中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：8月9—10日，由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司、西安北大科技園、中國(guó)科學(xué)院電工研究所儲(chǔ)能技術(shù)組、深圳市科陸電子科技股份有限公司等單位聯(lián)合主辦“第二屆全國(guó)發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)與應(yīng)用高層研討會(huì)”在陜西西安金磐酒店舉行。來(lái)自政府主管部門、能源監(jiān)管部門、行業(yè)專家、設(shè)計(jì)院、新能源發(fā)電業(yè)主單位、電力公司、系統(tǒng)集成商、項(xiàng)目承包商、投融資機(jī)構(gòu)等單位的260余位嘉賓出席了本次研討會(huì)。
廣州智光儲(chǔ)能科技有限公司技術(shù)總監(jiān)郭威先生在主題報(bào)告環(huán)節(jié)分享“基于新能源消納需求的高壓儲(chǔ)能技術(shù)研究”，以下為其主要發(fā)言內(nèi)容。
郭威
各位領(lǐng)導(dǎo)，各位專家，大家下午好！
今天跟大家分享智光儲(chǔ)能在新能源消納需求的高壓儲(chǔ)能技術(shù)研究。主要包含5個(gè)部分：
第一，先介紹一下大概背景，前面背景今天上午已經(jīng)介紹過(guò)了，我這里簡(jiǎn)單過(guò)一下。截止2019年6月底，全國(guó)新能源總裝機(jī)高達(dá)3.79億kW，截止到2019年6月，全國(guó)光伏發(fā)電裝機(jī)1.86億千瓦。從全國(guó)發(fā)電量上來(lái)看，左邊是發(fā)電量，右邊是限電量和限電率，裝機(jī)量最大以西北地區(qū)為主，其中新疆特別突出。再看一下風(fēng)電，全國(guó)裝機(jī)西北和內(nèi)蒙地區(qū)，包括河北裝機(jī)量非常大，總共裝機(jī)量截止到今年6月份達(dá)到了1.93億千瓦，但是從發(fā)電量上來(lái)，左邊是總的發(fā)電量，發(fā)電量很高，因?yàn)榭傃b機(jī)很大。但是限電量和限電率新疆地區(qū)和內(nèi)蒙地區(qū)都是比較高。從下面最近三年曲線上來(lái)看，限電率和限電量呈大幅度下降趨勢(shì)，但仍保持高位這是我們做新能源儲(chǔ)能消納研究的背景環(huán)境。
第二，介紹一下新能源消納需求，前面很多領(lǐng)導(dǎo)專家做了介紹。我們花了一年多時(shí)間跟蹤了多個(gè)風(fēng)光電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)，這是一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)13天的發(fā)電曲線，采樣時(shí)間是1分鐘，不發(fā)電的時(shí)間剔除掉以后，可以看到波動(dòng)幅度非常大，這個(gè)是50兆風(fēng)電裝機(jī)，從限電功率上來(lái)看最大達(dá)到40兆瓦，大部分在10兆瓦一下，這個(gè)量非?？膳?。如果我們想解決風(fēng)電限電，提高風(fēng)電消納，這就對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)提出了更高要求，儲(chǔ)能功率至少是10兆瓦級(jí)的，這個(gè)曲線如果拉長(zhǎng)的話，這個(gè)波動(dòng)是非常頻繁的，這就要求儲(chǔ)能具有更快的響應(yīng)速度。
風(fēng)電場(chǎng)適配儲(chǔ)能最好有兆瓦級(jí)的功率配置，50兆風(fēng)電場(chǎng)至少要做到5兆瓦級(jí)才會(huì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。第二儲(chǔ)能系統(tǒng)要有非常快速的響應(yīng)能力，響應(yīng)不行，要達(dá)到滿功率的響應(yīng)，調(diào)節(jié)能力要非?？?，最好達(dá)到毫秒級(jí)?？刂撇呗詢?yōu)化，要綜合進(jìn)行控制策略優(yōu)化。要求儲(chǔ)能系統(tǒng)有更高的轉(zhuǎn)換效率，因?yàn)檫@些電量最終還是跟儲(chǔ)能系統(tǒng)投資和經(jīng)營(yíng)效益相互掛鉤，經(jīng)營(yíng)效率低，儲(chǔ)能投資失去了很多價(jià)值。
再舉一個(gè)例子，這是一個(gè)9天光伏電站的發(fā)電曲線，這是標(biāo)準(zhǔn)饅頭曲線，是晴天的數(shù)據(jù)，這個(gè)是非晴天數(shù)據(jù)。其中紅色是調(diào)度AGC指令，綠色是可發(fā)功率。下面曲線做的場(chǎng)站和時(shí)發(fā)功率的差值，如果綠色曲線在上面表示儲(chǔ)能可以充電，是限電狀態(tài)，在下面表示儲(chǔ)能可以放電，是不限電狀態(tài)，把這些電量求積分，帶入儲(chǔ)能的功率和容量和SOC、效率、響應(yīng)速度等進(jìn)去，這就是儲(chǔ)能系統(tǒng)解決多少的限電量，這是我們的基本思路。從這個(gè)圖上來(lái)看，這里是30兆光伏電站曲線圖，但是最大的限電功率達(dá)到了10兆瓦，我們儲(chǔ)能按照30%的功率進(jìn)行配置，這個(gè)就太浪費(fèi)了。但實(shí)際上我們可能只會(huì)滿足60%到70%的限電需求就可以了，因?yàn)槲覀円非蠼?jīng)濟(jì)效益。
綜合光伏電站的數(shù)據(jù)，光伏電站儲(chǔ)能也要求功率非常大，指令可以達(dá)到5~10兆瓦級(jí)，但是儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配多造成浪費(fèi)，配少把限電沒(méi)有得到很好的解決。因?yàn)楣夥鶕?jù)負(fù)荷快速變化，如果調(diào)節(jié)速度慢也會(huì)影響到儲(chǔ)能的整個(gè)收益，儲(chǔ)能系統(tǒng)的響應(yīng)速度和調(diào)節(jié)能力要求非常的快捷?？刂撇呗砸惨鄳?yīng)的進(jìn)行優(yōu)化，不能把風(fēng)電儲(chǔ)能控制策略在光伏電站直接進(jìn)行套用。最后也是要求能量轉(zhuǎn)換效率比較高一些。
剛才講的是消納需求，限電量的情況。這個(gè)是國(guó)家能源局西北監(jiān)管局局下發(fā)的關(guān)于新能源電站增加一次調(diào)頻的文件，需要具備一次調(diào)頻。右邊這個(gè)是國(guó)家能源局2018年下發(fā)的1870標(biāo)準(zhǔn)，有興趣可以研究一下1870標(biāo)準(zhǔn)，其中對(duì)新能源廠站一次調(diào)頻，上調(diào)和下調(diào)都做了要求，但是西北監(jiān)管局的文件里面只要求場(chǎng)站需要上調(diào)的能力，儲(chǔ)能系統(tǒng)如果和一次調(diào)頻檢測(cè)設(shè)備、功能相互配合起來(lái)效果會(huì)更好，而且會(huì)大幅度降低由于一次調(diào)頻帶來(lái)的限電率增加的問(wèn)題。
第三個(gè)需求是功率超發(fā)，綠色是代表場(chǎng)站實(shí)發(fā)功率，超發(fā)了，按照西北地區(qū)的細(xì)則要面臨考核，目前20兆光伏電站一個(gè)月由于單純超發(fā)功率，一個(gè)月大概有10個(gè)積分的考核，一分是1000塊錢，一個(gè)月有10000多塊錢的考核情況。如果配了儲(chǔ)能，而且快速響應(yīng)過(guò)來(lái)，這一部分的免考就可以作為儲(chǔ)能收益。下面把超發(fā)功率做了分布測(cè)算，在下面羅列出來(lái)了，超發(fā)會(huì)有這么多，如果配儲(chǔ)能和相應(yīng)速度都一秒之內(nèi)滿功率相應(yīng)，這個(gè)超發(fā)功率考核就可以完全減免掉了。
這個(gè)是新疆地區(qū)今年5月份按照新版“兩個(gè)細(xì)則”考核之后的考核情況，考核最前面都是風(fēng)電場(chǎng)，主要因?yàn)轱L(fēng)力預(yù)測(cè)偏差比較大，得到了很多考核。這個(gè)是青海省2018年12月到2019年3月份“兩個(gè)細(xì)則”考核情況，從這個(gè)圖上可以看風(fēng)電也好、光伏也好，考核峰值和占比出現(xiàn)大幅度的上升?？己朔质菑娜ツ?2月份成倍往上增長(zhǎng)，那個(gè)是光伏，這個(gè)是風(fēng)電場(chǎng)的數(shù)據(jù)，可以看到明顯的增長(zhǎng)。整個(gè)電網(wǎng)和社會(huì)用電對(duì)新能源場(chǎng)站要求越來(lái)越高，對(duì)新能源場(chǎng)站提出更高的要求，要求我們?cè)陲L(fēng)光預(yù)測(cè)提出了更高要求，這些要求都可以通過(guò)儲(chǔ)能來(lái)進(jìn)行進(jìn)一步改善，這個(gè)是風(fēng)光功率預(yù)測(cè)的需求。
第三個(gè)介紹一下基于新能源消納需求的高壓儲(chǔ)能技術(shù)。了解智光的同仁都知道，智光這么多年來(lái)一直致力于高壓儲(chǔ)能技術(shù)的研究，我們?cè)谛袠I(yè)里面走在比較另類的路線。這個(gè)是高壓儲(chǔ)能系統(tǒng)拓?fù)鋱D，最大特點(diǎn)單機(jī)功率達(dá)到10兆瓦以上，無(wú)需并聯(lián)，電壓可以是6到35千伏，因?yàn)樗鼪](méi)有很多的小機(jī)并聯(lián)，安裝上可以大幅度減少交流高低壓開關(guān)、保護(hù)、升壓變的數(shù)量。這是10兆瓦高壓儲(chǔ)能和常規(guī)儲(chǔ)能的對(duì)比，如果采用高壓儲(chǔ)能10兆瓦只需要一臺(tái)就可以解決，而采用常規(guī)500千瓦儲(chǔ)能產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比，大概需要20臺(tái)低壓儲(chǔ)能，10臺(tái)升壓變及保護(hù)監(jiān)測(cè)，10臺(tái)高壓開關(guān)及保護(hù)，20臺(tái)低壓開關(guān)及保護(hù)，相應(yīng)的遙測(cè)、遙信也會(huì)數(shù)倍于高壓儲(chǔ)能。
減少了大量電池并聯(lián)的問(wèn)題，今天上午周老師也對(duì)這一塊做了很多說(shuō)明，由于電池大量電芯并聯(lián)的時(shí)候，BMS在采集電芯電壓的時(shí)候不是采的不是單個(gè)電芯的電壓，而是并聯(lián)的所有電芯電壓，我們要降低電芯直接或者間接并聯(lián)的數(shù)量，而采用高壓儲(chǔ)能技術(shù)就可以很好的解決，這個(gè)圖上面畫的是兩路電芯并聯(lián)，但在很多情況下可以不用電芯并聯(lián)，單電芯串聯(lián)完全可以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。
減少了電芯并聯(lián)可以避免整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率，系統(tǒng)的容錯(cuò)能力會(huì)更強(qiáng)一些。因?yàn)橹拔覀児就略谛袠I(yè)里面在會(huì)議上做過(guò)介紹，大家多多少少有一些了解。
第三個(gè)高壓儲(chǔ)能技術(shù)做了四級(jí)均衡，兩級(jí)被動(dòng)均衡和兩級(jí)主動(dòng)均衡。主動(dòng)均衡投入之后有什么好處？可用容量更高，效率更高，左邊這個(gè)圖是3兆瓦時(shí)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，電池充電電量最高達(dá)到2888度，這是3兆瓦時(shí)的儲(chǔ)能系統(tǒng)。右邊這張圖可以看到，我們投入到主動(dòng)式均衡之后，系統(tǒng)36個(gè)電池簇SOC極值差收斂趨勢(shì)，SOC極差低至3%以下，顯著提高系統(tǒng)整套可應(yīng)用容量。我這里不講安裝容量，講使用容量，實(shí)際使用容量是多少，才是我們投資者和用戶真正關(guān)心的。
右下角是36個(gè)儲(chǔ)能單元運(yùn)行若干循環(huán)下來(lái)之后，整個(gè)集裝箱里面分布各個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度極差，控制在了3攝氏度以內(nèi)，最高溫度和最低溫度控制在3攝氏度以內(nèi)。今天上午有一位專家介紹了，控制在5攝氏度，這是我們?cè)O(shè)計(jì)跑到的數(shù)據(jù)，歡迎大家可以到現(xiàn)場(chǎng)去考察。
我這里補(bǔ)充一個(gè)，為什么講這些？在座電池廠家都知道，電芯在出廠的時(shí)候會(huì)標(biāo)電池壽命，比如5000次，會(huì)有很多的限制條件，比如@25℃，@100%DOD，等，我們把SOC控制一致性更好一些，就不會(huì)說(shuō)運(yùn)營(yíng)第一年壞多少電池，第二年再壞多少電池，這種情況可以大幅度減少。溫度控制一致性更好一些，避免了部分電芯過(guò)快的衰減。
我們?cè)谧鲂履茉措娬緝?chǔ)能的時(shí)候，穿插一下前面講的內(nèi)容，前面很多專家講的，包括新疆、青海、甘肅，新能源廠家裝多大功率，有些人說(shuō)10%，有些人說(shuō)15%，最近新疆這次要求光伏電站裝15%的功率，有一些裝到20%、30%，到底裝多少比較合適？我們花了一年多時(shí)間采了好幾個(gè)新能源電站，搭了這樣一個(gè)模型。從限電數(shù)據(jù)，調(diào)度的目標(biāo)值是以一分鐘為采樣時(shí)間，整個(gè)生成了這一個(gè)電站的模型，把場(chǎng)站一年數(shù)據(jù)代入，和儲(chǔ)能系統(tǒng)主要指標(biāo)，比如響應(yīng)速度，系統(tǒng)效率、安裝容量、可用率，把這些指標(biāo)全部代入，以儲(chǔ)能系統(tǒng)的安裝功率作為輸入變量，我們會(huì)得出很多儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率數(shù)據(jù)。我們會(huì)得到一個(gè)曲線，這個(gè)曲線頂點(diǎn)位置就是這個(gè)項(xiàng)目裝的儲(chǔ)能系統(tǒng)最佳功率，后面我會(huì)有一些曲線和數(shù)據(jù)進(jìn)行說(shuō)明。對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配比也是同樣的，以電站為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，搭出電站模型，以電站限電量和限電功率和儲(chǔ)能系統(tǒng)模型，以儲(chǔ)能系統(tǒng)安裝容量作為輸入，可以得到儲(chǔ)能系統(tǒng)的最佳裝機(jī)容量。我們可以看到很多限電，每天限電量都是不同的，功率不同的，時(shí)間是不同的，我們?cè)趺礃觼?lái)得出這樣的結(jié)論，我們把這些數(shù)據(jù)全部帶到模型里面來(lái)，我們用儲(chǔ)能系統(tǒng)的電力取得最大收益，取得最小收益，用收益乘以儲(chǔ)能系統(tǒng)的造價(jià)會(huì)得出下面的曲線，一個(gè)是最大值，一個(gè)是最小值。這個(gè)范圍就是我們這個(gè)項(xiàng)目安裝儲(chǔ)能的最佳容量配比，PCS功率也是同樣的算法，從上面這個(gè)圖來(lái)看，從儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池容量來(lái)看，配比越高收益越高，但是經(jīng)濟(jì)性是呈下降趨勢(shì)的，這是在這塊做的模型，很多新能源電站都可以基于這個(gè)大數(shù)據(jù)做分析，得到廠站安裝的容量配比。
介紹一下關(guān)于高壓儲(chǔ)能技術(shù)的幾個(gè)疑問(wèn)解答，很多科研單位對(duì)這塊有疑問(wèn)，我就幾個(gè)大家比較關(guān)心的疑問(wèn)做一個(gè)公開答疑。
第一個(gè)疑問(wèn)是高壓儲(chǔ)能方案每相有很多模塊串聯(lián)起來(lái)，如果有一個(gè)模塊故障了，不管是電池還是PCS故障，那這相就斷了，導(dǎo)致系統(tǒng)缺相而停機(jī)，系統(tǒng)容錯(cuò)能力太低了。我這樣解答，這是單個(gè)PCS的模塊，它所對(duì)應(yīng)的電芯和PCS模塊出現(xiàn)了故障，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行進(jìn)一步的判斷，然后逐級(jí)把模塊進(jìn)行電池和PCS會(huì)從旁路出去，這邊有一個(gè)隔離開關(guān)，旁路掉之后，這一邊會(huì)隔離出去，這邊電芯、電池和PCS模塊都可以進(jìn)行檢修。每個(gè)相有10個(gè)模塊，剩下的模塊怎么辦？只需要每一個(gè)模塊脈沖寬度適當(dāng)增加，輸出電壓增加10%，整套儲(chǔ)能系統(tǒng)的輸出就會(huì)達(dá)到平衡，這是第一個(gè)問(wèn)題的回應(yīng)。
第二個(gè)也有人問(wèn)，高壓儲(chǔ)能系統(tǒng)電池處于高電壓容易有損壞，電池壽命影響儲(chǔ)能系統(tǒng)的壽命，不適合做大功率、大容量的儲(chǔ)能系統(tǒng)。我這里來(lái)解釋一下，高壓儲(chǔ)能系統(tǒng)里面的電芯承受的是正常電壓，不是高電壓，把高電位和高電壓兩個(gè)概念搞混了，我這里來(lái)解釋一下，這個(gè)圖大家生活中經(jīng)常見(jiàn)到，鳥在高壓線上為什么沒(méi)有被電擊死，因?yàn)槌惺艿碾妷菏沁@一段導(dǎo)線很小的電壓，所以鳥不會(huì)被電擊死，只是處于高電位上。初中物理上講過(guò)一個(gè)科學(xué)常識(shí)，一個(gè)人對(duì)地完全絕緣，當(dāng)他摸到高電位的時(shí)候，他就處于高電位了，好比電芯只是處于高電位，電芯不存在處于高電壓的環(huán)境下影響儲(chǔ)能系統(tǒng)的壽命。高電位不等于高電壓，電芯在里面屬于高點(diǎn)位，但是不是高電壓。高電壓更適合做大功率、大容量的儲(chǔ)能系統(tǒng)。我為什么這么說(shuō)？我這里思考了很長(zhǎng)時(shí)間，想到一個(gè)自己感覺(jué)比較合理的比喻，我這里展示一下，合不合適，在座專家做一個(gè)考量。
比如說(shuō)磚混結(jié)構(gòu)的房子使用了上百年甚至上千年的都沒(méi)有問(wèn)題，住的都是安全的，住了那么多年，但是這種房子建的非常漂亮。單位面積可住宅面積畢竟比較少，所以比較占地方，但是當(dāng)我們?cè)诔鞘欣锩嫘枰嗟娜丝诰幼≡诠潭娣e土地上的時(shí)候，我們就需要改變一種新的思路，實(shí)現(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的革新。開創(chuàng)出一個(gè)新的儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)出來(lái)，這個(gè)就好比我們要建摩天大樓需要有鋼混結(jié)構(gòu)和鋼架結(jié)構(gòu)，這是我做的比喻，合不合適大家自己斟酌一下。
第三個(gè)疑問(wèn)高壓儲(chǔ)能系統(tǒng)的接地風(fēng)險(xiǎn)比較大。本質(zhì)上認(rèn)為高電壓容易發(fā)生絕緣故障，對(duì)于不同電壓等級(jí)的電力設(shè)備在設(shè)計(jì)過(guò)程中均采用不同等級(jí)的絕緣材料，6KV目前非常成熟，高壓輸電網(wǎng)電壓到了1100千伏，已經(jīng)非常成熟了，并且廣泛使用幾十年的時(shí)間，不存在把電壓提升到6千伏、10千伏就容易發(fā)生絕緣故障的問(wèn)題。
第四個(gè)高壓儲(chǔ)能系統(tǒng)更容易發(fā)生人身傷亡？跟剛才的認(rèn)識(shí)是一樣的，但是要反觀南方電網(wǎng)和國(guó)家電網(wǎng)每年發(fā)布的事故反措?yún)R編，低電壓系統(tǒng)每年更容易發(fā)生人身安全事故，高壓發(fā)生的事故并沒(méi)有那么多。
最后花一點(diǎn)時(shí)間簡(jiǎn)單介紹一下智光儲(chǔ)能科技有限公司， 廣州智光儲(chǔ)能科技有限公司是廣州智光電氣股份有限公司的全資子公司，是智光電氣在綜合能源技術(shù)與服務(wù)戰(zhàn)略發(fā)展方向的重要布局。 智光電氣憑借自身多年電力電子技術(shù)、高電壓技術(shù)、自動(dòng)化與信息化技術(shù)及智慧能源技術(shù)的研究與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，并通過(guò)與國(guó)內(nèi)電池行業(yè)資深研究團(tuán)隊(duì)、科研院所及高校合作，擁有一批在電池PACK技術(shù)研究與生產(chǎn)、BMS、EMS及PCS等領(lǐng)域?qū)I(yè)的研究團(tuán)隊(duì)。
智光子公司比較多，目前全資子公司有30多家，這里面只是其中一部分，包括有設(shè)計(jì)院和電纜公司、自動(dòng)化、電機(jī)驅(qū)動(dòng)。成立這么多年來(lái)核心技術(shù)很多，因?yàn)槲覀冎v儲(chǔ)能，主要核心技術(shù)有三個(gè)第一個(gè)是電氣控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、高電壓技術(shù)。智光有自己的研發(fā)設(shè)計(jì)部門，企業(yè)技術(shù)中心、綜合能源實(shí)驗(yàn)室、博士后工作站、科技企業(yè)孵化器、中試與產(chǎn)業(yè)化。依托于這三個(gè)技術(shù)和研發(fā)團(tuán)隊(duì)，99年智光成立的時(shí)候開發(fā)出自己的第一款高壓電氣控制和電力電子的產(chǎn)品消弧系統(tǒng)，從3.3千伏到35千伏。依托這三個(gè)技術(shù)研發(fā)出了高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，電壓等級(jí)是3.3到10千伏，出口到國(guó)外的電壓12千伏都有。第三個(gè)還是依托于這三個(gè)技術(shù)，高壓固態(tài)軟起動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)了3.3千伏到10千伏的產(chǎn)品。第四個(gè)是高壓無(wú)功發(fā)生器，3.3-35千伏，不通過(guò)變壓器，直接掛在電網(wǎng)上的。第五個(gè)是高壓儲(chǔ)能系統(tǒng)，3.3-35千伏產(chǎn)品。第六個(gè)是高壓船舶安用電源系統(tǒng)，目前在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率第一。都是依托于三個(gè)核心技術(shù)。
我今天分享就到這里，謝謝大家。
