中國儲能網訊：國家電網公司優(yōu)秀專家人才、教授級高工、新能源與儲能運行控制國家重點實驗室、儲能與電工新技術研究所、中國電力科學研究院專家李相俊教授就《大規(guī)模電池儲能系統(tǒng)控制與應用關鍵技術及其發(fā)展趨勢》發(fā)表演講。
以下為演講實錄：
尊敬的各位領導、專家、朋友們，下午好!因為這次是電動汽車和相關技術論壇，下面我主要還是針對大規(guī)模儲能來做相關的報告。
報告分為五個部分：首先是報告應用的背景，大家都知道隨著智能電網提出以后，能源互聯(lián)網作為一個新的發(fā)展方式，從一個比較單向的結構變成了雙向互動，這樣也帶來了很多新的問題，之前沒有碰到問題的也能解決。傳統(tǒng)意義上儲能是不能存儲的，現(xiàn)在隨著新型的電池儲能，儲能以后如何應用也是面臨著一些新的問題，能源互聯(lián)網可以進行分布式有效利用。隨著IT、信息和通信技術的快速發(fā)展，可以通過信息、物理和能源融合形成這樣一種分布式分散接入的廣域網。
這是從全球能源戰(zhàn)略發(fā)展白皮書的摘錄：到了2030年將會實現(xiàn)能源機隊的開發(fā)和電網的互聯(lián)，2050年實現(xiàn)洲距的互聯(lián)。儲能其中也會發(fā)揮重要的作用，因此縱觀現(xiàn)在能源發(fā)展不管是局域、區(qū)域的互聯(lián)到全球的互聯(lián)，儲能現(xiàn)在備受大家的關注。
這是有一些統(tǒng)計結果，十年來我們風電電網增長了一百倍，但是最近五年間光伏就已經增長了一百倍，說明新能源大規(guī)模接入已經成為了第三大主力電源，預計在2030年會超過水電成為第二大主力電源，新能源本身具備發(fā)電的隨機性和波動性，但是大規(guī)模給電網接入也會帶來一些安全穩(wěn)定的運行，作為聯(lián)合發(fā)電的方式也是大家需要關注的。
我國預計在2020年非水電的可再生能源將達到2億千瓦，我們回顧一下全國棄光比例非常多，不管是西北部還是東北部，大家可以通過網上的數(shù)據(jù)查到。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示2015年全國氣光量接近1100億千瓦時，有些棄光的時候可以存儲和釋放，通過這種形可以減少棄光。有些說就不裝儲能，寧可棄掉也可以比儲能帶來更大的效益，但儲能的成本在逐漸下降，10萬千瓦新能源棄電也在應用，將來肯定會作為有效手段，發(fā)電的時候也會大規(guī)模應用。
這是我們國家風光署2011年底投運了將近10兆瓦的儲能，2012年到2013年形成了20兆瓦、80兆瓦的儲能規(guī)模，配合新能源進行跟蹤調度計劃功能，后面的典型案例當中會有一個介紹。儲能電站和大規(guī)模儲能系統(tǒng)能夠有效改善并網新能源的質量，提升電網的安全穩(wěn)定水平，對促進新能源消納是有積極作用的。
現(xiàn)在廣義上的儲能有幾種類型，我們提到的儲能除了抽續(xù)之外只是電儲能多一些，今天我報告的內容主要是以電池儲能的控制應用進行技術發(fā)展性的展望。電網有發(fā)電、輸電、配電、用電等幾個方面，“十二五”期間主要是在發(fā)電側做了儲能，結合新能源場站波動評議，幫助他們一塊跟蹤調研，比如遼寧、青海都有一些試點示范應用。輸電上還沒有大規(guī)模應用，因為輸電上需要大功率。配電之前有百千瓦級，微網的也有，用戶側從“十三五”開始，國網公司也列了兩個分布式儲能應用的項目，2017年我們在江蘇也有一些儲能，用戶側也達到了好幾十兆瓦的規(guī)模，說明江蘇這些省也非常關注儲能在用戶側的應用，包括配電側，這是我們“十三五”發(fā)展的一個重要的領域。發(fā)電側也需要繼續(xù)關注，作為一種新興技術。
我們分析了幾種儲能類型，除了抽續(xù)之外電力儲能占的比例還是很多的，包括鋰電池、鉛酸液、硫鈉硫，鋰離子電池現(xiàn)在增長的速度還是非?？斓?，而且也是由于電動汽車的應用都是鋰離子系列的電池，所以也反過來帶動了這種電池技術的發(fā)展，推動了在儲能領域的一些應用。這里還有輔助服務和輸配電，現(xiàn)在各個領域還是以發(fā)電為主，“十二五”期間應用的比例非常大，未來的一兩年內分布式的規(guī)模會增長得非常快。
儲能要大規(guī)模應用可能有幾個關鍵技術要考慮：因為電池是由一定的單體組成，單體需要組成模塊，模塊又要進行組串，組串又要進行并聯(lián)，通過DCAC交換，這樣就涉及到儲能電池大量的集成技術。原來百千瓦級可能是一個PC就可以了，但是大量集中以后就會有多個并流器，里面涉及到集成、監(jiān)控和保護。因為電池本身由電力兩個部分組成：一部分是變流器，另一部分是電池存儲能量。舉個例子，我們投入的14兆瓦儲能電站當中有接近46個變流器，這樣50多個變流器之間需要進行功率的實時控制，還有后面電池不一樣的情況下怎樣進行能量的優(yōu)化調度，這就需要進行能量管理。
如果儲能配合發(fā)電側的話又要結合新能源的波動，還有跟蹤調動指定的需求進行優(yōu)化控制，所以這兩個部分的控制應用也是需要解決的關鍵問題?！笆濉逼陂g我們基本上解決了這個問題，可以實現(xiàn)儲能電池快速穩(wěn)定和可靠的要求。儲能設備從單體、模塊和系統(tǒng)集成是一個過程，現(xiàn)在我們正在展望的是百兆瓦級的，規(guī)模是比現(xiàn)在還要大。舉個例子，現(xiàn)在以100兆瓦來說，因為我們常規(guī)的儲能用的變流器是500千瓦，要有200臺PCS，這個規(guī)模是相當大的。整站的處理也有要求，這里的監(jiān)控體系架構需要關注。后面還有這么多的電池，如果要是配容量稍微大一點的話也有數(shù)十萬或者百萬級的數(shù)量來管理，這樣傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理方法可能也并不適用，需要新的海量平臺的數(shù)據(jù)管理，這項技術也需要特別關注。
這是我們風光用的就業(yè)監(jiān)控方案，1個變壓器下面有6臺PCS，這是就地監(jiān)控。如果規(guī)模大的話這樣的單元會有數(shù)十個，又有就地的控制，又有協(xié)調的控制，還有整站時間的控制，所以就需要關注控制架構。我們的響應時間是900毫秒，也是完全滿足實際應用的要求。這是我們用的監(jiān)控架構，設備上主要是變流器和電池，這里還有站際監(jiān)控和協(xié)調控制器的調度，就是這樣的分層架構。
如果是10兆瓦到百兆瓦又有什么問題出現(xiàn)?首先是單體數(shù)量到百萬級了，現(xiàn)在的HADOOP海量的數(shù)據(jù)存儲技術可以得到應用，不然的話現(xiàn)在數(shù)據(jù)快速讀取存儲這些問題還是不可避免的，這么多變流器多并聯(lián)的時候有些電力電子方面的問題，包括一些相關的導入和穩(wěn)定性的問題也要考慮。這么大的電池組成百兆瓦的電流，也有一些不一次性出現(xiàn)的概率增大，如何進行預測和管理，實現(xiàn)整個的控制，這也是需要關注的，不然的話無法實現(xiàn)電站的高效準確處理，因為對響應時間也有要求。
除了站內的控制之外還要滿足新能源的要求，新能源側也要求具備虛擬同步功能，這樣也需要毫秒級的控制，儲能還要配合它的虛擬同步進行穩(wěn)態(tài)控制，所以它的控制也是更加復雜的，又有功率又有能量，規(guī)模大了以后要求也更多，所以這個方面也需要關注。
大家現(xiàn)在比較關注云技術，海量信息可以通過購買私有云和公有云進行數(shù)據(jù)共享，而且經過幾年的運行發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)是非常值錢的，電池運行一段時間以后現(xiàn)在怎么變化，這也是業(yè)主或者我們投資商非常關注的情況，什么樣的運行工況會對它有些影響，壽命是按照什么情況衰減。之前我們做的研究包括學校里面有些實驗室，對小規(guī)模單體也有幾個模塊組，有些工況并不是我們電網實際的工況。我們這幾年掌握了不同運營工況下的典型儲能運行工況，將來我們應該把工況作為實驗測試，這個測試才有更大的含金度。將來結合運行工況的數(shù)據(jù)，還有百萬級數(shù)量以后數(shù)據(jù)如何進行存儲和將來的應用，這是我們對它的性能評估方面非常重要的一點。
經過幾年的按照我們也發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)采集的精度、顆粒度和存儲的頻率如何進行優(yōu)化，這是直接和儲能設備投運的成本相關。別看數(shù)據(jù)存儲單元，容量大到一定數(shù)量級以后成本也是非常大的，可能到了幾年以后也到壽命需要替換了，從這個角度來說，如果我們要合理進行數(shù)據(jù)存儲的話也能夠降低一定的運行維護成本。
這是我們2016年負責的國家重點研發(fā)計劃，這里用的是新型鋰離子電池，可以實現(xiàn)它的加固集成應用。我們也關注了幾個方面：儲能配合新能源的虛擬同步機功能，儲能如何進行建模，還有進行技術性評價，這和將來的運行模式和商業(yè)模式也是相關的。如何進行系統(tǒng)的測試和平臺實驗搭建，如何進行海量電池特性的評估，如何進行統(tǒng)一的調度，因為到了這樣的數(shù)量級，以前我們小規(guī)模不能發(fā)現(xiàn)問題也會應運而生需要解決，還要進行動態(tài)一致性和安全控制，因為安全也是至關重要的，電池系統(tǒng)的安全性、經濟性和是否能夠長壽運行等等。
結合這個研究基礎，我們需要進行示范驗證。考慮的場景是在青海。青海現(xiàn)在有些海西多能示范工程，風電是400，光伏是200，儲能是50，光熱也會考慮，說明國家也非常重視多能互補、電網儲能、光儲和儲熱的研究。因為現(xiàn)在這個工程正在籌備建設期，以后如果有相關成果的話再和大家報告。
介紹一些典型的應用案例，簡單地介紹一下歐美或者我們周邊國家在關注什么。剛剛投運的是鋰電池30兆瓦，主要是響應市場的信號，配合市場進行調控，青海格爾木是去年7月份投運的，也是國內首個商業(yè)化運行的電站，主要是實現(xiàn)跟蹤計劃處理。我們風光署2011年投運的，包括鋰電池、倩酸和碳酸鋰，各種電池都在一個電站當中集成，包括滿足電網的應用需求，現(xiàn)在的運行結果確實是滿足了電網的應用要求。日本比較關注鈉流電池，美國也有一些應用案例，這幾類電池是我們有關注的。
有些專家可能也看過，總之就是有幾個模式：風光組聯(lián)合發(fā)電，60兆瓦、40兆瓦和50兆瓦計劃;7月份去年投運的首個青海光纜電站，包括如何進行運行調度，如何實現(xiàn)盈利等等，所以作為一個試點示范，去年投運了，現(xiàn)在運行了一年，狀態(tài)非常良好，光伏是50兆瓦，儲能是15兆瓦和18兆瓦。
從十點鐘到下午一點鐘確實是發(fā)光太多了，但是沒有實際的需求，棄的光如果用儲能的話，下午一點鐘到兩點鐘左右會放，光伏不夠的情況下儲能可以放電，平均一天就是一個滿充一個滿放，一天大概有17兆瓦時左右的發(fā)電量，當時的光伏電價是0.9元左右。晚上調度不讓進行充放，因為不知道充放的話電從哪里來，所以調度也是針對新型的儲能方式，我們經過了很多次的討論，也在指定相關的調度。
采查的階段，當時是有1個月左右，符合高峰期，但是其它的時候用電量不大，只有這段時間把車開過去，可以集中進行供電，這樣也可以提高我們的能源利用率，整個就是這樣的情況?，F(xiàn)在我們的儲能還是以集裝箱發(fā)展的趨勢比較明顯，總體來說有兩個方式：一個是裝在我們房間里的儲能，另一個是裝在集裝箱的移動式儲能，可以即插即用、實現(xiàn)優(yōu)化。
這是新加的一點內容，就是說電動汽車接入電網以后對電網的影響，確實不是非常深入的，有些研究還沒有放進去。我們可以考慮到場景，就是能源互聯(lián)網、電動汽車很多接入電網的時候，確實是有些研究也發(fā)現(xiàn)，會對配電的符合曲線有影響，抵押以后風口差會進一步擴大。這種前提就是沒有進行有序控制，如果不加監(jiān)管和優(yōu)化控制的話，這個無序的快充可能對電網的影響非常大，所以這個方面也需要更多關注。
這個節(jié)點要考慮三個充電樁接入的情況下到底會有什么影響，無序充電符合峰谷差更大，但是經過有序充電監(jiān)管以后可以抑制這個風谷差，完全可以在晚上儲能多充點電，白天放電的時候也可以進行優(yōu)化，這樣會盡量減少峰谷差，經過這樣的優(yōu)化調度，可以減少它的網損。
我特意摘用了一篇國外的研究論文，就是在7臺車上裝了GPS，然后對車輛因為數(shù)據(jù)的采集和存儲，看一看到底會有什么影響。這是一個仿真結果，沒有充電的情況下峰谷差還不是很大，如果采用了快充，而且是無序的情況下，復合增加就非?？臁７抡嬉泊砹艘欢ǖ牡湫托?，所以說明如何進行充放的優(yōu)化調度，有序控制是非常必要的。這是結合日活進行分析，發(fā)現(xiàn)了這樣的規(guī)律，感興趣的話可以看一看這篇文獻。
對特斯拉的參數(shù)，比如單臺是多少、充放是多少，包括裂變器和電池包都有，拿過來就可以用。這樣的家用儲能在我們用了以后，美國有些實時電價，經過電力市場機制盈利的話將來肯定是一個趨勢，確實值得我們關注，這個功率可以達到7千瓦左右，而且質保期是10年，也有它的認證。
最后對儲能技術簡單地做一個展望，看一看電池的進展。由于儲能的材料和工藝的創(chuàng)新發(fā)展，高性能和高安全的載體也在應用，而且儲能對應著它的能量密度就會越來越高，這就說明對現(xiàn)在的電網不能忽視，所以這是10多倍了，這么點的體積能夠有更多的電能，商業(yè)模式可能都會發(fā)生變化，而且2030年這樣的高性能電池也會投入使用。
再從應用的角度來說，“十二五”期間主要是在新能源發(fā)電側的控制，但是“十三五”在送出消納方面也可以進行優(yōu)化控制，這是我們必須滿足的問題，針對這個需求存在著什么問題?我們提到的集成的問題，因為電池差異性導致如何進行優(yōu)化的電池管理問題，包括便利電站和其它很多的棄電引起的運行可靠性問題，展開穩(wěn)態(tài)的控制問題，因為通訊和控制響應時間，這是我們不容忽視的，如果數(shù)百個單元調動的話通訊架構完全是可以優(yōu)化的，就是從設備本身的通訊響應時間和網絡響應時間，這些都需要優(yōu)化。
安全確實是大家非常關注的，包括電池設計整個生產過程都要重視它的安全問題，包括它的安全邊界，還有通過一些預警或者安全隱患的設計處理也要提高它整體的穩(wěn)定性，需要進一步提升它的自主控制能力?，F(xiàn)在我們多關注的技術都可以用到，因為有運行狀態(tài)的診斷和分析，包括大數(shù)據(jù)、云技術、物聯(lián)網和人工智能，所謂的人工智能在有些電池或者狀態(tài)分析診斷和預警是可以考慮的，可以進行集中和分散，分散接入以后又涉及到分散電源整體接入的信息安全問題，還有控制穩(wěn)定性問題等等，都是需要關注的。
不管是集中還是分布應用，原來可能只考慮新能源，現(xiàn)在又可以配合輸電線進行優(yōu)化控制，又是全生命管理，因為經濟問題肯定是不容忽視的，通過全生命周期優(yōu)化管理也可以降低一些運行維護成本，可以考慮多目標控制和協(xié)同控制破解管理方面的科學和技術問題。規(guī)模大是一方面，運行一段時間的儲能電站，大家也會比較關注退電池的利用，不同壽命階段的電池多類型應用等等，需要考慮差異性進行優(yōu)化控制，整體解決它的電池管理、不同程度EMS的問題，最終通過這些方式間接地提高經濟性，因為我們延長它的使用壽命，相當于可以減緩性能衰減。
之前我們用的規(guī)模實際上不太長，但是實際應用下來需要進行綜合評估，模擬現(xiàn)場的環(huán)境可以提高開發(fā)效率，也可以進一步優(yōu)化我們的控制技術，將我們的大數(shù)據(jù)信息技術放在我們自己的一畝三分地，真實模擬現(xiàn)場的環(huán)境，實現(xiàn)各種算法的優(yōu)化，所以個人覺得也是需要關注的一點?，F(xiàn)在我們需要考慮規(guī)劃配置都可以通過建模仿真平臺實現(xiàn)，個人覺得仿真技術也是非常關鍵的。通過安防系統(tǒng)改善電網的三道防線，不同的實驗尺度如何進行優(yōu)化控制，這也是不容忽視的。
最后是考慮市場機制，不可避免的經濟性評估和商業(yè)模式都和運行的市場相關，這樣如何在不斷發(fā)展的過程當中充分考慮到這些機制和交易模式，這些都是比較經濟性的規(guī)劃、選址、配置和商業(yè)化模式的研究，這些都是非常值得關注的，這些都和規(guī)范標準制定和儲能技術推廣息息相關。
我們電科院儲能與電工新技術研究所是關注大規(guī)模儲能技術和新型電科材料超導電力，我們也有CNS實驗平臺，會做電池、單體和模塊測試，并網將來也在關注，我們也在做技術支持相關的。實驗室也是掛靠在國家新能源儲能國家重點實驗室，這是國家電網公司的重點實驗室，所以我們所和電科院在這方面還是具備了國家隊的能力。張北儲能實驗基地是2009年建成，多種類型的電池都有，包括梯次利用和碳酸鋰，各種主流電池都有，包括鉛酸也有，所以我們實驗室本身就具備多種類型電池的特性研究、控制和特殊性能分析研究。我們集團聯(lián)合了電科儲能技術有限公司，所以可以進行工程的承包，包括相關的關聯(lián)設備研發(fā)和產業(yè)化。其實我們本身的成果也是通過這個公司轉化，技術正在推廣應用，所以我們有幸在這個平臺和在座的廠家或者關注的人士進行技術交流。
以上內容根據(jù)會議現(xiàn)場整理，并未經過本人確認
