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國家電投黃河水電李曉峰:新能源發電領域電化學儲能系統設計 - 北極星儲能網
工藝技術 時間:2019-05-19

北極星儲能網訊:“儲能在我們新能源里干什么呢?我們新能源現在發展到這個地步,基本上已經發展到天花板了,怎么繼續讓它健康有效的發展呢?我們要引入儲能,儲能在新能源發展中的作用,基本上我們要實現這5個功能才能保證它是一個可控的電源,可控、可調的,不是垃圾電源,而是一個能夠取代常規能源的一個電源?!?/p>

——國家電投黃河水電設計中心主任 李曉峰

聚焦“技術應用雙創新,規模儲能新起點”,通過組織主題演講、展覽展示、創新大賽、專題研討、項目考察、新品發布、技術交流等多種活動,多維度精準對接全球儲能市場與應用,助力中國儲能企業與國際接軌,為儲能企業搭建與政策制定者、規劃者、電網管理者、電力公司、能源服務商的交流互動平臺。2019年5月18-20日,中關村儲能產業技術聯盟、中國科學院工程熱物理研究所舉辦“ESIE2019儲能國際峰會暨展覽會”,北極星儲能網、電力頭條APP全程直播。

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國家電投黃河水電設計中心主任 李曉峰

大家好!我是李曉峰,我們公司主要從事新能源發電領域的方案提供,施工設計和項目建設。前邊的領導和各位專家都講的很好,我這次主要和大家分享一下我們在新能源系統里頭設計方面的一些心得,主要是和新能源配套的。

四個內容:第一個新能源發電面臨的問題,第二個,新能源發展對儲能的應用要求,介紹兩個案例,還有存在的一些問題。前面這兩個問題基本上大家都清楚了,已經介紹過了,我就不再說了。

儲能在我們新能源里干什么呢?我們新能源現在發展到這個地步,基本上已經發展到天花板了,怎么繼續讓它健康有效的發展呢?我們要引入儲能,儲能在新能源發展中的作用,基本上我們要實現這5個功能才能保證它是一個可控的電源,可控、可調的,不是垃圾電源,而是一個能夠取代常規能源的一個電源。

新能源配套儲能聯合運行,我們可以實現一些好處,優點是什么?

(1)可以增強新能源電源的調節能力。

(2)提高電網的安全穩定和可靠性。

(3)提高負荷的可控性。

(4)提高新能源電站的輸出特性。

(5)增強大規模集中式新能源發電送出能力,提升消納水平。

(6)為電網提供輔助服務。

工程案例1,項目海拔在3000米左右,光伏系統是兩個光伏子方陣,主要為光伏電站不同的組件,干過光伏的大家都知道,組件有雙面有單面,支架有固定的有跟蹤的,還有不同的逆變閑形式,加入儲能,通過分散式和集中式的接入方式進行對比,解決削峰填谷,這種運行方式,我們拿這個數據運行數據,同時開展應用示范工作。

光伏系統一共18個光伏/光儲子方陣。10個子方陣采用固定式支架,傾角均為33度。儲能系統是這樣的,在16個子方陣里頭配套分散式的儲能單元,同時建設6套集中式儲能單元,6套儲能電源我們可以認為是電源側的儲能,全部是采用戶外型設備,儲能電池采用三元鋰,磷酸鐵鋰、全釩液流。儲能設備基本上采用儲能變流器、直流變換器和光儲一體機這種設備。

16套分散式的儲能單元共配置容量9MWh,容量配置按照光伏子方陣的容量,根據限電情況,按照目前電網下達的限電功率,從20%-40%進行容量配比,主要是測試儲能系統在光伏側分散布置時的功能,6套集中式的單元,一共7MWh,直接在電壓側。這是對比分析,16個子方陣里頭我們根據組件和支架的不同,組件和支架的不同決定發電的特性。這時候氣電量是不同的,這時候根據發電的特性配置電池。

接入方式,這個工程采用經逆變器直流側或交流側介入和經35KV交流母線接入兩種方式。第一種就近充放電所以損耗較少,優勢比較大。第二種和電源側和電網側接入方式是一樣的,便于就近控制和維護,但是因為是在遠端充放電,損耗比上一個方式要大。

我們先看第一種方式,第一種方式是在直流系統和光伏系統直接并聯,這個圖上看到了,儲能系統經過直流變換器和光伏直流匯流箱并聯,集中式逆變器具備雙向逆變功能。

第二種,采用光儲一體機,大家看到圖片里頭,光儲一體機是三端設備,一端接交流側,另外兩端一個接光伏直流,一個接電池,單機容量30MW/100MWh,直接接到直流側的時候有什么好處?可以就近進行儲能充電,雖然主光伏側投資成本增加了,但是通過這個方式可以把電量就近存起來,不因為限電的問題損失我的收益?;褂懈鑫侍?,所有的小容量設備全部就近分散布置,解決了鋰電池燃燒爆炸的危險性,可以減少到最小的范圍。

還有一種方式是交流側接入,這種接入方式儲能直接和阻串式逆變器結合使用,這是箱變,對側是集裝箱里頭的設備,這是相比較剛才的設備,這是在光伏的匯流側解決的。

還有一種方式,這是35KV接入的,這種方式和剛才的方式有點類似,但是相當于把我的組件變成了另外一種電池,這種接線有什么好處呢?可以在共用一套設備的情況下可以在下面接不同的電池類型。這種方式儲流變壓器,目前電網側做的基本就是這種方式。

第二個案例:風電儲能,上一個工程已經在2017年投運了,目前正在進行控制策略的調整和完善。這兩個項目是在建的,但是投標已經完成了,風電已經建設完了,儲能要在8月份全部投運,兩個項目基本在一起,基本海拔在3200米以內。

儲能是這樣的,通過第一個實驗基地項目的設計經驗和建設經驗,我們覺得儲能系統還是分布到就地比較好,主要采用分布式就地安裝和集中式控制,為什么這樣子?我們想把新能源電站打造成一個可控的電站,送到電網的時候,它是一個優質電源,我們不需要再讓電網再進行和其他電源的配套了,我們送過去就是一個可控的電源和一個優質的電源,這樣子可以減少電網的調度能力和他再進行儲能配置容量的費用。

現在配置的時候是在風機附近直接配置儲能電源,電池采用三元鋰、磷酸鐵鋰、全釩液流。液流電池的特點是利用循環次數高和燃燒爆炸可能性小的特點,同時利用時間長,充放電時間很長,我們設置是5個小時解決風電比光伏更不可靠的波動性的問題。 0.5C是用于鋰電池,作為能量型的,2C的電池也是用鋰電池,是作為風電這種功率忽高忽低的時候我們進行功率調整和頻率調整的作用,減少兩個細則對我的考核,這個也是全部采用戶外集裝箱方式。

單體容量,液流的電池和低倍率的電池單機容量都是5MWh一套,2C的是0.5MWh。烏蘭和這個類似,因為只在4臺風機上裝,所以我們裝的都是能量型電池。接入方式采用分散布置,集中控制,電氣接線:儲能單元與風機變流器并聯接入風機箱變低壓側。

控制方式:風電場設置能量管理控制系統,用于集中管理風機和儲能單元。這套控制系統采用南瑞繼保的系統,這套系統是集升壓站監控,風電場監控和儲能監控合一的一套系統,把原來的三大腦袋現在合成一個腦袋,這樣有利于設備的優化和費用的降低。

就地平衡,各儲能單元接到控制指令后,結合對應風機的實時出力,就地吸收和釋放能量。電氣接線基本上我的儲能單元通過我的變壓器升壓成690V和風機變流器配套使用,這是一個電氣接線。

這里頭我們有兩個控制方式:第一個適用于機械化控制的儲能單元,還有一個適用于快速控制的?;禱刂頻?,我們就把它歸納到削峰填谷和解決氣風限電問題。這是我們的通信框圖,用于快速控制的里頭有一個快速控制網,這個快速控制網直接針對變流器,對電池儲能進行充放電。這套系統要求南瑞繼保的監控系統,變流器是陽光電源和北京索英的。電池系統是三星的三元鋰,松下的18650和寧德的CTL的電池。整體的閉環時間要求在200毫秒以內完成,下達指令以后,頻率調整完以后是在200毫秒以內閉環運行。

現在存在的問題,經過這兩個項目的設計、建設和現在的運行,現在有幾個問題:

第一個設備規則參數不一,為什么呢?因為儲能設備的性能參數、設備命名、信息點表不一,造成設計制造、運行不一樣,同樣的有的叫電池簇,有的叫電池模組,什么名字都不一樣,所以我們建議統一制造標準和命名標準。

第二,系統的匹配性不強,儲能系統和新能源發電系統之間的電氣連接需要通過變壓器、規約轉換器來實現。我們做設計就是按照規程規范,不同電壓,不同標準的東西要連接在一起。大家可以看到這張圖里面增加的一個變壓器,增加了一個規約轉換器,這兩個設備,作為整個系統之間只是增加了一個費用和一個損耗。所以我們建議,我們的儲能設備和光伏發電設備應該是標準一致的,包括規則、電壓應該做出合一的。這種設備不但造成了投資增加,而且造成了整體損耗降低,這是不利于整體的系統集成的。

第三,認證和測試標準不一。目前我們用的鋰電池,實際上投標給我們送的認證報告和測試報告全部都是動力電池,沒有一個說專門應用于儲能電池的設備。這里頭為什么說不適應呢?運行溫度、放電深度、循環次數、系統效率和衰減率,這是決定了一個儲能系統收益率的問題,我們更注重的是循環次數,但是實驗報告里頭對循環字數多的做3000次,少的500次,這種完全達不到儲能的收益的標準。

另外,對于儲能系統整體的測試標準沒有,整體的測試標準不只是指PCS或者一個儲能系統的,或者是他們兩者之間的,而是說我們建完新能源儲能系統以后,整體的測試的標準,現在我們的規范和標準都不適用于儲能的應用。同時液流電池也沒有第三方的認證和測試報告,經過調查,我們了解到不是他不做,而是現有的認證的企業,他的技術達不到,怎么說呢?說明我們現在測試的手段和技術已經滿足不了我們儲能的發展了。

第四,電池安全性的問題,電池安全性,搞過電力系統的人我們都知道安全性是最重要的,我們是在安全性的地方才講究技術先進性,所以對材料的穩定性,充放電的方式,?;さ緋厝壤淇蘸拖朗且蹇悸?,這是一個整體集成的技術,不是一個單方面就能搞定的,所以系統集成很重要。

第五,控制策略和能量管理功能不成熟,控制策略不支持是一個很大的問題,我們辛辛苦苦存的電池,如果熱備的時候控制策略搞不好,可能我們一晚上把這個電放完了,最大的問題就是,我想充的時候充不進去,想放的時候放不出去,這個時候是控制策略對儲能是最大的難點。能量管理系統現在不是簡簡單單的就是管這兩個東西,管新能源和儲能,一定要結合調度上的功能預測、AGC/AVC、監控、運動系統,按照光儲/風儲發電模式進行設計。

第六,現在都搞平價上網,搞平價上網以后我加裝儲能,但是效益如何?所以儲能是一個系統工程,從小的方面說,它是一個設備的集成,從中間說,它是一個設計制造建設和運行的集成,從大的方面說,它是結合我們發電側、電網側、設計制造側以及國家政策的整體的大的系統集成。總之,我們黃河水電公司為實現新能源發電徹底替代常規能源的努力上,我們提供技術支撐,盡我們央企的社會責任,謝謝大家!

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