǎng)頻率數(shù)據(jù)，并對(duì)此作出反應(yīng)。這也是兆瓦級(jí)電網(wǎng)中的電池管理系統(tǒng)的獨(dú)特之處。管理系統(tǒng)還能根據(jù)電力需求協(xié)調(diào)各個(gè)電池的負(fù)荷，并校準(zhǔn)電池的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，在實(shí)現(xiàn)電池系統(tǒng)外部和諧的同時(shí)盡可能的延長(zhǎng)電池的使用壽命。
3.創(chuàng)新能效管理系統(tǒng)可以?xún)?yōu)化儲(chǔ)能系統(tǒng)，風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電裝置和備用發(fā)電機(jī)。
經(jīng)典案例
德國(guó)第一個(gè)用于調(diào)頻的儲(chǔ)能電池項(xiàng)目
2014年9月，Younicos電池產(chǎn)業(yè)園受德國(guó)電網(wǎng)委托，為其提供5MW的鋰離子電池，建立了德國(guó)第一個(gè)工業(yè)用電儲(chǔ)能電池頻率項(xiàng)目，并參與到國(guó)家“一次儲(chǔ)備”市場(chǎng)當(dāng)中，為電網(wǎng)提供頻率調(diào)節(jié)、電壓支撐和啟動(dòng)容量。該5MW/5MWh系統(tǒng)將會(huì)幫助德國(guó)電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷平衡，并且促進(jìn)未來(lái)20年綠色能源的一體化。
歐洲第一家商業(yè)儲(chǔ)能項(xiàng)目
Younicos還與可再生能源發(fā)電企業(yè)WemagAG一起在德國(guó)西梅克倫堡州(WestMecklenburg)建設(shè)一座5MW的鋰離子蓄電站。該項(xiàng)目或?qū)樘嵘旊娋W(wǎng)絡(luò)的瞬間波動(dòng)性以及調(diào)節(jié)供電頻率提供經(jīng)驗(yàn)，有助于保證風(fēng)電及光伏電力并入現(xiàn)有電網(wǎng)的安全性。Hiersemenzel也向記者透露，調(diào)節(jié)供電頻率并不是該項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的唯一目的?！袄珉妷嚎刂?、增能以及黑啟動(dòng)(blackstart)等從屬功用都將在安裝完成后進(jìn)行研究?！?
發(fā)布新一代儲(chǔ)能解決方案：Y.Cube
為了適應(yīng)當(dāng)下儲(chǔ)能市場(chǎng)的需求，Younicos在本月14日推出了公司第一款用于電網(wǎng)調(diào)頻的硬件產(chǎn)品Y.Cube。
Y.Cube細(xì)節(jié)圖
Y.Cube內(nèi)部結(jié)構(gòu)-轉(zhuǎn)化器
Y.Cube的主要結(jié)構(gòu)由功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和鋰離子電池構(gòu)成，控制系統(tǒng)則是公司研發(fā)的行業(yè)領(lǐng)先的智慧儲(chǔ)能軟件控制系統(tǒng)。大大降低了空間要求和系統(tǒng)維穩(wěn)所需的成本。由于控制系統(tǒng)直接與電池系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控，縮短了電池響應(yīng)時(shí)間，有效提高了轉(zhuǎn)換效率和電網(wǎng)穩(wěn)定程度。
同時(shí)，通過(guò)與多個(gè)電池供應(yīng)商進(jìn)行合作，Y.cube的模塊化設(shè)計(jì)可以整合不同的電池系統(tǒng)并解決任何功率/能量比的要求。為了確保最大的性能和適用于任何系統(tǒng)的要求，電池都在公司技術(shù)中心進(jìn)行了嚴(yán)格測(cè)試。
由于Y.Cube的尺寸較小，安裝時(shí)不需要現(xiàn)場(chǎng)吊車(chē)，節(jié)省大量時(shí)間和金錢(qián)。為了便于運(yùn)輸，Y.Cube可以被分成兩部分–一部分包含一個(gè)或兩個(gè)250kVA電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，另一部分包括其他電池矩陣。Y.Cube的250或500kVA組塊可以單獨(dú)地部署在較小的應(yīng)用程序，也可以并聯(lián)起來(lái)構(gòu)建多兆瓦的系統(tǒng)。完成安裝后，Younicos將通過(guò)位于德國(guó)的控制中心對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行24/7的監(jiān)控管理。
Younicos的CEOJamesP.McDougall介紹說(shuō)，Y.cube代表了下一代儲(chǔ)能解決方案。
文章綜合編譯自Younicos官網(wǎng)、Greentechmedia、RenewableInternational、GermanEnergyTransition和微信號(hào)德國(guó)華人新能源協(xié)會(huì)的內(nèi)容
原標(biāo)題:德國(guó)電網(wǎng)的定海神針：Younicos做的不只是電池
