中國儲能網(wǎng)訊：2019年3月16日，中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會與全國微電網(wǎng)與分布式電源并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會、中國科學(xué)院電工研究所儲能技術(shù)組、科華恒盛股份有限公司四家單位聯(lián)合主辦的“首屆全國儲能技術(shù)與綜合能源服務(wù)高層研討會”在福建廈門宸洲洲際酒店召開，來自電力公司、電科院、設(shè)計院、系統(tǒng)集成商、地方經(jīng)信委、投資機構(gòu)等230余人參加了本次會議。
本次研討會旨在推動儲能與綜合能源系統(tǒng)多環(huán)節(jié)技術(shù)與商業(yè)模式創(chuàng)新，持續(xù)提升客戶需求響應(yīng)能力與業(yè)務(wù)整體盈利能力。
會議期間，國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司綜合能源技術(shù)中心副總經(jīng)理、教授級高工李愛魁分享了主旨報告《儲能電站參與含有綜合能源的區(qū)域電網(wǎng)穩(wěn)定運行關(guān)鍵技術(shù)》，以下為報告原文：
李愛魁：大家好，我給各位專家匯報一下儲能電站的規(guī)劃設(shè)計，主要分六個部分，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)與儲能，儲能電站功能設(shè)計及經(jīng)濟性，電站的選址定容及設(shè)備選型，電站運行參數(shù)優(yōu)化及維護，電站的建設(shè)組織及管理，南瑞的相關(guān)工作及方案。
泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是推進“三型兩網(wǎng)”建設(shè)的重要內(nèi)容和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過最近學(xué)習(xí)有三點體會。第一，儲能電站一定是要有技術(shù)創(chuàng)新。第二個我們的儲能電站要堅持實用實效。第三個，儲能電站有序建設(shè)，持續(xù)迭代，特別是在持續(xù)迭代，意味著我們技術(shù)、電站的功能、經(jīng)濟性都要進行一個更大的發(fā)展。所以在泛在物聯(lián)網(wǎng)背景下的儲能電站怎么建？我想應(yīng)該是可感知，可交互，信息高效，便捷靈活等特性，因為它是泛在物聯(lián)網(wǎng)的一部分，必須具備這個特性。
這個之前是能源互聯(lián)網(wǎng)，現(xiàn)在把它稍微調(diào)整一下，就是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)里面有一些交互信息、需求側(cè)、電網(wǎng)、負(fù)荷平衡、運營模式以及信息方面。
應(yīng)用，從原來輸電側(cè)的調(diào)峰調(diào)頻，隨著新能源的增多，調(diào)峰調(diào)頻功能也會朝新能源側(cè)進行一個擴展。
儲能電站的發(fā)展趨勢，第一個高安全，一個本體安全，一個控制保護+消防+運維+網(wǎng)絡(luò)保護，因為后面泛在物聯(lián)網(wǎng)背景下是萬物互聯(lián)，網(wǎng)絡(luò)的保護，特別是防恐，當(dāng)電站大規(guī)模建設(shè)的時候，比如假如有人控制電網(wǎng)上百萬、幾百萬的電站，由于儲能電站響應(yīng)時間極快，既可以平抑電網(wǎng)波動，同時也會給電網(wǎng)造成很大波動，這個量特別大的時候就會成為一個風(fēng)險。第二個高速、高兼容，高速非常重要。高兼容也是考慮到電網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)。第三，低能耗，經(jīng)濟性。低能耗，因為儲能電站是一個耗能設(shè)備，它都有效率，在那種情況下電站的能耗優(yōu)化是一個非常重要的過程，空調(diào)、風(fēng)扇，還有一個變壓器，變壓器的能耗實際上非常嚴(yán)重的，所以低變壓器能耗也變得非常重要。第四標(biāo)準(zhǔn)式模塊化，這個地方也是大家建設(shè)儲能電站了時候都有體會。
功能設(shè)計，規(guī)模化功能設(shè)計和經(jīng)濟性放在一起，有很多經(jīng)濟性往往放在一個項目的最后面，實際上它的經(jīng)濟性是由功能設(shè)計開始的，也就是大家運作一個項目有沒有經(jīng)濟性首先要從功能設(shè)計進入，它到底具有多少功能。大概總結(jié)一下，我們電網(wǎng)系統(tǒng)里面應(yīng)該起到一個調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓、平滑新能源、穩(wěn)定，還有其他的一些功能我就不再提了。核電站調(diào)峰是有的，二次調(diào)頻，平滑，在這方面比較弱。它在一次調(diào)頻、穩(wěn)定調(diào)壓方面，實際上是不顯著的。進一步影響了它的經(jīng)濟性，如果功能過于單一，比如當(dāng)它只有調(diào)峰的時候它不調(diào)峰的時候也許它的使用率就會不高。上午陳老師說的也很清楚，你就是不用，也仍然存在運行，如何把儲能電站用好也是很重要一點。
通過做互動設(shè)計一定要了解電網(wǎng)，對原網(wǎng)系統(tǒng)做一個還原，這是功能的全體，涉及到定容和選址。
經(jīng)濟性控制，對三站合一儲能核電站，一二次調(diào)頻調(diào)峰、穩(wěn)定功能應(yīng)作為基本配置，這個地方當(dāng)儲能電站量比較小的時候，可能是感受不到，當(dāng)儲能量大的時候，在穩(wěn)定方面的功能可以體現(xiàn)出來的。包括一次調(diào)頻，現(xiàn)在新能源的一次調(diào)頻由火電承擔(dān)的，如果大量上新能源，意味著火電無法退出，因為它要承擔(dān)電網(wǎng)穩(wěn)定調(diào)頻的作用。如果它僅僅承擔(dān)這個作用，你必須給它一定的電量保證，不然火電廠怎么有效益，怎么運營下去都是一個問題。
因為功率低，過載能力設(shè)計最大化，實際上儲能電站的短時功率能力非常強的，所以增加低成本部分的電力電子設(shè)備投資，調(diào)頻、穩(wěn)定功能能力最大化，也就是在關(guān)口地方增加PCS容量，過載能力。
土地集約化，就是要多層建筑、儲能站、數(shù)據(jù)站的立體布置。
大家總結(jié)了一些經(jīng)濟性方面，4S，選址，規(guī)模，模組，電站策略。為什么是4S，你比如我們調(diào)頻如果到規(guī)模，電站多了之后，調(diào)頻容量或者調(diào)頻資金一定的情況下，電站去分同樣的資金，可能規(guī)模大的時候分得越少，這是一個模式。另外一個所謂的規(guī)模效應(yīng)，就是當(dāng)規(guī)模大到一定程度，功能上就會有起更多。比如在電網(wǎng)穩(wěn)定，一次調(diào)頻承擔(dān)更多任務(wù)的時候，這個大規(guī)模會有增加儲能的價值，所以這有一個規(guī)模效應(yīng)。
選址定容，第一個就是三站合一，這是電網(wǎng)設(shè)定的。增量或者存量的110kV、220kV變電站。第二個實用實效，配電紅區(qū)、綜合能源服務(wù)區(qū)域、火電或者新能源升壓站。第三個是因網(wǎng)制宜，區(qū)域聯(lián)絡(luò)點、特高壓供端或者受端、海上風(fēng)電供端、分布式光伏集中區(qū)域這個地方的因網(wǎng)制宜。第四個因地制宜，容量配置，對于電網(wǎng)側(cè)是萬千瓦級，多點布局集中管理，國家的相關(guān)政策給這個獨立電站的輔助服務(wù)是十萬十兆瓦起步，所以我們這個是萬千瓦級。
PCS，目前來看主要三個模式，一個集中式，一個組串式，還有一個高壓直掛。
通訊，南瑞在這塊的強項，就是全站61850結(jié)構(gòu)，隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，我們的服務(wù)要對外，對外可能會存在104快速的過檢，這樣的話儲能電站本身的兼容性要求比較高。
設(shè)備選型這塊大家都是從事這個行業(yè)，有的從事多年，在這塊，包括功能設(shè)計，特別是我們做業(yè)務(wù)還是做營銷還是做整個技術(shù)，這塊都是互動的聯(lián)動關(guān)系。
運行參數(shù)，這是一個電站建設(shè)完之后，到底能不能用，好不好用，或者用的過程中能不能發(fā)揮它的經(jīng)濟效應(yīng)最大化的非常重要的一點，很多同事建的時候標(biāo)準(zhǔn)很高，然后有一些具體環(huán)節(jié)把握上可能特別是控制各方面有一些環(huán)節(jié)把握的不是太好，有時候建了電站之后會出現(xiàn)運營應(yīng)用的問題。有個領(lǐng)導(dǎo)開玩笑，說個別電站老是在出力和出事之間尷尬的選擇，出力就可能出事，出大力就可能出大事，這就涉及到運營問題。運營問題就涉及到回款問題，所以這一塊非常重要。
運營參數(shù)原則，根據(jù)實效最大化設(shè)計調(diào)頻、調(diào)峰及穩(wěn)定功效的運營調(diào)度優(yōu)先級。參數(shù)優(yōu)化：根據(jù)效益最大化設(shè)置運行參數(shù)，兼顧電站效率、壽命及電力輔助服務(wù)收益；保護定值：具有電網(wǎng)穩(wěn)定功能的電站，整定閾值需要大于電網(wǎng)常規(guī)設(shè)備的保護閾值，確保電站成為保護電網(wǎng)的最后堡壘，這個應(yīng)該在電站設(shè)計的時候就要考慮到，或者電網(wǎng)功能設(shè)計的時候就要考慮到 。
能耗優(yōu)化，最主要的能耗，對鋰電池來說是空調(diào)。另外一個變壓器，提到效率，儲能電站里面，98%、99%是PCS，95%、96%是電池，91%、92%是380側(cè)的儲能系統(tǒng)，85-86%是單側(cè)的儲能系統(tǒng)，80%以下是電站級的。所以能耗是高度要重視的，很多經(jīng)濟核算如果不核算能耗，這塊會很嚴(yán)重的。任何商業(yè)模式，包括任何的政策都會被它吃掉很多。
電站建設(shè)組織及管理，任何的經(jīng)濟一定從開始，從電網(wǎng)的仿真、選址定容、功能設(shè)計進行開始。接下來我用一個典型的例子給大家匯報一下。
貴州20MW的系統(tǒng)，我們從需求分析、電站設(shè)計、電站建設(shè)、電站運維幾個方面進行設(shè)計。萬峰電力是地方電網(wǎng)，也是國家級的貧困地區(qū)，為了支持當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展，在2015年成立了這樣的區(qū)域電站試點，這個電網(wǎng)有幾個特征，第一多種能源，水電、火電、光伏、風(fēng)電，包括燃?xì)?，算是多類型能源。它的?fù)荷最重要是工業(yè)負(fù)荷，有一定波動性。穩(wěn)定主要靠南瑞給他做的近網(wǎng)協(xié)調(diào)（音譯），加上我們穩(wěn)定系統(tǒng)，通過這兩個方法把電網(wǎng)進行穩(wěn)定。儲能辦法，一個是近網(wǎng)協(xié)調(diào)，高頻切機，另外一個低頻減載。這個過程中有時候會引起小的振蕩，對機能來說是一個非常大的挑戰(zhàn)。
通過這種仿真先做整個電網(wǎng)仿真，然后對電網(wǎng)一些參數(shù)，系統(tǒng)參數(shù)進行選擇性，包括選址在哪里，系統(tǒng)的進行一個仿真模擬。然后進行認(rèn)證，這個做好以后爭取了一批國內(nèi)專家對結(jié)果進行論證。這個可研報告，可研認(rèn)證是儲能電站非常重要的環(huán)節(jié)，特別是我們運作項目的，感覺可研對自己特別苛刻，然后專家提的意見很頭疼，領(lǐng)導(dǎo)有時候下了命令必須把這個完善好，這個非常重要，這個做好后能確保儲能電站建設(shè)的是你想要的。
前期的時候我們的功能最主要是用于減輕平抑沖擊性負(fù)荷，減少低頻減載，高頻切機的動作，也就是減少穩(wěn)控系統(tǒng)的動作；保護聯(lián)絡(luò)點，防止因越限解列。這種動作實際上對于儲能電站來說應(yīng)用的頻次不高，這樣增加一次調(diào)頻，對小浮動也進行了干預(yù)。一次調(diào)頻，我們在前期鋰電池儲能電站里面做了實踐。
具體設(shè)計沒有什么太大的特點，最主要是剛才提到的模式，就是把PCS性能做了一個要求，我們要求在120%要過載半小時，150%要過載8分鐘。之所以提出這么高要求，第一基于我們科華很多廠家的技術(shù)進步。第二個因為我們有一次調(diào)頻功能，調(diào)頻要求比較高。我們能在過載半分鐘，也就是秒級的150過載，兩萬的電站可以在穩(wěn)定功能上當(dāng)三萬兩用。通過這種設(shè)計提高整個電站的經(jīng)濟性。這個電站是建在火電廠，當(dāng)時接沒有接到火電廠。這邊是它的一個加油站，是建在這個位置。
這里面就提到了組織管理，實際上組織管理是一個電站里面非常重要的環(huán)節(jié)，在這塊我們的合作伙伴，包括我們集團內(nèi)部的兄弟單位都是非常強的，隨便拿出一個單位都可以建設(shè)核電站。但是我們在一起的時候一定有一個負(fù)責(zé)人，這個負(fù)責(zé)人就是南瑞自己，因為誰的電站誰負(fù)責(zé)。我們所有的合作伙伴必須按照我們的要求，按照我們的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，這是在組織建設(shè)里面非常重要的一環(huán)，也是為了防止后續(xù)的調(diào)試工作量太大，然后是合作伙伴之間的配合出現(xiàn)各種各樣問題的非常重要的前提。
這是一個過程，大家都知道一個電站里面過程控制是非常重要，所以一個電站里面的負(fù)責(zé)人從上面電網(wǎng)到下面的電池、材料、機件各個方面經(jīng)驗都要有一定積累，不然哪個環(huán)節(jié)出問題都會為電站后面的運行，包括你的回款造成很大的威脅。我們電站的下半部分建設(shè)非常扎實，是因為基于當(dāng)?shù)氐目λ固氐孛病?
特別對冷卻空調(diào)系統(tǒng)，也是做了特定的優(yōu)化。除了正常的空調(diào)之外，包括里面的風(fēng)道，還有強排的風(fēng)扇，也是和空調(diào)系統(tǒng)混在一起的。第一結(jié)合當(dāng)?shù)乇旧淼臍夂蛱匦?，第二個也是增加了儲能電站熱失控下的穩(wěn)定性。這是建成的地上的結(jié)構(gòu)，這個里面二層的沒有顯示，我們有分布式穩(wěn)定系統(tǒng)，跟南瑞的穩(wěn)定系統(tǒng)接在一起，接受穩(wěn)定系統(tǒng)的調(diào)度。
電站的實際測試情況，由站內(nèi)的分布式穩(wěn)控系統(tǒng)下指令到滿足要求大概是200毫秒以內(nèi)，然后斷電時間220毫秒以內(nèi)，滿足響應(yīng)時間 300ms 設(shè)計要求。從電站規(guī)劃目前是要求一旦系統(tǒng)下指令到全功率出來200毫秒以內(nèi)，我們從上級指令下來滿足這個要求，站內(nèi)在160。這是一個保護聯(lián)絡(luò)線功能，聯(lián)絡(luò)線控制的最大偏差率為1.56%，放電偏差較大。
這是一次調(diào)頻，儲能電站如果想發(fā)揮它的價值必須參與一次調(diào)頻，只有參與一次調(diào)頻才有可能將來參與新能源服務(wù)，因為一次調(diào)頻、二次調(diào)頻是非常不一樣。二次調(diào)頻穩(wěn)定，所以電站都做一個配套的信號接入，一次調(diào)頻有一個感知，然后有一個函數(shù)計算，計算完之后再送給下面的機構(gòu)，機構(gòu)再執(zhí)行出來，這個函數(shù)的迭代，包括中間通訊的聯(lián)絡(luò)，這個地方非常影響它的響應(yīng)時間，而一次調(diào)頻是非常重要的參數(shù)。
一次調(diào)頻主要有七個參數(shù)，一個是觸發(fā)頻率，截至頻率和保護頻率。這七個數(shù)的設(shè)置要經(jīng)過大量的運行，還需要跟經(jīng)濟性，跟電站壽命，輔助服務(wù)的要求進行一個有效銜接，同時由于一次調(diào)頻的時候沒有人為干預(yù)，所以是自動化運營核電站。電站的設(shè)置想保持多少，設(shè)置的時候想保持50%，實際上有一個進出效應(yīng)的問題，我們把它保持在60%。
這是我們之前運行調(diào)試過程中出現(xiàn)的失誤，希望泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的感知層特別重要，之前我們?nèi)〉玫男盘栍袉栴}，不是實時信號，導(dǎo)致電站出現(xiàn)振蕩，對電網(wǎng)造成振蕩。通過這個事故，我發(fā)現(xiàn)一個非常厲害的事，為什么儲能電站要防恐，因為負(fù)荷波動大概幾秒鐘4、5萬，對于一個幾十萬50、60萬的電網(wǎng)負(fù)荷，10%，通過協(xié)調(diào)可以協(xié)調(diào)過來。由于設(shè)置不合理，是在160毫秒出來1萬2，電站出一半的功，就把電廠機組拉到不停的電站，恢復(fù)不過來。如果出兩萬四，就有可能把電網(wǎng)拉平。這就是為什么儲能電站如果用不好非常厲害，如果被恐怖分子掌握了三百萬、幾百萬的電網(wǎng)，他如果逆向操作對電網(wǎng)的有重大的安全影響。
這個就是效果，在投電站和不投電站的時候有一個平滑效果，這個地方我們電站投資的并不大。這是從基礎(chǔ)DCS曲線明顯的看到這種效果，這種連續(xù)振蕩跟最后平滑振蕩會直接影響閥門的壽命，也就會影響機組的運行穩(wěn)定性。
實際上這個地方也有問題，因為二次調(diào)頻不管是南網(wǎng)、國網(wǎng)都有效益模式的計算，對于一次調(diào)頻，它是會減少機組的動作，減少動作如何進行量化甚至如何進行量化，也是目前我們面臨的問題，一次二次對機組的影響，我們會進一步探討。
考慮電站的壽命，對那7個運行值，我們對啟動頻率進行上調(diào)，這就是為什么運行參數(shù)和經(jīng)濟性緊密相關(guān)，因為如果你的K值調(diào)得很大，啟動窗口調(diào)得很低，它一定會保護得更好，這樣會折損電站的壽命，所以這個地方就有一個平衡在這里面。這是電站要建好更要運行好，就是這個道理。
這是應(yīng)對穩(wěn)定，起到穩(wěn)定作用。他們有一個12萬的變壓器跳變，按照以往經(jīng)驗，當(dāng)跳變達到10萬以上的時候，一般穩(wěn)定系統(tǒng)會觸發(fā)穩(wěn)定系統(tǒng)動作，會切斷水電。這次有儲能參與直接進行一個平穩(wěn)的過渡過去，這是儲能在穩(wěn)定系統(tǒng)里面的重要功能。這個功能也是要求非常重要一點，就是響應(yīng)時間要非常的快。
這是我們院長到電站指導(dǎo)工作，這是之前儲能團隊參與多年的相關(guān)科技和技術(shù)方面的任務(wù)。
這是我們承擔(dān)國網(wǎng)項目，提到儲能電站，大致提一下安全問題。安全是儲能電站首要的任務(wù)，你用不好甚至沒有精確性，如果符合市場正常的規(guī)律，相關(guān)主管的人員，相關(guān)的同事是不會有太大個人問題，如果這個電站出現(xiàn)安全問題，按照國網(wǎng)及國家要求，相關(guān)負(fù)責(zé)人要承擔(dān)主責(zé)，所以安全是儲能電站里面最重要的一環(huán)。
之前沒有講過是因為我們的專利一直沒有對外，這次提一下，在安全方面，我們第一個工作把鋰電池集裝箱取消中間的環(huán)節(jié)，中間的通道把它掉個，里面變成防火通道，用一個耐火材料，從集裝箱兩部分完全隔離開，就是叫防火隔離。運維是兩側(cè)運維。第二個對電箱做防火設(shè)計，我們做成電柜的形式，消防機直接到電柜，我們現(xiàn)在很多鋰電池只要有一點燒了基本沒救，到目前為止我還沒見過有救的電池，因為消防機無法進行精準(zhǔn)投入或者根本投不到具體地點。有時候就算是投放到具體的地點會滅火，滅火之后會復(fù)燃，為什么？因為它的還在運行，仍然會發(fā)熱，發(fā)熱之后繼續(xù)復(fù)燃。在這個里面我們最主要考慮第一個是消防機的準(zhǔn)確投入，第二消防機的多次運行，滅一次復(fù)燃再滅。另外一個有冷卻劑，鋰電池消防如果只滅不冷一定會復(fù)燃。第三個層次即便是冷卻消防都沒有搞住，我們就大方的承認(rèn)鋰電池是可燒的，就要做到防火隔離。
另外一個解決安全問題就是本質(zhì)安全，用液流電池，液流電池占地很大，但是有一個好處，它可以多層建設(shè)，就是可以疊加，比如三站合一，它的頂上可以建設(shè)數(shù)據(jù)中心，這樣有可能進行一個土地的節(jié)約。液體電池因為國內(nèi)外相關(guān)從事團隊特別少，在國內(nèi)具有研發(fā)能力或者能對行業(yè)技術(shù)有推進作用的，我估計大概也就5、6個團隊。為什么我仍然比較看好這個電池，就是因為盡管研發(fā)人員很少，投入非常少，但是它的性能每年在15%的速度提高，也就是仍然有很大的空間，因為材料不完善導(dǎo)致很多缺陷，但是安全這一條就能滿足今天上午周老師包括陳老師說的傻大笨粗。因為它的管理、一致性都非常簡單，越復(fù)雜太智能，太復(fù)雜反倒容易出問題。真正可靠性的東西一定是簡單的，而不是靠復(fù)雜的，一個電器做得功能多，芯片都已經(jīng)發(fā)熱了，一定可靠性會很差。
我從事這個行業(yè)的時候，我選液流的時候大概是2010年，它的功率密度只有60，現(xiàn)在是120，甚至我們那邊140、160，國際上的通過電解液的混裝體系可以到200，它也在進步。我從來不認(rèn)為液體可以干調(diào)頻，但是當(dāng)能量密度能達到200甚至250的時候，它也有一定的能力，因為電解液是高速運輸?shù)?，它在高速運行的時候沒有安全問題。在海外日本、歐洲慢慢也會形成市場，這也是我們在安全方面的理念，和我們在鋰電池方面的重要工作。我的匯報結(jié)束，謝謝大家。
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