中國儲能網(wǎng)訊：9月8日，浙江電力科學研究院博士、高級工程師趙波出席了由中國儲能網(wǎng)舉辦的“儲能技術(shù)在微電網(wǎng)與分布式能源中的應(yīng)用”高層研討會，并在大會上發(fā)表了主題演講。以下為演講內(nèi)容：
各位領(lǐng)導，各位同事，很高興有這個機會和大家共同交流有關(guān)微電網(wǎng)和儲能的話題。我覺得本次研討會的主題“儲能技術(shù)在微電網(wǎng)分布式能源中的應(yīng)用”非常好，它把儲能已經(jīng)定位在這個方面的應(yīng)用中。我本人以前并非從事儲能技術(shù)行業(yè)，我們一直是做微電網(wǎng)和分布式能源。現(xiàn)在，大家也在探討微電網(wǎng)也應(yīng)該是儲能技術(shù)的一個應(yīng)用方向。我在這里和大家分享有關(guān)儲能系統(tǒng)在海島電網(wǎng)中的應(yīng)用。前面有很多專家和領(lǐng)導談到了微電網(wǎng)和儲能系統(tǒng)，接下來我重點講講浙江東福山島微網(wǎng)工程、鹿西島微網(wǎng)工程和南麂島微網(wǎng)工程。這幾個工程都遇到很多關(guān)于儲能的問題，涉及到儲能技術(shù)。
我簡單說一下微電網(wǎng)在海島中的作用。微電網(wǎng)可能有一些優(yōu)勢，就是實現(xiàn)多種能源的綜合互補利用，保障重要負荷的持續(xù)供電，還能解決偏遠地區(qū)的供電問題，提高供電的可靠性和電能質(zhì)量。因此，我們一直關(guān)注微電網(wǎng)，同時也在關(guān)注微電網(wǎng)工程上的應(yīng)用。我們是較早一批在國內(nèi)開展微電網(wǎng)的研究及微電網(wǎng)示范工程的應(yīng)用。浙江海島數(shù)量居全國之首，政府大力促進海洋經(jīng)濟發(fā)展，鼓勵海島開發(fā)。尤其是這幾年，鑒于釣魚島和南沙等政策緊張關(guān)系，我們也在有意識地促進島上居民的生活居住條件，尤其是我們居住的東福山島離釣魚島都很近，通?？坎裼桶l(fā)電提供少量照明用電，或者風柴和光柴系統(tǒng)，風和光的滲透率都很低，尤其浙江的海島。我發(fā)現(xiàn)，浙江海島和其他地方的海島的氣侯條件不一樣，有很好的風能和太陽能環(huán)境。通過儲能系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用，能夠提高風能和太陽能的利用率，從而減少柴油發(fā)電機的啟動時間，減少耗油量。
我講的儲能系統(tǒng)和之前專家講的儲能系統(tǒng)有一點區(qū)別，我是從應(yīng)用的角度來講。儲能系統(tǒng)的選擇，首先要在優(yōu)化設(shè)計的時候，根據(jù)業(yè)主對投資限制的要求，以及業(yè)主的相關(guān)要求進行選擇。比如，有些業(yè)主會直接要求要用什么電池，但是對我本人來說各有所長。像今天各位專家說的所有的儲能類型在我的實驗室里都有。我們在做工程的時候，更多的是從技術(shù)、經(jīng)濟、安全、成熟來考慮儲能系統(tǒng)，而且大規(guī)模應(yīng)用儲能系統(tǒng)，我們做的工程是兆瓦級的工程并帶有儲能系統(tǒng)，這些儲能系統(tǒng)在微電網(wǎng)中充分發(fā)揮作用，首先要從經(jīng)濟上考慮，還要從電力系統(tǒng)角度和穩(wěn)定性來考慮，這些穩(wěn)定系統(tǒng)在優(yōu)化設(shè)計前有很多限制因素，主要考慮經(jīng)濟和安全成本。
我們也對儲能系統(tǒng)進行了分類：電磁場儲能、電化學儲能和機械儲能，在海島中，抽水蓄能與壓縮空氣都不適于兆瓦級以下的儲能系統(tǒng)，進一步考慮島嶼地理環(huán)境的限制，無論從經(jīng)濟與技術(shù)方面都不適合使用抽水蓄能與壓縮空氣儲能。我們曾經(jīng)最想上的就是抽水蓄能的儲能，它非常好，但存在環(huán)評問題。環(huán)評的要求非常大，還有受環(huán)境限制的影響。我們做了很多島嶼，都考慮國抽水蓄能，但是都沒有成功，都是因為地理因素的制約。
我的幾個項目中都沒有采用鈉硫電池和液流電池，因為2010年的時候感覺到成本比較貴，所以就沒有用。超導磁儲能還在研究中，超級電容器已經(jīng)在用了。[page]
我更想給大家介紹我們已經(jīng)安全運行了兩年半的工程，或者正在實施的工程。在我們做的工程里，我認為下面這三個工程都有各自的特色：
首先是東福山島，我們說的獨立型微電網(wǎng)，它的經(jīng)濟性在什么地方？單純從電價來看，包括風機、光伏，一度電是三、四塊或者是四、五塊的成本，可能是不經(jīng)濟的。但是柴油發(fā)電機本身對于島上現(xiàn)在環(huán)境的影響非常大，而且國家也很重視海洋資源的保護，對柴油發(fā)電機的幾個工程都非常謹慎。因此，都比較鼓勵以風電為主。有人說在東福山島可以并網(wǎng)，但是并網(wǎng)成本非常高，如果拉海纜，這個10千伏海纜的成本到了海島上就要6千多萬。而當時東福山島的建設(shè)成本才2500萬。東福山島有7臺風機。這些相片就是東福山島的現(xiàn)場相片。
東福山島的配制情況是：風力發(fā)電7*30KW，光伏發(fā)電100KW，海水淡化裝置20KW，柴油機發(fā)電250KW，儲能蓄電池是1MWh。這個我們是分成兩路來用，一兆瓦時，我們跟業(yè)主溝通相關(guān)的運行策略和儲能系統(tǒng)怎么用。業(yè)主對我要求是這個電池必須用到三年，而且每天最多一次充放電循環(huán)。這個SOC必須是取得50%，這樣充放電循環(huán)是一千次左右，365乘以3是1千多次。我們的目的是通過綜合考慮來選擇最佳的運行策略：最大化利用可再生能源，減少使用柴油發(fā)電機，同時兼顧蓄電池的使用特性，最大化和延長使用壽命。這種方法為偏遠地區(qū)供電提供了一種新模式，也是真正意義上的一個獨立型微電網(wǎng)。我們在做東福山島工程的時候，感覺到做的最多的工作就是要優(yōu)化。一個東福山島工程，要優(yōu)化的儲能有多大？所以，我們的優(yōu)化目標肯定是多目標函數(shù)，是盡量減少柴油發(fā)電機的運行使用，最大化可再生能源利用率，還有最大化儲能系統(tǒng)的使用壽命。東福山島工程是最大化儲能系統(tǒng)的使用壽命。業(yè)主給我們規(guī)定，一年用1萬多度電，有5千多度電必須用風電和柴油發(fā)電機，而且儲能要多大？這需要優(yōu)化出來，所以要在這些基礎(chǔ)上進行儲能的優(yōu)化和配制。對于儲能系統(tǒng)的優(yōu)化和配制，應(yīng)該考慮儲能系統(tǒng)的所有電源要負荷。如果僅僅考慮單一優(yōu)化目標，則關(guān)注點不同，所以儲能容量的優(yōu)化結(jié)果會不同。我要考慮棄風棄光率，我們在做這個工作的時候都做了充分的優(yōu)化，有多少節(jié)干電池，有多少柴油發(fā)電機的運行總量，從多目標來進行分析，所以綜合考慮采用480節(jié)，2伏/100AH，鉛酸蓄電池構(gòu)成儲能蓄電池組，存儲電量960KWh，即使在未來負荷峰值200KW的極端情況下也可以使用。對東福山島儲能系統(tǒng)的運行參數(shù)我們做了研究，什么時候從充電轉(zhuǎn)成放電？什么時候由放電轉(zhuǎn)成充電？什么時候有效利用光伏充電？什么時候補充充電和光伏的波動性。在東福山島我們感覺到SOC測的不是很準確，更多時候我們用電壓，因為電壓非常準確。但是，單純不考慮SOC又不太合適，所以也花了不少時間去摸索東福山島的參數(shù)。東福山島的負荷里面70%到80%是軍用負荷，所以我不能把太多數(shù)據(jù)拿出來給大家分享。所以可以看出來，8月到12月份的可再生能源發(fā)電沒有達到50%?，F(xiàn)在可以告訴大家，在2012年達到50%-60%是沒有問題的，因為當時風機的發(fā)電量沒有滿足要求，所以可再生能源的發(fā)電率沒有達到要求。
東福山島現(xiàn)在運行了2年零5個月，從設(shè)計條件來說還是運行比較成功的。從一兆瓦時的能量設(shè)計是比較合適，因為每天東福山島只有兩種運行模式，一個是柴油發(fā)電機運行模式，一個是PCS運行模式，完全是靠風光儲藏。尤其是晚上，柴油發(fā)電機要關(guān)掉，因為整個島很小，柴油發(fā)電機夜間運行會影響島上居民的睡眠。因此，晚上柴油發(fā)電機不開，完全靠風光儲，從這個角度來說儲能每天一個充放電循環(huán)就做到了。經(jīng)過了2年半到3年的運用，我們認為選用的電池滿足要求。我估計運行好的話，運行3年—4年沒有問題。[page]
第二個工程是我現(xiàn)在在做的一個工程，也是一個兆瓦級工程。在海島中，更多的是孤島。我們認為，尤其是在浙江要做并網(wǎng)型的海島，在這個島上有35千伏的海纜線，尤其是在臺風和部隊演練的時候，有一些工廠需要高而可靠的電力供應(yīng)，而微電網(wǎng)在這方面確實是一個應(yīng)用方向。我們浙江省電力公司就是想在這個示范工程中把并網(wǎng)型的綜合示范工程摸透。我重點講一下我在里面的一些想法，因為這個工程現(xiàn)在已經(jīng)在建，首先這個微電網(wǎng)，我設(shè)計的這個微電網(wǎng)是要把整個島（35千伏的海島）斷電，儲能系統(tǒng)能夠承擔微電網(wǎng)的重要負荷。因為是并網(wǎng)型，如果全部負荷則需要承諾的供電代價會非常大，而重要負荷能夠持續(xù)供電2個小時。還有這上面還沒有開發(fā)的，完全靠儲能來做，一旦并網(wǎng)之后就是一個風光儲，這個時候還不清楚風和光的發(fā)電效能，完全是靠天吃飯。我們還給它做了20伏的小微電網(wǎng)，有點像大連物化所張華民先生別墅的小微電網(wǎng)，這20伏是重點保護。這下面是大微電網(wǎng)，這個可以保證里面重要的負荷，這個微電網(wǎng)整體結(jié)構(gòu)還是比較復雜的。
我和大家探討一下我們是如何對微電網(wǎng)儲能進行優(yōu)化配置。針對并網(wǎng)型微電網(wǎng)，我和中國社科院的一些老師發(fā)明了自平衡率，或許不算是發(fā)明，就是微電網(wǎng)中全年要靠一個并網(wǎng)型微電網(wǎng)，全年風光能夠滿足多少負荷用電量，比如說有1萬度電有4千度是靠風和光自己自平衡，這個時候它的儲能配制便不一樣。所以我們現(xiàn)在已經(jīng)初步畫出自平衡率投資成本的示意圖。隨著自平衡率的提高，在開始階段成本下降，但是隨著自平衡率的增長，投資成本也呈增長趨勢。所以在我們做并網(wǎng)型的微電網(wǎng)中，尤其在儲能方案的配制情況下，不可自平衡率越高越好，也不可能越小越好。把這個關(guān)系找到再回去推自平衡率30%到40%，儲能要配多少？所以不同的自平衡率最后會影響配制方案，我們希望既可以有效改善本地的平衡能力，有經(jīng)濟實用的方案。我們非常關(guān)注儲能的自由經(jīng)濟性的方案。
鹿西島是多類型儲能，我做了一個非常有意義的設(shè)計。這是改進后的閥控式鉛酸蓄電池，現(xiàn)在很多地方在說鉛炭電池，既具有能量型的功能又有工藝型的功能，所以是一個新型的電池，同樣我用了500千瓦2小時的鉛炭電池，后來又加了一個超級電容，我現(xiàn)在做這個示范工程，我想探討一下鉛炭電池怎么樣，所以微電網(wǎng)在鹿西島的儲能設(shè)計是非常有意義的這些都是500千瓦，而且這些PCS我們盡量選擇一個廠家同批量生產(chǎn)出來的產(chǎn)品，我們想驗證加了超級電容后，控式鉛酸電池的壽命是否能夠得到有效地改善？這個成本合是不是合算？500千瓦2小時這么大的超級電容我們還是首次使用。
南麂島的微電網(wǎng)工程很大，目前已經(jīng)上到1兆瓦，整個可再生能源發(fā)電就達2兆瓦，還有海洋能發(fā)電20兆瓦，這對于一個居住人口達到兩三千人的海島還很有特色的，所以是純的微電網(wǎng)型工程，如果我們簽臺了，沒有5個億拿不下來。[page]
南麂島的設(shè)計特點是雙微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，有632和631兩條線，這樣做是出于電網(wǎng)可靠性的考慮。為了整個電網(wǎng)的可靠性，如果獨立性的電網(wǎng)可以達到3個9就不錯了，如果4個9代價就會很大。但是，國家科技部給我們指標是盡量達到4個9，電能滿足國家標準要求。即使這條線斷網(wǎng)，這條微電網(wǎng)也可以提供給小微電網(wǎng)電力，這個雙微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)看起來不是很復雜，但是整個控制非常復雜。在南麂島中我用的是磷酸電池來做儲能。
我要聲明，南麂島的優(yōu)化配置，是儲能能源與可再生能源丟棄的關(guān)系。獨立型電網(wǎng)沒有倒送的概念，只有丟棄。所以隨著儲能容量增大及所以丟棄率基本沒有變化，在過去幾種類型的系統(tǒng)中，也不是儲能越大就越好。還有，這是儲能容量與柴油用量關(guān)系的示意圖，我們?yōu)槭裁瓷?兆瓦時也是根據(jù)這個計算結(jié)果出來的。另外，根據(jù)風資源的情況，還有低負荷的情況，什么時候丟棄？丟棄了上升到儲能有沒有用？
再講一下南麂島的儲能，首先用的是鋰離子蓄電池，今天很多專家提到過，也提到了鈉硫電池。南麂島已經(jīng)早已在用鋰離子蓄電池，什么系統(tǒng)主電源，削峰填谷和緊急備用這些不是高難度的技術(shù)。南麂島為了可靠性達到99.99%，尤其風電和光伏波動性太大，單純用能量型的蓄電池可靠不可靠？我們沒有進行太多的對比。我們認為鋰離子蓄電池作為能量型的電池更可靠，所以從公益性角度更加看重超級電容儲能系統(tǒng)。我們希望它能夠平滑風電處理，減少鋰離子電池壽命損耗，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓波動。我認為超級電容儲能系統(tǒng)有可能有效地增加，而不使用微電網(wǎng)，這個系統(tǒng)會有效地增加儲能系統(tǒng)。
還有一個儲能系統(tǒng)非常有意思，我上了一兆瓦時的電動汽車儲能電池，當然這個是和政府部門在談，而且我們電力公司在投資，我們修了一個電動汽車充放電站，我并沒有全部電池都用3.2伏，180伏這樣串起來，我是用了180伏的標準汽車儲能。我們認為島上和城市不太一樣，晚上島上居民入睡后，汽車基本上就都停了。如果有1兆瓦時的電動汽車在停止運行的期間都在充電，就可以有效地降低棄風率。由于60%以上是可再生能源，可以讓南麂島的電動汽車真正地使用可再生能源。甚至我們在考慮南麂島以后使用這些電動汽車，那么動力汽車SOC80%以后就不能用了。但是，我們還可以再做二次梯次利用的平臺搭建及建模。鹿西島預(yù)計今年12月竣工，但是我個人感覺不能按期完工，南麂島預(yù)期明年6月竣工，我個人認為到明年9月才能完工。我們想通過這兩項工程從外界獲得更多的關(guān)注，而且大規(guī)模的儲能系統(tǒng)應(yīng)該更多關(guān)注其應(yīng)用。我們希望從多目標方案中找到微電網(wǎng)軸的儲能系統(tǒng)。在鹿西島這一路，現(xiàn)在使用改進型閥控式的鉛酸蓄電池，但在最初是想使用鈉硫電池。但是，島上的房子實在是裝不下。那一天，我們咨詢液流電池的制造商，說我更關(guān)注島上的防鹽度，就是罐子放在外面一兩年是不是就被腐蝕了？后來因為各方面條件不符合，就放棄了。我們做工程不評價哪種電池的優(yōu)劣好壞，可能明年后年我們會上更大的島嶼工程，可能會更多用一些其他的儲能技術(shù)，我們很想在環(huán)評過關(guān)的時候能夠上抽水蓄能系統(tǒng)。
謝謝大家?。ū靖鍍?nèi)容未經(jīng)演講者確認）
