中國儲能網(wǎng)訊：5月19日，“第八屆中國國際儲能大會”在深圳隆重召開， 來自中國、美國、德國、英國、加拿大、西班牙、日本、韓國、澳大利亞等國和地區(qū)1500余位政府機(jī)構(gòu)、科研院所、行業(yè)組織、電力公司、新能源項目單位、系統(tǒng)集成商等代表出席本次大會。
北控清潔能源有限公司執(zhí)行董事、執(zhí)行總裁王野出席大會開幕式，并以“大規(guī)模儲能電站的技術(shù)探討”為題發(fā)表主題演講。
演講內(nèi)容如下：
王野：今天我想以西藏羊易20MWH儲能電站案例分析來進(jìn)行探討。
儲能是可再生能源大比例使用的關(guān)鍵性的支撐技術(shù)，也是一個可再生能源替代傳統(tǒng)能源的剛需。怎么進(jìn)入呢？怎么能大規(guī)模使用我們的儲能技術(shù)呢？這里面應(yīng)該是以一個高效率、低成本的儲能技術(shù)才能大規(guī)模的使用。像當(dāng)年的光伏電站一樣，2009年進(jìn)入這個行業(yè)，光伏電站的造價是每W20、21元，它的電池是13元每W，可是到今天，我們的電池已經(jīng)到3元以下，系統(tǒng)集成的造價都只有5-6塊錢每W。我看著光伏這幾年的變化，因為我們一直做光伏產(chǎn)業(yè)，為了自己解決光伏電站的風(fēng)電發(fā)電的這種波動性問題，我們公司在2013年、2014年、2015年一直進(jìn)行儲能的研究，我們想自己解決可再生能源的波動性問題?？稍偕茉匆沧兂砂踩煽?、低成本的電源，這是我們一直追尋的目標(biāo)。我現(xiàn)在就羊易20MWH儲能電站的案例分析探討儲能電站有什么問題要解決，怎么建成高效、低成本的儲能系統(tǒng)。
能源革命儲能微電網(wǎng)，這是我們將來說能源革命之終極目標(biāo)和能源替代的終極目標(biāo)能源架構(gòu)體系，這一天我們都希望能見到，就是全世界100%能源來自光伏、風(fēng)電、氫能燃料等可再生能源。這是我們做的傳統(tǒng)能源和集中式新能源的儲能供電模式的步驟，首先我們原來的能源是大規(guī)模、集中式、長距離的化石燃料為主的供電模式，這個是高損耗，其實我們的長距離的跨越省的供電的高壓電網(wǎng)的能耗損耗是很高的。現(xiàn)在往分布式供電模式在走，分布式最重要的問題是波動性，高比例的使用可再生能源、使用分布式，肯定給電網(wǎng)造成很大的可靠性危害，我們用分布式加儲能，用多能互補(bǔ)+微電網(wǎng)，當(dāng)實現(xiàn)新能源+儲能度電成本低于傳統(tǒng)化石能源的度電成本，微電網(wǎng)群和集中式新能源+儲能的形式將爆發(fā)式增長。你不要老說綠色、干凈，最后還是要講究成本，你什么時候做到這點。而作為能源革命或者能源替代的關(guān)鍵技術(shù)，微電網(wǎng)及微電網(wǎng)群的控制，EMS系統(tǒng)、BMS、PCS系統(tǒng)是能源革命是否成功的關(guān)鍵。實際上就是儲能系統(tǒng)集成技術(shù)，你怎么做到高效率、低成本。
我現(xiàn)在簡單介紹一下北控清潔能源的項目，在西藏嘉天羊易20MWH儲能電站，這個電站把大規(guī)模儲能電站需要解決的問題和我們正在解決，還沒有解決的問題給大家報告一下。
西藏嘉天羊易光伏電站位于海拔4700米的拉薩市，儲能系統(tǒng)是一套4.5MW/20.7MWH磷酸鐵鋰和鉛炭電池的混合系統(tǒng)，該系統(tǒng)可為電網(wǎng)提供調(diào)峰、一次調(diào)頻、二次調(diào)頻和AVC調(diào)節(jié)等多項功能。這個項目可以進(jìn)行調(diào)峰，還可以進(jìn)行調(diào)頻和調(diào)相的多項功能的組合體。這個系統(tǒng)是按“無人值班、少值職守”的運(yùn)行功能設(shè)計，我們現(xiàn)在采用全智能的控制，可以自動實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制和能量管理，儲能系統(tǒng)配備能量管理系統(tǒng)，這個系統(tǒng)在北京可以進(jìn)行調(diào)控。實際上我們在西藏項目的調(diào)試過程中，只要我們的網(wǎng)絡(luò)是通的，整個調(diào)試，除了現(xiàn)場，大部分是在北京進(jìn)行調(diào)試的，而且在運(yùn)行中很多策略的改變也是可以在北京實現(xiàn)的。拿一個電腦可以坐在這個會議室實現(xiàn)調(diào)節(jié)。主要功能包括控制羊易光儲系統(tǒng)的自動運(yùn)行，實現(xiàn)系統(tǒng)主要指標(biāo)的要求。我們可以實現(xiàn)就地和遠(yuǎn)方遙控兩種方式。與光伏電站SCADA，含通信、執(zhí)行網(wǎng)調(diào)的調(diào)節(jié)指令在里面。提供及時的預(yù)警信息和故障報警信息以及儲能設(shè)備的實時狀態(tài)信息，為光儲互補(bǔ)系統(tǒng)安全運(yùn)行提供保障，而且提供網(wǎng)調(diào)的其他輔助服務(wù)。這是它的整個通信系統(tǒng)方案。
我們有以下四點技術(shù)優(yōu)勢：1、系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，儲能系統(tǒng)自運(yùn)行以來每天電網(wǎng)穩(wěn)定提供大約1.5萬度電，有時候因為天氣情況和其他情況，也有一些變化波動，但是這個是每天24小時之前給電網(wǎng)把我們運(yùn)行的曲線告訴它了，所以電網(wǎng)這點還是非常滿意的。2、系統(tǒng)運(yùn)行效率很高，儲能系統(tǒng)在35KV側(cè)運(yùn)行效率是85%。我覺得這個還是很難做到的。3、系統(tǒng)響應(yīng)速度很快。儲能系統(tǒng)的響應(yīng)速度是100毫秒以內(nèi)，我要進(jìn)行調(diào)頻、調(diào)相，響應(yīng)速度是100毫秒之內(nèi)的。4、多臺儲能變流器并列技術(shù)，18臺儲能變流器并聯(lián)、并網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，是目前世界上最多儲能變流器并聯(lián)運(yùn)行的項目。這是根據(jù)當(dāng)時的系統(tǒng)運(yùn)行情況，我們可以靈活變化。而且調(diào)節(jié)精度可以達(dá)到99.5%。
頂層設(shè)計，大規(guī)模儲能系統(tǒng)有不同的應(yīng)用場景和商業(yè)模式，有的儲能系統(tǒng)是單一電網(wǎng)調(diào)峰，有的儲能系統(tǒng)是調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓等多重應(yīng)用場景的結(jié)合，根據(jù)不同的項目，大規(guī)模儲能系統(tǒng)的功率配置和電池配置和選型是完全不同的。羊易電站用一部分鋰電池，也用一部分鉛炭電池，頂層設(shè)計的目標(biāo)函數(shù)除了可靠、安全的運(yùn)行以外，我還要系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，要做到最優(yōu)。約束條件是調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓能力和系統(tǒng)其他要實現(xiàn)的功能，在頂層設(shè)計的時候，我們首先要目標(biāo)定下來，目標(biāo)是低，系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，系統(tǒng)要有經(jīng)濟(jì)性及如果沒有經(jīng)濟(jì)性，這個儲能系統(tǒng)到哪里都不可能長久，不可能老是指望什么補(bǔ)貼這些東西替代。在這種情況下，儲能功率配置要看兩點，光伏系統(tǒng)容量和儲能容量的配比。儲能還有Pack成組的問題，要看充放電電流的大小和BMS均衡電流的大小。儲能容量的配制要考慮調(diào)峰容量的需求，一二次調(diào)頻所需要的時間和容量。在整個閉環(huán)流程中，我們不斷的進(jìn)行調(diào)試，我們首先從BMS開始。
羊易電站的項目采用鋰電池+鉛炭的方式實現(xiàn)，系統(tǒng)的調(diào)頻和調(diào)峰的功能，鋰電池系統(tǒng)主要是參與系統(tǒng)一二次調(diào)頻，鉛炭系統(tǒng)參與電池調(diào)峰，降低系統(tǒng)的造價，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。儲能系統(tǒng)在V/F源和PQ源同時并網(wǎng)運(yùn)行，根據(jù)調(diào)頻、調(diào)峰的需求以及各自儲能系統(tǒng)SOC的狀態(tài)，EMS系統(tǒng)下發(fā)指令快速切換每個儲能系統(tǒng)的工作模式，我們在線自動切換我們的PCS工作模式，達(dá)到整個系統(tǒng)既能調(diào)峰，又可以在電網(wǎng)需要的時候參與電網(wǎng)的一次和二次調(diào)頻。這是需要有一個平衡的。大家可以看下面的圖，它的通訊，鋰電池系統(tǒng)參加調(diào)頻功能的時候，它直接就下來了。它是根據(jù)下去的曲線直接下來，鉛炭電池過來的時候，要經(jīng)過EMS控制，鋰電池會用1C、2C的沖放，鉛炭電池只可以用0.2，參加調(diào)頻的時候鉛炭電池要轉(zhuǎn)化為V/F源，否則跟不上。這是頂層設(shè)計的時候我們考慮了很多的問題。
根據(jù)儲能系統(tǒng)的頂層規(guī)劃，儲能系統(tǒng)集成需要從最低端的電芯的選型到儲能系統(tǒng)配置，包括BMS分時均衡的電池個數(shù)、均衡電流大小、集裝箱內(nèi)部熱管理系統(tǒng)、PCS工作模式、PCS底端控制邏輯及上層EMS控制策略制定等，進(jìn)行全方位的把控。一個儲能系統(tǒng)，做系統(tǒng)集成的時候，不能偏向某個地方，要從BMS到EMS，由下而上的進(jìn)行控制策略的設(shè)計。羊易電站的Pack設(shè)計和集裝箱內(nèi)部管理，使儲能系統(tǒng)在最大的充放電背景下，Pack內(nèi)部電芯最大溫度差不超過1度，集裝箱內(nèi)部散熱系統(tǒng)設(shè)計確保電芯在集裝箱內(nèi)最大溫度均衡在2度以內(nèi)。確保儲能系統(tǒng)運(yùn)行的一致性。儲能系統(tǒng)最大的問題是什么？我們原來做汽車的時候，汽車的電芯幾十顆、幾百顆，大規(guī)模的儲能系統(tǒng)電芯系統(tǒng)是以萬為計，儲能系統(tǒng)效率最大的問題是一致性問題。一個是出廠的一致性，一個是運(yùn)行一段時間的一致性。這是非常難做的。在運(yùn)行過程中，電流充放不平衡會引起一致性的變化，這是我們在線要進(jìn)行均衡的，這個均衡的電流數(shù)是多大，以至于主動均衡還是被動均衡，被動的均衡不會超過1A，主動均衡2A、5A、10A，怎么計算，還有性價比的問題，這些問題都是我們要考慮的。
BMS面臨的挑戰(zhàn)，MW儲能系統(tǒng)包括數(shù)萬顆電芯，即便經(jīng)過嚴(yán)格的篩選，電芯成組后不一致性也會倍增。BMS均衡控制的難度加大。這是我們說的大容量系統(tǒng)。大容量儲能系統(tǒng)需要對電芯并聯(lián)進(jìn)行容量擴(kuò)充，我們用8倍還是4倍，如果是40A，用8倍就是320A，然后你的兩系充放電是多少一算就知道。這個系統(tǒng)是否能受得了？這些事情都必須考慮。還有檢測，如果用4倍，四并和八并，只能知道這八顆電芯出現(xiàn)的問題，不可能知道哪個電芯出現(xiàn)問題，這時候怎么做？電池運(yùn)行過程中，由于各類因素的影響，導(dǎo)致Pack不同衰減曲線不一致，擴(kuò)大儲能系統(tǒng)內(nèi)部的不一致性。電池系統(tǒng)是短板效應(yīng)，不可能用最大效率在運(yùn)行。這是我們一定要在線解決的問題。
怎么解決問題呢？BMS的均衡技術(shù)，它的均衡策略必須和Pack和儲能的系統(tǒng)功能參數(shù)緊密結(jié)合，BMS均衡提高儲能系統(tǒng)的充放電的容量，降低系統(tǒng)的短板效應(yīng)，就是我剛才說的那類。否則你按照最低的那塊板子來做，效益不可能有那么高。這里面有幾個問題，一是電芯級SOC估算精度，二是電芯級SOH估算精度，三是系統(tǒng)均衡策略制定。系統(tǒng)均衡制訂，你要考慮BMU內(nèi)電芯均衡，也要考慮跨BMU之間的電芯均衡，還要考慮電池簇之間的均衡，不僅是電芯電壓的考慮，而是更為全面的電芯電壓、SOC、SOH，電芯溫度制定出最優(yōu)均衡策略。我想把我們做的經(jīng)驗反饋給大家，因為這個行業(yè)需要大家共同努力。這是面臨的問題，也是我們解決的方法，怎么解決，可能沒有時間介紹那么細(xì)。我們通過人工智能的算法來做我們的均衡策略，上圖是原來的電壓值，下面是均衡策略后得出的電芯的均衡電芯的波型。這時候就是非常明顯。這有什么好處呢？我可以準(zhǔn)確找到有問題的電芯進(jìn)行在線的均衡，把它拉到同一個水平線上。這是我們的專利。
PCS面臨的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)PQ控制方式不足以體現(xiàn)儲能系統(tǒng)的靈活性、快速、穩(wěn)定的電源特性。傳統(tǒng)的V/F控制方式難以實現(xiàn)多機(jī)并聯(lián)，電壓源的容量和支撐能力的擴(kuò)充有限，這是我們原來做微網(wǎng)項目上得到的。因為V/F源，當(dāng)一個孤島運(yùn)行的時候，如果說是10MW，沒有一個5MWH V/F源做控制，很難控制。多機(jī)V/F控制并聯(lián)方式的環(huán)流與儲能并網(wǎng)點、連接線路阻抗等密切相關(guān)的參數(shù)控制難度比較大。但是你不能做到多級并聯(lián)。比如我們現(xiàn)在談西藏羊易500千瓦的18臺，我們叫預(yù)判的技術(shù)可以把18臺、20臺甚至50臺都可以并聯(lián)在一起，這是我們將來取代抽水儲能電站非常重要的技術(shù)，否則你是沒有辦法，靠那種500K、1MW、2MW的并聯(lián)運(yùn)行不能達(dá)到這個目標(biāo)?，F(xiàn)在英國的儲能電站要做到300MWH，我們在一個地方的單體要做100MWH、40MWH，這是很重要的技術(shù)，都要突破。特別是V/F源的并聯(lián)運(yùn)行，這是行業(yè)里面共同研究的技術(shù)，我們現(xiàn)在是18臺，相信未來20臺、40臺都可以做到，我們現(xiàn)在正在做40臺并聯(lián)技術(shù)的研究。
對于大規(guī)模的儲能系統(tǒng)，PCS多級V/F并聯(lián)技術(shù)一直是業(yè)界急需攻克的難題。BCS多級V/F并聯(lián)技術(shù)可以大幅度降低系統(tǒng)造價，簡化系統(tǒng)設(shè)計，提高系統(tǒng)瞬時反映能力。 西藏羊易電站項目達(dá)到18臺PCS以V/F并聯(lián)并網(wǎng)運(yùn)行（無任何二次通信），該18臺PCS可為電網(wǎng)提供一次調(diào)頻和AVC調(diào)節(jié)（四象限無縫調(diào)節(jié)），系統(tǒng)一次調(diào)頻響應(yīng)時間約為50毫秒-80毫秒之間，響應(yīng)精度達(dá)到99.5%以上，該系統(tǒng)為大規(guī)模化學(xué)儲能替代傳統(tǒng)的抽水蓄能電站打下基礎(chǔ)。黑啟動：4月11日中午12點40分左右，羊易電站外電網(wǎng)110KV線路故障，站內(nèi)所有儲能逆變器以電壓源模式黑啟動給電站供電，并投入3MW光伏發(fā)電，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行到晚上11點，電網(wǎng)恢復(fù)運(yùn)行。此次線路故障驗證了大規(guī)模儲能在電站中的重要性。搞技術(shù)的人都知道，這是很難做到的。
我和大家分享這個技術(shù)，想對將來大規(guī)模儲能應(yīng)用是很有價值的。
這是無縫切換的系統(tǒng)，波形在切換過程中，單項電壓的整個波形完全不變，完全沒有間斷的。這個有什么好處？廣泛用在數(shù)據(jù)中心里面，把UPS有機(jī)利用起來，作為儲能的調(diào)峰或者調(diào)頻的功能。大家知道數(shù)據(jù)中心里面的備用電源的電池UPS的容量還是很大的，正常情況都是浮沖，一輩子是用一兩次。數(shù)據(jù)中心對UPS的要求非常高，要求正常的切換中不能有蜂，最好不要有縫，怎么做到這點？這是我們無需PK和切換，直接進(jìn)行固網(wǎng)運(yùn)營的模式，這是當(dāng)時的要求。大家知道，我剛剛老強(qiáng)調(diào)PQ和VF源，當(dāng)你翁PQ源運(yùn)行，你在調(diào)頻的時候，數(shù)據(jù)是跟不上去的。你不可能在100毫秒內(nèi)馬上轉(zhuǎn)換上去。所以這點非常重要，我們當(dāng)時要求我們能18臺VF源同時并聯(lián)，這個我們給整個電網(wǎng)的調(diào)頻提供了非常好的保障。我到澳大利亞的時候，人家告訴沃特斯拉是140毫秒上去的時候，進(jìn)行調(diào)頻，我說100毫秒內(nèi)。不信的話，可以試。因為我說這個有底氣，我們已經(jīng)做過這個試驗。而且我們的精度在99.5%以上。
這是我們說的更重要的事情，EMS系統(tǒng)，EMS系統(tǒng)要確保系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行為第一原則，就是外環(huán)，穩(wěn)定性的控制策略。二是充分利用不同電源的特性，精控儲能，充分實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性。大家知道在不同的儲能項目上，在不同地方上用法完全不一樣，比如中國，我的儲能是利用晚上的4個小時的低峰電價進(jìn)行充電，然后到白天進(jìn)行幾個小時的高峰電壓進(jìn)行放電。如果用5個小時，完全可以用0.2進(jìn)行充放電，用鉛炭電池完全足夠。如果要加上調(diào)頻的時候，你這個0.2顯然是不夠的，所以這時候我們要用2C甚至4C的充放來達(dá)到調(diào)頻的目的。所以像這些事情必須考慮，你用不同的電池種類，用其他的儲能種類也好，怎么做到有機(jī)的考慮，第一層當(dāng)然要考慮這個系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。二是要考慮這個系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，不能告訴我度電成本是8毛、1塊錢，沒有經(jīng)濟(jì)價值，怎么用？我可以告訴大家，這種配備，我們的度電成本是在5毛錢左右，甚至可以做到更低。下一步要優(yōu)化運(yùn)行的控制，大家都知道，為什么不斷進(jìn)行優(yōu)化呢？電池本身的SOC不斷變化，復(fù)合不斷的變化，電源不斷的變化。這時候EMS要有自我優(yōu)化的功能，這是自學(xué)習(xí)功能。西藏的項目今天運(yùn)行到什么狀態(tài)，運(yùn)行什么狀態(tài)我都不知道，它不斷自己學(xué)習(xí)、不斷調(diào)控，使系統(tǒng)從經(jīng)濟(jì)上、從穩(wěn)定上、從自我學(xué)習(xí)的程度上進(jìn)行改變，不斷的變化。這樣才能保證你的系統(tǒng)永遠(yuǎn)是控制在最優(yōu)的狀況。從分鐘談穩(wěn)定，從小事談經(jīng)濟(jì)性，從周、月、年做持續(xù)性優(yōu)化。
不是考慮EMS策略一次性放進(jìn)去就永遠(yuǎn)不變，不是這樣的。因為你的電源在變化，你的電池SOC在變化，電池的各種性能在變化，負(fù)荷也在變化，怎么一次性搞定？不可能的。
算法處理我剛才已經(jīng)說了，這里不再多說。這種算法對PCS工作模式進(jìn)行切換能保證循環(huán)效率的最大化。一方面要解決短板，一方面要使電池的壽命最大化，電池壽命最大化的作用是提高經(jīng)濟(jì)性，讓你的度電成本降下來。你的控制模式再好上去電池壞了，10%、10%的壞，那就沒有辦法，這個系統(tǒng)就不是一個好系統(tǒng)。這是我們的整個策略，怎么由下而上上來，怎么進(jìn)行調(diào)度。這些東西在北京都可以做，我們這套系統(tǒng)整個的控制和調(diào)配，我們是可以在北京計算機(jī)直接調(diào)控的。
通過不同EMS控制策略，新能源+儲能可以參與電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)峰，并且能夠提前24小時對新能源發(fā)電出力進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測精度達(dá)到85%以上。高于火電都說了，我們的整個調(diào)峰的時候，你給它發(fā)電出力的時候，要根據(jù)當(dāng)天的天氣情況進(jìn)行調(diào)配，你提前24小時給電網(wǎng)，你給電網(wǎng)的數(shù)據(jù)應(yīng)該是很精確的。但實際上你知道，我們的光伏電站做不到，如果沒有儲能，它怎么做到？它的天氣預(yù)測，特別是精確到地域的天氣預(yù)測，它不可能做到那么準(zhǔn)。所以說這也是我們要做的，因為我們是加了儲能在里面，所以羊易電站的參考火電機(jī)組預(yù)報方式，為光儲系統(tǒng)將提前24小時上報96點的出力曲線，調(diào)度可以根據(jù)其出力曲線直接進(jìn)行有功和無功調(diào)節(jié)，優(yōu)化電網(wǎng)對光儲系統(tǒng)的調(diào)度。
我本來想談微電網(wǎng)及微電網(wǎng)集群控制，時間不夠，就不多說。我把羊易電站解決的問題以及怎么解決以及大規(guī)模儲能電站要解決的問題簡單說一下，這個下次找機(jī)會說。
未來的發(fā)展趨勢是以微電網(wǎng)為單元，微電網(wǎng)集群為區(qū)域的供電方式，大電網(wǎng)將逐步退至后備電源的地位。由此衍生出虛擬電廠，云端大數(shù)據(jù)調(diào)度平臺以及各種AI智能算法、大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)將成為微電網(wǎng)及微電網(wǎng)集群EMS的一個發(fā)展方向。
儲能技術(shù)一定是可再生能源大比例、高比例使用的支撐性技術(shù)，我們怎么能夠大規(guī)模使用我們的儲能系統(tǒng)？一定要做到高效率、低成本，但是高效率、低成本怎么做到？有很多工作要做，包括系統(tǒng)集成的控制策略、控制方法，對BMS、PCS以及對EMS各種各樣的算法，各種各樣的基礎(chǔ)研究。這需要我們共同來做到。北控去年做了一點工作，但是離我們的目標(biāo)差得還很遠(yuǎn)，希望各位同仁，一方面要替代傳統(tǒng)能源，如果我們的調(diào)峰、調(diào)頻還依賴傳統(tǒng)能源給我們做，你是不可能替代別人，因為沒有這種道理，你一方面喊著用可再生能源替代傳統(tǒng)能源，一方面不能調(diào)峰、調(diào)頻，不能調(diào)相，你幫我做，這是不可能的。我們自身要在技術(shù)上突破解決我們自己的問題，使我們可再生能源實現(xiàn)高比例，甚至完全取代傳統(tǒng)能源的愿望，還我們國家藍(lán)天白云，造福子孫萬代。謝謝大家！
