中國儲能網(wǎng)訊：4月24-26日，由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應用分會主辦的第九屆中國國際儲能大會在浙江省杭州市洲際酒店召開。在大會開幕式上，北控清潔能源集團執(zhí)行總裁王野分享了主題報告《儲能系統(tǒng)集成技術簡介》，以下為演講實錄：
王野：各位領導，各位同仁，非常感謝大會給我這次機會來做“大規(guī)模儲能電站運營關鍵技術和政策的探討”，我說一下我們在儲能的規(guī)?；蛢δ艿拇笠?guī)模應用上有一些關鍵技術的一些問題，以及將來我們在市場上怎么去運營。
主要三個部分：能源發(fā)展線路圖、大規(guī)模儲能電站運營和管理關鍵技術探討、國內(nèi)外儲能系統(tǒng)應用的區(qū)別。去年和今年我到英國去了好幾趟，對英國儲能電站和市場管理上有一些感觸，給大家分享一下。
第一章，能源發(fā)展路線圖。
我們國家到現(xiàn)在為止10年并網(wǎng)容量增加了100倍，5年光伏并網(wǎng)容量也增加了差不多100倍?，F(xiàn)在新能源已經(jīng)滿足了全國的5.6%的電力需求。
實際上我們也要知道，隨著大規(guī)模風能和光能電站可再生能源的并入電網(wǎng)，我們都了解一個非常重要的事實就是，風能和光伏都是電源的間歇性和不可控性，導致電網(wǎng)整個安全穩(wěn)定性問題還是非常大的，我們現(xiàn)在只占5%點幾，剛才我看了一下，電力消費還是占百分之零點幾的情況下造成這么多問題了，如果將來占到15%、20%、30%的時候我們怎么辦，所以我們一定要自己解決，就是我們所有的電源點，所有的可再生能源的波動性、不可控性，必須解決，解決它最重要的一個手段，我們剛性的需求是什么呢？就是我們的儲能技術。
這里我也說了，我們從電源側，高比例新能源的接入，帶來了發(fā)電側的間歇性、不確定性。交流、輸電這些東西都是剛性的，在我們的負荷側，同樣也是這樣的問題，我們怎么解決這個問題呢，我們把儲能作為一種柔性的工具，作為解決這一問題支撐性的技術，是能源發(fā)展過程中的一個剛需，是必須要做到的，做不到這一點大規(guī)模可再生能源的接入，這就是一個很難解決的問題，對電力系統(tǒng)的安全很難解決這個問題。但是我們現(xiàn)在也有一種觀點，用戶需求側響應上面，就是說需求側的一些政策上能解決，其實我個人認為儲能，而且沒有這個儲能的話是很難做到的。
我們一個能源發(fā)展圖，這是我原來都說過的，我們大規(guī)模的傳統(tǒng)供電是什么情況，我們可再生能源、分布式的供電模式，分布式供電到了一定容量情況下一定要加上儲能，以及削峰填谷解決能源發(fā)電的波動性問題，最后是多能互補、微電網(wǎng)、微電網(wǎng)群的控制，以及最后就是對大規(guī)模的可再生能源到傳統(tǒng)能源的一種替代也好、一種革命也好。
現(xiàn)在我們一直在說，既然我們的可再生能源要大規(guī)模的進入我們的發(fā)電需求、進入我們的電網(wǎng)，同樣我們的儲能需求又是一個剛需，但是我們怎么進行大規(guī)模的儲能運營的核心技術呢？如果說我們僅僅儲能就是在1個兆瓦時、2個兆瓦時，我們現(xiàn)在怎么解決這個問題?，F(xiàn)在大規(guī)模儲能電站，我們這次在澳大利亞，剛才華東電力的院長說過的，當時特斯拉在建的一個140兆瓦還是多少的，當時給電網(wǎng)造成了這么大的好處，現(xiàn)在在我們國家各個省份也進行了很多大規(guī)模的儲能電站，比如我們在江蘇做了100兆瓦、200兆瓦，單個電站的容量做到100兆瓦、200兆瓦。
現(xiàn)在我們講大規(guī)模儲能電站以及關鍵技術在哪些地方呢？從我們北控清潔能源這幾連做的電站情況下我們總結了幾條：
第一，大規(guī)模儲能電站有著不同的應用場景和商業(yè)模式，有的儲能系統(tǒng)是單一的電網(wǎng)調(diào)峰，有的是儲能系統(tǒng)是調(diào)峰、調(diào)頻和調(diào)壓等多重應用場景的結合，根據(jù)不同的項目，大規(guī)模儲能電站的功率的配置和電池的配置和選型是完全不同的。比如說我們目標函數(shù)，這個系統(tǒng)，要安全、穩(wěn)定、可靠，最重要的，除了這三點以外還有經(jīng)濟性。如果你做了這個系統(tǒng)度電成本8毛錢以上，在中國很多地方是沒法應用的，那怎么做到它的經(jīng)濟性。我們約束條件，要做有調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓功能和其他系統(tǒng)電網(wǎng)要實現(xiàn)的其他功能，我們怎么做得到？就要考慮幾個問題了：1，儲能功率的配置。任何一個儲能系統(tǒng)必須考慮你的光伏、風電以及其他能源容量系統(tǒng)的配置，還有和儲能容量的配比。比如說我們在2013年的時候，在青海做了一個7.2兆瓦、28兆瓦時的一個微網(wǎng)電站，當時給一個縣城的1萬人每天24小時供電，每天都是2萬度電。當時我們考慮這個配置怎么考慮的呢？因為當時是離網(wǎng)電站，沒有其他的電源，就是光伏+儲能，首先我們要測量當?shù)氐挠秒娏克呢摵汕闆r，然后我的電網(wǎng)當時只有光伏和儲能，我們在儲能的配比上面有兩個配比，我們用鉛酸電池+鋰電池，為什么要這樣配比？因為鉛酸電池，我們在整個24小時的供電過程中，我們的負荷可以按0.2C的放電和0.2C的充電，能達到我的電網(wǎng)平衡，但是我作為電網(wǎng)的穩(wěn)定性，在某個瞬間我要解決電網(wǎng)穩(wěn)定的時候我們用了鋰電池，因為有時候我需要用2C甚至4C這樣的放電和充電的程度我們才能保證我這個獨立微網(wǎng)的穩(wěn)定性，所以我們當時28兆瓦時配置了大概5個兆瓦的鋰電池、23兆瓦的鉛酸電池，但是現(xiàn)在我們反過來，那個時候我們的鋰電池是3塊6還是4塊/瓦，我們鉛酸電池當時還不到它的一半，1塊多，可是今天我要給鉛酸電池廠的各位老總你們要想一下，我的鋰電池的電芯快速的下來了，我們現(xiàn)在拿到的只有8毛甚至7毛錢的電芯，鉛酸電池儲能應用的空間哪里，想起來了我們當時做光伏組件的時候，張總我們一起做的，當時我們光伏組件是13和14元/瓦，我們薄膜組件當時是7塊、8塊，薄膜組件是有發(fā)展空間的，所以漢能他們拼命做這個。結果不到2年，我們的金硅組件就下降到了4塊錢以下，一下子就把薄膜電池逼著沒路可走了，整個薄膜組件就是這么死的。
我們要考慮這些問題，從系統(tǒng)來講，一個剛開始的儲能功率的匹配非常重要，7.2兆瓦，我當時那個地方大概每天平均發(fā)電小時數(shù)是5個小時，我們做了一個4倍的，做了28兆瓦時。如果這里面又有風電的匹配、又有柴油機的匹配的時候，儲能的匹配就更重要了，你配多少，關鍵的問題就是以它的，除了它的穩(wěn)定性以外，它的經(jīng)濟性在這里就體現(xiàn)出來了，如果我當時給它配28兆瓦時的鋰電池可不可以？可以，我配40兆瓦時可不可以？更好啊，問題是你不掙錢啊。所以從第一點，你要想這個系統(tǒng)容量的匹配和儲能容量的匹配，這是非常重要的，這是我們頂層設計。
第二點，充放電電流，就是我們儲能Pack的成組，充放電電流的大小、BMS均衡電流的大小，直接就涉及了BMS的成本。前段時間我們一直在看，這里韓國的很多儲能電站燒著了，我們在江蘇也有個儲能電站燒著了，我不管它是什么原因。但是BMS的監(jiān)控是非常重要的。大家都知道，儲能電站一個最大的，大規(guī)模儲能一個最大的東西就是它的一致性的問題，你怎么能保證你整個儲能電站的電池成組從一開始你是買的新電站，新的電池它的一致性非常好，但是運行了一段時間以后，隨著你的電池場景溫度的不平衡，各種在充放電中間不均衡的情況，各個電芯風充電不均衡的情況下，肯定會出現(xiàn)它的一致性越來越差，你怎么配置我充放電電流的大小，根據(jù)它的大小來配備我BMS均衡電流的大小呢？你是采用被動的均衡、還是主動的均衡呢？你怎么能在一個循環(huán)中間把你可能出現(xiàn)的就是說電芯的不均衡把它在線均衡起來，這是我們要設計的，這是我們要考慮的。包括我們電池Pack成組，你是按8的、4的、還是2的，這里面既有的經(jīng)濟性的問題、也有我的可靠性和安全性的問題，你怎么去考慮這個問題。 還有一個，儲能容量的配置，一個是要考慮調(diào)峰容量的需求，一個是要考慮一次、二次調(diào)頻所需要時間的需求。作為調(diào)頻，你是要大充大放的，而且是短時間快速的大充大放，我只能用鋰電池來配。作為調(diào)峰，如果我在0.2C以下的，像我們國家現(xiàn)在峰谷電價晚上有4個小時、5個小時，白天有4個小時到5個小時的放，這個時候我們考慮用其他的電池，當然現(xiàn)在隨著我們鋰電池的成本下降我也可以考慮用鋰電池，但是我對它的充放電的要求不一樣，對電池的性能要求不一樣，它的價格也不一樣，這些都是我們要考慮的問題。
我們一個系統(tǒng)，根據(jù)我們這個項目電源的特性，根據(jù)這個項目負荷的特性，根據(jù)這個項目電網(wǎng)對我們各項要求的特性不同，我的整個頂層設計是不一樣的，它不像光伏電站，不同情況下控制策略、控制方法以及整個設置的配置、系統(tǒng)的配置都不一樣，這就是個難點。實際現(xiàn)在我們國家的整個儲能行業(yè)里面，我認為最缺少的就是系統(tǒng)集成商，最缺少就是對系統(tǒng)集成的研究，從頂層設計開始，你說是說的挺好的，大規(guī)模可再生上來了，你要用大規(guī)模的儲能，但是如果你沒有經(jīng)濟性，你怎么往前走，你走不下去?，F(xiàn)在我們這種系統(tǒng)度電成本能做到5毛錢以下，如果不能成本做到5毛錢以下，我在有些地區(qū)負荷側，現(xiàn)在都知道有7毛多的峰谷電價差，有的甚至到1塊，問題你把度電成本做到8毛，你不去考慮這些問題怎么有利潤空間，當然沒有利潤空間。所以系統(tǒng)的設計、系統(tǒng)的控制策略，以及從我們目標函數(shù)、從我們的約束條件做到最優(yōu)的系統(tǒng)，這個門檻強是挺高的，大家一定要多多研究這些事情。
根據(jù)儲能系統(tǒng)的頂層規(guī)劃、儲能系統(tǒng)集成需要從電芯的選型、電芯的模組、電池包、電池簇，到儲能系統(tǒng)的配置，包含著BMS分時均衡的電池個數(shù)、均衡電流大小、集裝箱內(nèi)部的熱管理系統(tǒng)、PCS工作模式、PCS低端控制邏輯及上層EMS控制策略的制定進行全方位的把控。你是要從你的頂端設計到你的EMS的控制策略設計、一直到PCS的響應、一直到最后你的電池BMS的管理系統(tǒng)跟它去配合，這是一個系統(tǒng)化的設計。絕對不是我把BMS做好就行了、PCS做好就行了，你的控制、你的大腦、你的EMS怎么去配合。所以我們說儲能的系統(tǒng)設計是一個非常有意思，也是難度比較大的一個，而且它沒有可復制性，很少有可復制性。不同場景下、不同需求情況下，你這個設計就不一樣。我舉個例子，實際就是我們一個電站里面的，Pack設計和集裝箱內(nèi)部管理，使得儲能系統(tǒng)在最大的充放電配置下，Pack內(nèi)部電芯最大溫差不能超過1度，最好做到這一點。大家知道電芯最后電池的使用跟它的溫度變化，溫度環(huán)境影響是非常大的。集裝箱的散熱，就是說在集裝箱內(nèi)的最大溫差不要超過2—3度，以確保儲能系統(tǒng)在運行環(huán)境中的一致性，要做到這點真的也很難，但是一定要想辦法做到這一點，否則運行一段時間以后，你的各個電池組之間，因為你的溫度變化不一樣，因為你的各個電信的均衡性不好，它是個短板效應。到最后壞的電芯永遠越來越壞，如果你不在線均衡，不進行在線的進行校正的話，所以我說BMS均衡電流的選擇非常重要，怎么在一天之內(nèi)、一個周期之內(nèi)，大概是按5%電芯的容量來測量進行均衡，而且這是一個我們上層EMS管控下的一種在線的自動化的均衡。
第三個關鍵技術，我一直在強調(diào)BMS的均衡技術，主要目的是什么呢？就是保證我的儲能系統(tǒng)電池的一致性，它的一致性導致了我儲能的效率、這個系統(tǒng)的效率要保持在0.85以上，它沒有這個均衡性是做不到的、沒有一個一致性也是做不到的，這個時候你一定要消除整個運行過程中的各個電信的不一致性、在線均衡，在一個充放電周期之中要把它均衡回來，否則你是做不到的。這里我們考慮到幾個問題，我們要計算電芯級的SOC的估算精度，我們要計算電芯級的SOH估算精度，同樣我們系統(tǒng)均衡策略的制定，包括我們BMU類電芯的均衡，還有跨BMU之間電芯的均衡、電池簇的均衡，更多的要考慮電池的SOC、SOH、電芯溫度制定出的最優(yōu)均衡策略，用人工智能的算法。（PPT）這上面有兩個圖，這上面沒有用這些算法的圖BMS檢測出來就是這樣的波形，有了這個之后非常清楚的就是我哪幾個電芯壞了很快就找到，這樣的情況下就能很快的對這些電芯進行在線的均衡。
系統(tǒng)考慮并不是拆一個電壓那么簡單的，不是那么簡單的一件事情。
還有一個是PCS多級V/F并聯(lián)技術?，F(xiàn)在我們PCS前段時間500K的，現(xiàn)在做到1個兆了，將來能不能更大，當然如果我是100兆瓦時的大規(guī)模儲能系統(tǒng)，就是500K的話有多少，200臺，200臺的這些PCS，如果說你的并聯(lián)技術只能3臺或者只能4臺，假設你現(xiàn)在的平均水平是4臺，你需要多少的隔離變壓器做這些事情，都可以算一下。而且大家都知道，我用PQ這種狀態(tài)，PCS的并聯(lián)是沒有問題的，但是V/F這種情況下能不能做到多臺PCS的并聯(lián)技術，怎么解決它的共膜電壓的影響，怎么解決插膜電壓干擾的影響。還有一個關鍵問題，我們做調(diào)頻的時候，PQ的響應時間大概200毫秒、300毫秒，但是V/F源的響應時間都在100豪邁以內(nèi)。上次我到澳大利亞的時候專門參觀了，我跟華東電力院的院長一樣專門參觀了特斯拉的電站，他當時很牛告訴我他的響應速度是140毫秒，我直接告訴他們在我們在西藏的項目是100毫秒以內(nèi)。而且我們現(xiàn)在在澳大利亞南澳申請170兆瓦的儲能電站，我給澳大利亞政府的承諾就是我們一定會做到100毫秒以內(nèi)，這是他的調(diào)頻響應一次相應要做到100毫秒以內(nèi)。
所以多臺PCS的V/F并聯(lián)技術，怎么做到四象限的無縫調(diào)解，一個是響應時間和響應精度，為大規(guī)?；瘜W儲能替代傳統(tǒng)的抽水蓄能電站打下基礎。我非常同意，剛才有幾位嘉賓說，化學儲能確實有能量密度的問題。大家知道，抽水蓄能電站受地域影響太大，我必須要有一個高庫、一個低庫，但是我們做這個的時候，我們是可以有兩種做法，一種做法是單體的儲能電站，把它容量做大，一個是我們整個怎么通過虛擬電廠的技術，把多個小的或者中型的儲能電站變成一個統(tǒng)一的調(diào)度，統(tǒng)一的進行控制，已經(jīng)達到一個大規(guī)模的突進，是兩個，一個是單體電站容量的擴大，怎么去管理，怎么去做，東郭這些技術我們把單體容量做大，一個是通過網(wǎng)上用虛擬電廠的這種技術，把多個儲能電站并起來，下面我會介紹在英國人家是怎么做這件事情的。這里舉了一個黑啟動的電站，不多說了。
總而言之，這種多級V/F并聯(lián)的技術，也是我們要將來在大規(guī)模儲能電站要用的。
這個是PCS以V/F的形式并網(wǎng)運行，給電網(wǎng)提供一次調(diào)頻、調(diào)壓等電力輔助服務。在電網(wǎng)故障時，它無需進行PQ源和VF源的切換直接進入到孤網(wǎng)運行，以確保重要負荷的不間斷供電，這是我們當時切換的圖形，大家看一下，這個切換的非常成功，幾乎整個波形沒有間斷。該項技術可以廣泛應用于數(shù)據(jù)中心和對電能質量要求比較高的客戶，同時對提高微電網(wǎng)供電可靠性有著重要作用。（PPT）這是我們切換時電流、電壓的變化曲線。
關鍵技術的第六個，我們智能化能量管理系統(tǒng)的EMS。大家都知道，從一個離網(wǎng)電站、一個儲能電站，當然儲能比并聯(lián)還好，作為一個離網(wǎng)電站的話，首先要考慮確保系統(tǒng)的連鎖穩(wěn)定的運行為第一原則，我們要穩(wěn)定性的控制原則。第二個，我們要考慮充分利用不同電源的特性，充分實現(xiàn)經(jīng)濟性，經(jīng)濟性做不到了系統(tǒng)再穩(wěn)定沒人敢用你，也用不起。第三個，實際上整個EMS是一個智能化的，大家都知道，隨著電源的變化，我們光伏電站冬天發(fā)電小時書和春天一年四季都不一樣，有時候甚至每天都不一樣。在這種情況下怎么進行管理，我的負荷也不停的在變，舉個簡單的例子來講，當時在青海我們剛開始測算那個縣城一天容量是700千瓦，當我們投上5毛錢一度電以后，負荷一下增加到了2000多。這個時候需要我的EMS有一個功能是自學習的功能，隨著負荷的變化，隨著我們電源的變化、外部環(huán)境的變化自己在改變自己的控制策略，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、保證這個系統(tǒng)的經(jīng)濟性，這個是智能化的管理。我們微電網(wǎng)控制的時候，我們一個小區(qū)、一個屋頂，你怎么把微網(wǎng)控制起來，怎么把多個微電網(wǎng)控制起來，去年我們有很好的項目，在二連浩特，我們這個項目我們后來種種原因，當來280兆瓦的風電、90兆瓦的光伏，我們加了40兆瓦時的儲能，還有其他的儲能系統(tǒng)，當時電網(wǎng)的要求，自發(fā)自用率達到75%，當時在二連浩特組成了7個集群，當時目標是對電網(wǎng)的能量交換不能超過10%，這就是當時微電網(wǎng)集群控制的概念。
第八個關鍵技術是虛擬電廠，多個儲能電站的集約化管理。
這是我們到英國Limejump公司云平臺的站點，目前已超過150個站點，他集中起來，他是通過虛擬電廠技術，將若干個大小不一的儲能電站接入系統(tǒng)，統(tǒng)一參與電網(wǎng)的需求響應，調(diào)頻、平衡服務，使各個站點的收益最大化，我覺得我們將來的儲能電站、我們北控的儲能電站肯定走這條路的，我們會把在全國各地投資的儲能電站接到統(tǒng)一的我們叫交易中心也好、網(wǎng)站也好，跟電網(wǎng)怎么結合。一個是單個電站的容量要大，一個是把多個儲能電站統(tǒng)一調(diào)動起來，也是我們將來的發(fā)展方向。
這里進行了多層次的EMS的控制，其實虛擬電廠各種各樣的形式，我這個虛擬電廠指的就是我們的儲能電站的，電力平衡交易，電力輔助服務交易，這些都往這邊走，目前運營方式，日前運行方式根據(jù)新能源日前發(fā)電量預測結果，按照最小運行成本和最大化電力交易獲利的目標函數(shù)合理分配虛擬電廠管轄范圍內(nèi)的能源處力。實施運行方式上則是休整日前新能源發(fā)電功率預測偏差，并以最小代價滿足電力平衡需求為目標函數(shù)，分配在虛擬電廠管轄范圍內(nèi)的能源處力。
單個儲能電站的步驟靈活性、快速響應性是有優(yōu)勢的，但是抽水儲能電站確實有它的優(yōu)勢，在于它的時間常數(shù)，我說的時間常數(shù)就是它能在幾個小時之內(nèi)的容量其實我們做不到，但是我們怎么把容量做大，我們怎么把化學儲能容量做大，一個是單個大容量的儲能技術、集成技術，一個是多個儲能電站的把它并到一起的虛擬電廠的這種技術的應用，總而言之我認為，就是我們儲能技術，第一，它是我們大規(guī)模能源領域的剛需，大規(guī)模儲能技術的應用，通過我們行業(yè)共同的努力，我們一定能解決經(jīng)濟性問題，我們技術性也會得到突破?，F(xiàn)在我們在研究這些東西，希望我們同行業(yè)一起來研究這些課題，我相信儲能行業(yè)的前景一片光明。謝謝大家！
（本文根據(jù)錄音整理，未經(jīng)演講人本人審核）
