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4月24日下午的“儲能電站與技術(shù)應用（一）專場”，惠州億緯鋰能股份有限公司儲能事業(yè)部電力儲能技術(shù)總監(jiān)蒙玉寶在會上分享了主題報告《先進儲能電站設計與實踐》，以下為演講實錄：
蒙玉寶：尊敬的各位專家、行業(yè)同仁， 大家下午好！我叫蒙玉寶， 來自惠州億緯鋰能股份有限公司，現(xiàn)在擔任億緯儲能事業(yè)部 電力儲能技術(shù)總監(jiān)，很高興有機會在此分享過去近兩年的時間里億緯鋰能對儲能電站設計與應用 的一些心得與體會；
我今天分享的報告題目是“先進儲能電站的設計與實踐”
主要從如下三個方面展開：
首先，分享我們在做項目過程中所了解到的客戶痛點；
其次，針對這些痛點，在電站設計的過程中如何有針對性的解決；同時在項目實踐過程如何反過來不斷優(yōu)化我們的系統(tǒng)設計；
最后一部分，給大家分享一些成功項目案例。
1、客戶痛點
第一個客戶關注度比較高的痛點是 鋰電池儲能電站的安全問題，近幾年國內(nèi) 國外儲能電站安全事故偶有發(fā)生，對客戶的財產(chǎn)安全和人員安全造成嚴重損失，同時，潛在的、不可預知的安全隱患是嚴重的安全風險。
針對安全問題，我們的理解主要分為兩個方面：
首先是儲能電站的設計是否安全；
像目前電科院在主導起草的相關國標或相關行標等會對安全有相應的規(guī)范要求，安全標準規(guī)范體系在逐步的完善；結(jié)合這些標準我們?nèi)绾稳ピu價一個系統(tǒng)的設計是否安全；
剛說的設計安全是靜態(tài)的安全問題，
但在電站整個10年的運行期間，我們?nèi)绾伪ＷC系統(tǒng)的動態(tài)安全；
比如一種是運行過程中突發(fā)性的安全問題，因為器件失效存在一定的比例和偶發(fā)性，就算一些關鍵器件在長期的運行期間突然失效，我們的系統(tǒng)是否可以安全的運行；另外還有一種是漸進式的安全隱患，比如器件在使用過程中發(fā)熱，隨著使用過程中器件不斷的老化，器件有可能在充放電循環(huán)中因為熱累積而引發(fā)安全事故，這類事故我們的系統(tǒng)是否可以提前檢測到并能進行預警和提前維護；
第二個客戶關注度比較高的痛點是系統(tǒng)的運維難問題；
第一類：有些項目定制化需求多，交期緊，系統(tǒng)在設計/連調(diào)過程中各個功能模塊的互通性差，各功能模塊沒能有效的融合，比如，BMS的參數(shù)設置沒有完全根據(jù)我們電芯的特性相匹配等，這會很大程度上影響系統(tǒng)的運行狀態(tài)。
第二類：在目前的儲能電站建設過程中，基本的投資年限都在10年左右，對于客戶來說在電站的使用過程中如何評估系統(tǒng)10年使用期之內(nèi)的性能，目前缺乏有效、完善的測試驗證的方法和數(shù)學模型，比如說我們的海外客戶，要求對產(chǎn)品全生命周期內(nèi)的運行質(zhì)量進行量化評估，這樣第三方金融機構(gòu)才能針對這個項目提供融資的解決方案；目前這樣的數(shù)學模型不健全。
第三類：電站缺乏完善的運維規(guī)程，項目對電池數(shù)據(jù)的存儲沒有明確要求，沒能定期分析系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)等，直到系統(tǒng)出現(xiàn)問題了才去處理，導致系統(tǒng)運維的可持續(xù)性差；
第四類：在產(chǎn)品設計過程中，對易維護和易操作考慮不充分，維護周期長，而儲能電站的運行時間直接影響客戶收益。
2、設計與實踐
2.1、痛點——》產(chǎn)品功能/特性要求
以上針對客戶痛點的分析與理解轉(zhuǎn)化到我們的產(chǎn)品設計和應用，我們認為系統(tǒng)應該包含以下功能/特性：
1、產(chǎn)品本身的設計必須是安全可靠的，即使是在極限條件下或偶發(fā)的情況下系統(tǒng)也不會引發(fā)火災等安全事故；
2、產(chǎn)品的靜態(tài)或瞬態(tài)的數(shù)據(jù)是可以準確 實時可以知道的，在安全事故要發(fā)生時，系統(tǒng)可以及時動作，最大限度地減少損失；
3、針對漸變的安全隱患或性能的離散變化，系統(tǒng)應該可以有效的進行診斷和預判，這需要求系統(tǒng)尤其是電池能夠建立準確的全生命周期數(shù)據(jù)模型，需要大量的測試或運行數(shù)據(jù)和進行大數(shù)據(jù)挖掘和分析，提供判斷依據(jù)；
4、針對運維，除了產(chǎn)品的易維護設計，高效 智能運維是儲能電站的發(fā)展趨勢，比如一個電池箱上的BMS從控故障了，系統(tǒng)的云平臺可以通過上報過來的模塊長期運行數(shù)據(jù)分析，結(jié)合系統(tǒng)內(nèi)建立的各類故障模型數(shù)據(jù)庫，能夠準確對故障進行預警或判斷，并提供維護建議或及時的動作，甚至以后電站的模塊更換可以將新的模塊發(fā)給快遞小哥，通過遠程簡單指導進行更換就可以了。
2.2、針對性設計
那么以上對產(chǎn)品功能或性能的需求主要從以下幾個方面展開我們有針對性的設計：
比如電化學的設計，目前億緯已開發(fā)儲能專用電芯，針對儲能產(chǎn)品的應用工況進行性能的匹配，如溫度特性、循環(huán)特性、倍率特性等；
再如熱設計，從電芯到整個系統(tǒng)我們都建立了完備的仿真模型，并與測試數(shù)據(jù)對標優(yōu)化，控制系統(tǒng)在合適的溫度范圍運行，同時控制系統(tǒng)溫差，極大的降低因為不同電芯因為運行溫度的差異導致衰減狀態(tài)不一，最終一致性變差，系統(tǒng)穩(wěn)定性或可用電量降低。
還有如運平臺大數(shù)據(jù)分析等，下面我們會有涉及。
2-3、電池設計能力與生產(chǎn)能力的介紹
這頁ppt展示的是我們?nèi)詣踊碾娦旧a(chǎn)過程，整條生產(chǎn)線是目行業(yè)內(nèi)先進的設備，整個生產(chǎn)線包含上千個控制點，除了設備和原材料，對整個生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)過程的管控，是保證7乘24小時，一年四季生產(chǎn)出高品質(zhì)和高一致性電池的保證。
同時公司建立了全面的測試能力，從原材料的成分分析、含量分析到電氣性能的測試，來確保我們生產(chǎn)出來電芯的性能；
另外我們也有全面的安全可靠性測試能力，來針對不同的客戶需求來驗證我們從電芯到系統(tǒng)的安全性。下面我將給大家介紹我們的幾個安全測試實例。
2-4鋰電池本征安全：
鋰電池儲能系統(tǒng)無論是從貨值還是從體積來說，主要部分還是還是磷酸鐵鋰電池，那么我們要保證鐵鋰電池本征是安全的，從電芯的材料設計如耐高溫電解液、阻燃材料到結(jié)構(gòu)設計如防爆閥、集流體等都有考慮安全性。
上面兩張圖片展示的是我們對電芯進行短路測試的實驗，測試過程中，短路電流達到了近2000A，電芯微微鼓脹，正負極柱的絕緣材料融化，但防爆閥沒有破裂，沒有冒煙、起火和爆炸，拆開電芯來看內(nèi)部結(jié)構(gòu)的軟連接結(jié)構(gòu)熔斷進行自保護。
下面兩張圖片展示的是我們模擬產(chǎn)品在實際應用過程中有可能出現(xiàn)的電芯過充電及加熱導致熱失控的實驗，藍色線表示電壓，細紅色線檢測的是電芯的溫度，下面粗紅色線是環(huán)境溫度，左邊縱坐標是溫度，右邊縱坐標是電壓，橫坐標是時間。首先從藍色曲線上看標了1的是電芯已經(jīng)充滿電的狀態(tài)，電壓達到約3.65V，此時沒有加熱也沒有過充，到第二點開始對電芯進行1C的過充電，此時電芯電壓快速上升，同時溫度也緩慢上升，過充到第3點停止，電壓已從至超過5.2V，此時電池從外部表征來看除了電壓和溫升，沒有別的異樣，防爆閥沒有打開，也沒有起火爆炸，說明電芯的耐過充能力是夠的，另外在儲能系統(tǒng)中如果出現(xiàn)這種過壓/過溫的情況，系統(tǒng)早已告警和保護，并斷開充電回路。
繼續(xù)往下看，第3點過充停止以后電壓快速的下降至電壓平臺，到達第4點時開始啟動對電芯進行滿功率加熱，溫度持續(xù)上升，至第五點電芯已經(jīng)發(fā)生熱失控，時溫度急劇上升，到第6點時防爆閥打開泄壓自保護，整個過程中不起火不爆炸。
接下來這個實驗主要是模擬電池在外力破壞造成短路的針刺實驗，實驗的電芯是滿電，用鋼針依次穿透10個電芯的模組，電芯在鋼針穿透的過程中發(fā)生短路產(chǎn)生大量的熱和氣體，防爆閥依次爆開，但整個過程中沒有起火和爆炸。
以上模擬實驗展示的是電池本身的安全特性，在極限情況下不會引發(fā)安全事故。
2-5、熱安全
前面也介紹了溫度和溫升和溫差等對系統(tǒng)的壽命和能量利用率有較大影響，目前我們從電池單體到整個集裝箱都建立了相應的熱仿真模型，我們電池箱采用的是風冷的散熱結(jié)構(gòu)，電芯之間有風冷的間隙，同時其他模組材料均選用V0級的絕緣阻燃材料，這種設計一方面可以有效的散熱，另外一方面可以對單體進行物理上的熱隔離和安全隔離，有效降低故障蔓延機率。
其他方面如風扇設計、空調(diào)選型、風道設計等我們都做了相應的仿真和測試，此外還可以通過溫升、溫差在不同時間點的維度橫向的對比分析和在不同的電芯或電池箱縱向的維度對比分析，來判斷產(chǎn)品的性能和狀態(tài)，提供預警和提前維護建議/參考。
現(xiàn)在我們單個10kWh的電池箱實測，在1C倍率充放電的情況下，溫差可以控制在2度以內(nèi)，整個40尺的集裝箱1C充放溫差可以控制在6度左右。
2-6、BMS安全
BMS也是鋰電池儲能電站不可缺少的部分，做為直流系統(tǒng)的大腦，BMS對數(shù)據(jù)采集和告警保護的準確性、通信的可靠性直接影響系統(tǒng)的運行效果。
BMS這部分我們主要是通過多級的硬件保護和多維度控制策略軟件保護來保證系統(tǒng)的安全性和動作的可靠性。
如采用熔斷器、斷路器、接觸器多級的短路保護，同時還要監(jiān)控器件的狀態(tài)是否正確。
另外我們在項目實踐過程中，用溫感槍掃描端子的溫度時發(fā)現(xiàn)，有端子溫度過熱的情況，溫度達到近百攝氏度，分析發(fā)現(xiàn)該端子生產(chǎn)過程中存在一定的接觸不良比率，存在過熱安全風險，那么設計中我們通過BMS對這些易故障點進行監(jiān)測，如會對接插端子的溫度、熔斷器的狀態(tài)，還有銅排溫度、系統(tǒng)的絕緣耐壓及可燃氣體進行監(jiān)測，提供故障的預警和維護判斷。
其他的還有電壓、溫度、硬件故障等采取對應的措施，保證BMS的安全。
2-7、消防安全
以上介紹的幾個主要的安全設計和安全預防及保護，那么萬一系統(tǒng)還是出現(xiàn)了火災險情，系統(tǒng)是否控制得住。目前針對儲能電站消防滅火，主要有七氟丙烷自動消防系統(tǒng)、相變材料消防系統(tǒng)以及液體消防等，或者有些項目客戶要求提高安全的可靠性，會同時安裝多種消防系統(tǒng)。消防系統(tǒng)的的消防輸入信號除了可以來源消防系統(tǒng)本身，還可來源BMS、EMS等，另外一般都會配備聲光報警系統(tǒng)，能夠快速的響應專業(yè)人員進行滅火及人員疏散。
2-8、關于安全方面最后想提的是選址安全和操作安全
有條件的情況下選址附近最好有水源，離住宅樓或重要設備或建筑要有一定的安全距離或者建立防火墻，并預留逃生通道；
與此同時，在系統(tǒng)安裝調(diào)試的過程中往往是安全事故的易發(fā)點，容易被人們忽視，事前應當做好當事人的培訓與考核，并且規(guī)范化安裝調(diào)試的規(guī)程。
在系統(tǒng)的運維期間也應當制定明確的操作規(guī)程，規(guī)范化操作，減少人為事故，定期巡檢維護，提前解決問題。
以上主要對前面分析的客戶痛點之一安全問題進行的設計與實踐的分享，下面針對運維難方面主要是從智能運維云平臺建設、電池數(shù)學模型的建設及產(chǎn)品的易維護設計方面進行分享。
目前我們在用戶側(cè)儲能的項目，都上了云管端架構(gòu)的云平臺，來對系統(tǒng)進行智能運維，讓客戶可以隨時隨地的對系統(tǒng)的狀態(tài)和收益了如指掌，同時運維人員也可以在不用下站點的情況下對系統(tǒng)進行遠程數(shù)據(jù)獲取、分析及故障診斷等，隨著數(shù)據(jù)量越來越大、系統(tǒng)的數(shù)學模型越來越完善，我們的云平臺也將會越來越智能，運維也會越來越準確與高效。
2-9、電壓平臺變化：
這是是我們在實際項目運行過程中截取的一個單體電芯的電壓數(shù)據(jù)，從曲線上看隨著循環(huán)次數(shù)的增多，放電電壓平臺逐漸下降，充電的電壓平臺逐漸上升，該參數(shù)變化的趨勢因各家電池特性不一樣可能會有差異，但對于我們來說這個變化參數(shù)可幫助我們對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行評估和預測，同時還可以幫助我們調(diào)整響應的控制策略。
2-10、衰減容量變化：
這個數(shù)據(jù)是電芯的容量衰減與能量效率的變化趨勢，可以幫助我們識別非正常衰減電芯，也可以幫助我們提高系統(tǒng)在整個生命周期內(nèi)投資收益評估的準確性等。
2-11最后從設計的角度分享我們的一些易維護設計
系統(tǒng)交付方面：傳統(tǒng)的交付模式是PCS、電池、集裝箱等從各個廠家分開發(fā)貨到現(xiàn)場，再進行組裝連調(diào)，這樣易產(chǎn)生現(xiàn)場各廠家產(chǎn)品經(jīng)常出現(xiàn)軟件、硬件對接不上的問題，現(xiàn)場人員解決問題的能力不一、工具設備不齊、導致解決問題的周期很長，成本高；另外各部件拆分運輸?shù)浆F(xiàn)場再組裝的方式，產(chǎn)生的運輸成本和拆裝成本也很高。
億緯采用的模式是，系統(tǒng)采用整體運輸設計，系統(tǒng)在場內(nèi)連調(diào)測試好后，將部分線纜拆除，然后整天運輸?shù)浆F(xiàn)場直接接好線就可以上電運行。
從部件的易維護設計角度主要有部件的插拔設計，如BMS從控松下兩個松不脫就可以對BMU進行更換維護。像上面也說了的，動力接插件，我們自己開發(fā)了帶自鎖、正負極防呆的接插件。另外我們現(xiàn)在在有些項目中也逐漸采用組串式的PCS方案，每個PCS模塊對應一個電池簇，可以在單個電池箱或BMS或PCS故障時自動脫力，不影響其他簇的正常運行，提供系統(tǒng)的可用率，也便于單個簇的部件更換和維護。
此外我們電池箱的設計從結(jié)構(gòu)尺寸、電壓容量等兼容了通信電源的梯次利用設計，便于在未來電力儲能電池退役后可以直接應用在通信電源上，提高系統(tǒng)的殘值和收益。
3、最后給大家分享我們幾個成功項目案例
有關注億緯的朋友應該知道前幾天我們在美國加州交付的8個兆瓦時的系統(tǒng)成功通過客戶嚴苛的測試驗收要求，成功并網(wǎng)驗收。該項目主要是應用于輔助光伏發(fā)電消納和電能質(zhì)量調(diào)節(jié)。
第二個案例是去年下半年我們中標的河南電網(wǎng)100MW電池儲能示范工程第二批設備采購1C充放電倍率4.8MW/4.8ＭＷｈ的項目，主要應用于調(diào)峰和需求響應，目前系統(tǒng)已在平穩(wěn)的試運行階段。
第三個是我們在江蘇、廣東不同的地市用戶側(cè)儲能案例集，主要應用是削峰填谷及部分的應急電源功能，去年在用戶側(cè)我們總共交付了有30多MWh的系統(tǒng)。
這個圖表是系統(tǒng)實際運行情況的介紹，左上邊是系統(tǒng)有效運行小時數(shù)的曲線，左下邊是預計收益與實際收益的曲線，從曲線上看收益是波動的，說明系統(tǒng)有問題，右邊我們也統(tǒng)計了過程中出現(xiàn)的問題并逐個優(yōu)化解決，從曲線上也看得出來，曲線的變化趨勢是越來越收斂的，系統(tǒng)運行也越來越平穩(wěn)?？傮w來看系統(tǒng)有效運行的比率達到90%，效果不錯，并且未來會越來越平穩(wěn)。
最后跟大家分享一下我們對儲能的發(fā)展思路：
第一個是 希望通過技術(shù)進步提升循環(huán)壽命，規(guī)?；a(chǎn)降低產(chǎn)品成本，預計2021年儲能系統(tǒng)的度電次成本能達到0.2元，從目前來看這個目標應該會更早可以實現(xiàn)；
第二個是以先進的電芯技術(shù)作為基礎，標準化的集成技術(shù)。
