中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：9月8日，浙江電力科學(xué)研究院博士、高級(jí)工程師趙波出席了由中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)舉辦的“儲(chǔ)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(huì)，并在大會(huì)上發(fā)表了主題演講。以下為演講內(nèi)容：
各位領(lǐng)導(dǎo)，各位同事，很高興有這個(gè)機(jī)會(huì)和大家共同交流有關(guān)微電網(wǎng)和儲(chǔ)能的話題。我覺(jué)得本次研討會(huì)的主題“儲(chǔ)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(chǔ)能已經(jīng)定位在這個(gè)方面的應(yīng)用中。我本人以前并非從事儲(chǔ)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(chǔ)能技術(shù)的一個(gè)應(yīng)用方向。我在這里和大家分享有關(guān)儲(chǔ)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(dǎo)談到了微電網(wǎng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)，接下來(lái)我重點(diǎn)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(gè)工程都遇到很多關(guān)于儲(chǔ)能的問(wèn)題，涉及到儲(chǔ)能技術(shù)。
我簡(jiǎn)單說(shuō)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(shì)，就是實(shí)現(xiàn)多種能源的綜合互補(bǔ)利用，保障重要負(fù)荷的持續(xù)供電，還能解決偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電問(wèn)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(shí)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(guó)內(nèi)開(kāi)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(guó)之首，政府大力促進(jìn)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展，鼓勵(lì)海島開(kāi)發(fā)。尤其是這幾年，鑒于釣魚(yú)島和南沙等政策緊張關(guān)系，我們也在有意識(shí)地促進(jìn)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(yú)島都很近，通?？坎裼桶l(fā)電提供少量照明用電，或者風(fēng)柴和光柴系統(tǒng)，風(fēng)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(fēng)能和太陽(yáng)能環(huán)境。通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用，能夠提高風(fēng)能和太陽(yáng)能的利用率，從而減少柴油發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)間，減少耗油量。
我講的儲(chǔ)能系統(tǒng)和之前專家講的儲(chǔ)能系統(tǒng)有一點(diǎn)區(qū)別，我是從應(yīng)用的角度來(lái)講。儲(chǔ)能系統(tǒng)的選擇，首先要在優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候，根據(jù)業(yè)主對(duì)投資限制的要求，以及業(yè)主的相關(guān)要求進(jìn)行選擇。比如，有些業(yè)主會(huì)直接要求要用什么電池，但是對(duì)我本人來(lái)說(shuō)各有所長(zhǎng)。像今天各位專家說(shuō)的所有的儲(chǔ)能類型在我的實(shí)驗(yàn)室里都有。我們?cè)谧龉こ痰臅r(shí)候，更多的是從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全、成熟來(lái)考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)，而且大規(guī)模應(yīng)用儲(chǔ)能系統(tǒng)，我們做的工程是兆瓦級(jí)的工程并帶有儲(chǔ)能系統(tǒng)，這些儲(chǔ)能系統(tǒng)在微電網(wǎng)中充分發(fā)揮作用，首先要從經(jīng)濟(jì)上考慮，還要從電力系統(tǒng)角度和穩(wěn)定性來(lái)考慮，這些穩(wěn)定系統(tǒng)在優(yōu)化設(shè)計(jì)前有很多限制因素，主要考慮經(jīng)濟(jì)和安全成本。
我們也對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行了分類：電磁場(chǎng)儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能和機(jī)械儲(chǔ)能，在海島中，抽水蓄能與壓縮空氣都不適于兆瓦級(jí)以下的儲(chǔ)能系統(tǒng)，進(jìn)一步考慮島嶼地理環(huán)境的限制，無(wú)論從經(jīng)濟(jì)與技術(shù)方面都不適合使用抽水蓄能與壓縮空氣儲(chǔ)能。我們?cè)?jīng)最想上的就是抽水蓄能的儲(chǔ)能，它非常好，但存在環(huán)評(píng)問(wèn)題。環(huán)評(píng)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(guó)抽水蓄能，但是都沒(méi)有成功，都是因?yàn)榈乩硪蛩氐闹萍s。
我的幾個(gè)項(xiàng)目中都沒(méi)有采用鈉硫電池和液流電池，因?yàn)?010年的時(shí)候感覺(jué)到成本比較貴，所以就沒(méi)有用。超導(dǎo)磁儲(chǔ)能還在研究中，超級(jí)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(yùn)行了兩年半的工程，或者正在實(shí)施的工程。在我們做的工程里，我認(rèn)為下面這三個(gè)工程都有各自的特色：
首先是東福山島，我們說(shuō)的獨(dú)立型微電網(wǎng)，它的經(jīng)濟(jì)性在什么地方？單純從電價(jià)來(lái)看，包括風(fēng)機(jī)、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(jì)的。但是柴油發(fā)電機(jī)本身對(duì)于島上現(xiàn)在環(huán)境的影響非常大，而且國(guó)家也很重視海洋資源的保護(hù)，對(duì)柴油發(fā)電機(jī)的幾個(gè)工程都非常謹(jǐn)慎。因此，都比較鼓勵(lì)以風(fēng)電為主。有人說(shuō)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(gè)10千伏海纜的成本到了海島上就要6千多萬(wàn)。而當(dāng)時(shí)東福山島的建設(shè)成本才2500萬(wàn)。東福山島有7臺(tái)風(fēng)機(jī)。這些相片就是東福山島的現(xiàn)場(chǎng)相片。
東福山島的配制情況是：風(fēng)力發(fā)電7*30KW，光伏發(fā)電100KW，海水淡化裝置20KW，柴油機(jī)發(fā)電250KW，儲(chǔ)能蓄電池是1MWh。這個(gè)我們是分成兩路來(lái)用，一兆瓦時(shí)，我們跟業(yè)主溝通相關(guān)的運(yùn)行策略和儲(chǔ)能系統(tǒng)怎么用。業(yè)主對(duì)我要求是這個(gè)電池必須用到三年，而且每天最多一次充放電循環(huán)。這個(gè)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(guò)綜合考慮來(lái)選擇最佳的運(yùn)行策略：最大化利用可再生能源，減少使用柴油發(fā)電機(jī)，同時(shí)兼顧蓄電池的使用特性，最大化和延長(zhǎng)使用壽命。這種方法為偏遠(yuǎn)地區(qū)供電提供了一種新模式，也是真正意義上的一個(gè)獨(dú)立型微電網(wǎng)。我們?cè)谧鰱|福山島工程的時(shí)候，感覺(jué)到做的最多的工作就是要優(yōu)化。一個(gè)東福山島工程，要優(yōu)化的儲(chǔ)能有多大？所以，我們的優(yōu)化目標(biāo)肯定是多目標(biāo)函數(shù)，是盡量減少柴油發(fā)電機(jī)的運(yùn)行使用，最大化可再生能源利用率，還有最大化儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用壽命。東福山島工程是最大化儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用壽命。業(yè)主給我們規(guī)定，一年用1萬(wàn)多度電，有5千多度電必須用風(fēng)電和柴油發(fā)電機(jī)，而且儲(chǔ)能要多大？這需要優(yōu)化出來(lái)，所以要在這些基礎(chǔ)上進(jìn)行儲(chǔ)能的優(yōu)化和配制。對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化和配制，應(yīng)該考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)的所有電源要負(fù)荷。如果僅僅考慮單一優(yōu)化目標(biāo)，則關(guān)注點(diǎn)不同，所以儲(chǔ)能容量的優(yōu)化結(jié)果會(huì)不同。我要考慮棄風(fēng)棄光率，我們?cè)谧鲞@個(gè)工作的時(shí)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(jī)的運(yùn)行總量，從多目標(biāo)來(lái)進(jìn)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(chǔ)能蓄電池組，存儲(chǔ)電量960KWh，即使在未來(lái)負(fù)荷峰值200KW的極端情況下也可以使用。對(duì)東福山島儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)我們做了研究，什么時(shí)候從充電轉(zhuǎn)成放電？什么時(shí)候由放電轉(zhuǎn)成充電？什么時(shí)候有效利用光伏充電？什么時(shí)候補(bǔ)充充電和光伏的波動(dòng)性。在東福山島我們感覺(jué)到SOC測(cè)的不是很準(zhǔn)確，更多時(shí)候我們用電壓，因?yàn)殡妷悍浅?zhǔn)確。但是，單純不考慮SOC又不太合適，所以也花了不少時(shí)間去摸索東福山島的參數(shù)。東福山島的負(fù)荷里面70%到80%是軍用負(fù)荷，所以我不能把太多數(shù)據(jù)拿出來(lái)給大家分享。所以可以看出來(lái)，8月到12月份的可再生能源發(fā)電沒(méi)有達(dá)到50%?，F(xiàn)在可以告訴大家，在2012年達(dá)到50%-60%是沒(méi)有問(wèn)題的，因?yàn)楫?dāng)時(shí)風(fēng)機(jī)的發(fā)電量沒(méi)有滿足要求，所以可再生能源的發(fā)電率沒(méi)有達(dá)到要求。
東福山島現(xiàn)在運(yùn)行了2年零5個(gè)月，從設(shè)計(jì)條件來(lái)說(shuō)還是運(yùn)行比較成功的。從一兆瓦時(shí)的能量設(shè)計(jì)是比較合適，因?yàn)槊刻鞏|福山島只有兩種運(yùn)行模式，一個(gè)是柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行模式，一個(gè)是PCS運(yùn)行模式，完全是靠風(fēng)光儲(chǔ)藏。尤其是晚上，柴油發(fā)電機(jī)要關(guān)掉，因?yàn)檎麄€(gè)島很小，柴油發(fā)電機(jī)夜間運(yùn)行會(huì)影響島上居民的睡眠。因此，晚上柴油發(fā)電機(jī)不開(kāi)，完全靠風(fēng)光儲(chǔ)，從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)儲(chǔ)能每天一個(gè)充放電循環(huán)就做到了。經(jīng)過(guò)了2年半到3年的運(yùn)用，我們認(rèn)為選用的電池滿足要求。我估計(jì)運(yùn)行好的話，運(yùn)行3年—4年沒(méi)有問(wèn)題。[page]
第二個(gè)工程是我現(xiàn)在在做的一個(gè)工程，也是一個(gè)兆瓦級(jí)工程。在海島中，更多的是孤島。我們認(rèn)為，尤其是在浙江要做并網(wǎng)型的海島，在這個(gè)島上有35千伏的海纜線，尤其是在臺(tái)風(fēng)和部隊(duì)演練的時(shí)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(shí)是一個(gè)應(yīng)用方向。我們浙江省電力公司就是想在這個(gè)示范工程中把并網(wǎng)型的綜合示范工程摸透。我重點(diǎn)講一下我在里面的一些想法，因?yàn)檫@個(gè)工程現(xiàn)在已經(jīng)在建，首先這個(gè)微電網(wǎng)，我設(shè)計(jì)的這個(gè)微電網(wǎng)是要把整個(gè)島（35千伏的海島）斷電，儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠承擔(dān)微電網(wǎng)的重要負(fù)荷。因?yàn)槭遣⒕W(wǎng)型，如果全部負(fù)荷則需要承諾的供電代價(jià)會(huì)非常大，而重要負(fù)荷能夠持續(xù)供電2個(gè)小時(shí)。還有這上面還沒(méi)有開(kāi)發(fā)的，完全靠?jī)?chǔ)能來(lái)做，一旦并網(wǎng)之后就是一個(gè)風(fēng)光儲(chǔ)，這個(gè)時(shí)候還不清楚風(fēng)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(diǎn)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(diǎn)保護(hù)。這下面是大微電網(wǎng)，這個(gè)可以保證里面重要的負(fù)荷，這個(gè)微電網(wǎng)整體結(jié)構(gòu)還是比較復(fù)雜的。
我和大家探討一下我們是如何對(duì)微電網(wǎng)儲(chǔ)能進(jìn)行優(yōu)化配置。針對(duì)并網(wǎng)型微電網(wǎng)，我和中國(guó)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(gè)并網(wǎng)型微電網(wǎng)，全年風(fēng)光能夠滿足多少負(fù)荷用電量，比如說(shuō)有1萬(wàn)度電有4千度是靠風(fēng)和光自己自平衡，這個(gè)時(shí)候它的儲(chǔ)能配制便不一樣。所以我們現(xiàn)在已經(jīng)初步畫(huà)出自平衡率投資成本的示意圖。隨著自平衡率的提高，在開(kāi)始階段成本下降，但是隨著自平衡率的增長(zhǎng)，投資成本也呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。所以在我們做并網(wǎng)型的微電網(wǎng)中，尤其在儲(chǔ)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(gè)關(guān)系找到再回去推自平衡率30%到40%，儲(chǔ)能要配多少？所以不同的自平衡率最后會(huì)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(jì)實(shí)用的方案。我們非常關(guān)注儲(chǔ)能的自由經(jīng)濟(jì)性的方案。
鹿西島是多類型儲(chǔ)能，我做了一個(gè)非常有意義的設(shè)計(jì)。這是改進(jìn)后的閥控式鉛酸蓄電池，現(xiàn)在很多地方在說(shuō)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(gè)新型的電池，同樣我用了500千瓦2小時(shí)的鉛炭電池，后來(lái)又加了一個(gè)超級(jí)電容，我現(xiàn)在做這個(gè)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(chǔ)能設(shè)計(jì)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(gè)廠家同批量生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品，我們想驗(yàn)證加了超級(jí)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(gè)成本合是不是合算？500千瓦2小時(shí)這么大的超級(jí)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(gè)可再生能源發(fā)電就達(dá)2兆瓦，還有海洋能發(fā)電20兆瓦，這對(duì)于一個(gè)居住人口達(dá)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(tái)了，沒(méi)有5個(gè)億拿不下來(lái)。[page]
南麂島的設(shè)計(jì)特點(diǎn)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(gè)電網(wǎng)的可靠性，如果獨(dú)立性的電網(wǎng)可以達(dá)到3個(gè)9就不錯(cuò)了，如果4個(gè)9代價(jià)就會(huì)很大。但是，國(guó)家科技部給我們指標(biāo)是盡量達(dá)到4個(gè)9，電能滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(gè)雙微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)看起來(lái)不是很復(fù)雜，但是整個(gè)控制非常復(fù)雜。在南麂島中我用的是磷酸電池來(lái)做儲(chǔ)能。
我要聲明，南麂島的優(yōu)化配置，是儲(chǔ)能能源與可再生能源丟棄的關(guān)系。獨(dú)立型電網(wǎng)沒(méi)有倒送的概念，只有丟棄。所以隨著儲(chǔ)能容量增大及所以丟棄率基本沒(méi)有變化，在過(guò)去幾種類型的系統(tǒng)中，也不是儲(chǔ)能越大就越好。還有，這是儲(chǔ)能容量與柴油用量關(guān)系的示意圖，我們?yōu)槭裁瓷?兆瓦時(shí)也是根據(jù)這個(gè)計(jì)算結(jié)果出來(lái)的。另外，根據(jù)風(fēng)資源的情況，還有低負(fù)荷的情況，什么時(shí)候丟棄？丟棄了上升到儲(chǔ)能有沒(méi)有用？
再講一下南麂島的儲(chǔ)能，首先用的是鋰離子蓄電池，今天很多專家提到過(guò)，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(dá)到99.99%，尤其風(fēng)電和光伏波動(dòng)性太大，單純用能量型的蓄電池可靠不可靠？我們沒(méi)有進(jìn)行太多的對(duì)比。我們認(rèn)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(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)。我們希望它能夠平滑風(fēng)電處理，減少鋰離子電池壽命損耗，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓波動(dòng)。我認(rèn)為超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)有可能有效地增加，而不使用微電網(wǎng)，這個(gè)系統(tǒng)會(huì)有效地增加儲(chǔ)能系統(tǒng)。
還有一個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)非常有意思，我上了一兆瓦時(shí)的電動(dòng)汽車儲(chǔ)能電池，當(dāng)然這個(gè)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(gè)電動(dòng)汽車充放電站，我并沒(méi)有全部電池都用3.2伏，180伏這樣串起來(lái)，我是用了180伏的標(biāo)準(zhǔn)汽車儲(chǔ)能。我們認(rèn)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(shí)的電動(dòng)汽車在停止運(yùn)行的期間都在充電，就可以有效地降低棄風(fēng)率。由于60%以上是可再生能源，可以讓南麂島的電動(dòng)汽車真正地使用可再生能源。甚至我們?cè)诳紤]南麂島以后使用這些電動(dòng)汽車，那么動(dòng)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(tái)搭建及建模。鹿西島預(yù)計(jì)今年12月竣工，但是我個(gè)人感覺(jué)不能按期完工，南麂島預(yù)期明年6月竣工，我個(gè)人認(rèn)為到明年9月才能完工。我們想通過(guò)這兩項(xiàng)工程從外界獲得更多的關(guān)注，而且大規(guī)模的儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)該更多關(guān)注其應(yīng)用。我們希望從多目標(biāo)方案中找到微電網(wǎng)軸的儲(chǔ)能系統(tǒng)。在鹿西島這一路，現(xiàn)在使用改進(jìn)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(shí)在是裝不下。那一天，我們咨詢液流電池的制造商，說(shuō)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(lái)因?yàn)楦鞣矫鏃l件不符合，就放棄了。我們做工程不評(píng)價(jià)哪種電池的優(yōu)劣好壞，可能明年后年我們會(huì)上更大的島嶼工程，可能會(huì)更多用一些其他的儲(chǔ)能技術(shù)，我們很想在環(huán)評(píng)過(guò)關(guān)的時(shí)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(rèn)）
