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周锡卫:大规模储能技术的安全性和经济性

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国储能网 发布时间:2019-03-20 浏览:
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中国储能网讯:2019年3月16日,中国化学与物理电源行业协会储能应用分会与全国微电网与分布式电源并网标准化技术委员会、中国科学院电工研究所储能技术组、科华恒盛股份有限公司四家单位联合主办的“首届全国储能技术与综合能源服务高层研讨会”在福建厦门宸洲洲际酒店召开,来自电力公司、电科院、设计院、系统集成商、地方经信委、投资机构等230余人参加了本次会议。

本次研讨会旨在推动储能与综合能源系统多环节技术与商业模式创新,持续提升客户需求响应能力与业务整体盈利能力。

会议期间,国家能源分布式能源技术研究(实验)中心特聘研究员、教授周锡卫分享来主旨报告《大规模储能技术的安全性和经济性》,以下为报告原文:

周锡卫:首先感谢我们大会的主办单位和东道主给我这次机会,与大家分享一下我们在储能建设中的一些体会。

刚才前面我们秘书长,还有陈老师这两个方面的报告已经涵盖了方方面面的很多内容,秘书长的报告是从储能系统和电化学储能目前的应用状况和发展上,很高度的概括了当前的情况,陈老师从技术上面把各个环节,实际上讲得很透,特别是技术研究方面讲得很透。他们讲完之后为了不冲突,我重点讲的是大规模储能应用和设计和建设过程中的一些体会。功能性能特点,储能上关键技术的几个点。    

电池储能系统在我们做系统的时候,实际上我们要掌握和把控的是三个方面,一个规模,第二个时间,第三个实践。规模设多大?陈老师报告里面提到几个关键的环节,他讲的功率型、容量型、一比一、一比二这些汇率,这是细分以后讲了储能的技术特性,真正在一个系统里面到底怎么搭配好,这个规模怎么配置好,这里面有很多讲究。我们做功率型的,做调频的,可能配置很好储能,这样储能的电池要求的倍率很大。现在的电池水平、商业化水平,大倍率电池,第一生命周期比较短,第二价格比较高。如果说我加大一点配比,又兼顾了调峰的功能,对电池的选择和电池的安全性有很大提高。所以规模上要把这几个点做一个综合考虑处理它。

时间也很重要,储能真的要发展,上一位袁主任讲到了经营模式,经营模式有各种确实值得研究,针对不同的客户和场景要考虑。但是最重要一个实质能不能把储能系统做好,时间上有很多讲究。一个电池在招标过程中要求四千次、六千次,十年这么多要求,现在投资者也好,业主也好,建设者也好,很难把握的一个就是真的能做这么多次,真的能做这么长时间吗?现在答案是一个疑问,不是确定的。

时间还有第二个概念,技术在不断发展,产品价格在跌,除了本身的投资成本随着时间的延续在消耗、付出,如果一天一次和一天两次来比,快速折旧,带来的是另外一个好处,还有后期更换电池的更低的成本,更好的技术价值。也就是说把现在的钱用到极致在时间上非常重要。

第三个是实践,很多研究,实验室的数据不代表实践中的数据,一辆汽车公布百公里油耗多少多少,那是在90公里速度匀速无阻力的情况下测出来的,任何人你去投诉他油耗大吗,是投诉不成功的,因为你不是那种工况。所以实验室的数据代表某一个极限值的标志,并不是实际应用场景实践中的一个尺度。所以很多情况下,一个电池十年,结果半年就换了一个集装箱,很难打官司可以打赢,所以这个实践很重要。

要把握储能系统第一要可知,第二要可测,第三可控,第四可维护,第五可扩展。在实践中我们要不断的体会,不光要学习、听一听、看一看,更多要和实际的系统做一些研讨,会了解更多的东西。

这是我做过的一些点评项目,有的是离网,有的并网,或者是并离网的,10兆瓦时以上的我们从第二年开始做,国内商业化比较成功在运行的项目可能有很大一部分是我们做的。这是实际运行的场景,这些场景已经从2013年、2014年一直在运行,每一个都有一些特点的地方。

现在储能大家都有一个担心,不断的示范项目出现一些风险或者出现一些事故,造成短路是不良使用中常见的现象,如果预防不好就容易造成短路,短路是它起火爆炸非常重要的原因。在工艺过程中电池非常精密的,可能是纳米级或者微米级的,但是做成以后在后面的几个工序里面,你的挤压,你的派克热度等等控制,在后期造成的工艺不一致,产生的副作用大于生产线的可能性。第二个使用不当温度过高、过低,电流过大过小,这也是造成液体上的质量的分解风险。

我们用西藏的一个实际运营锂电池,四个月开始检验一致性都很好,四个月以后的一致性,偏差有8.0%多,这是一个实际的情况,这还是比较好的。2013年好多厂家都投过这个,虽然做了很多贡献,但是这个情况是一天一天好起来。

安全性,BMS是电池管理一个非常重要的,现在大家选的都看重这一点BMS是不是主动均衡。实际上我们可以看到,主动均衡、被动均衡,上图是静态的被动均衡,是加一个电阻,把多的电量放掉,产生热量。下面是主动均衡,有一个粗放电的小的电路,把多的吸收出来放到整个派克里面,或者放到某一个组成端,少的电量又把派克整个取出来充到里面,这样把整个拉平,如果不拉平情况下就存在某一颗可能过放了,其他的还不足,那你充放电效率大打折扣,或者以高的为准,充放电不足,以低的为准就会过充,这样产生风险。

这是现在流行的最新版国内流行的主动均衡,每一个都有一个小电路,甚至一个小电路管几个可以分时的来去做。这样的产品首先要想一点,每一个电芯如果都配一个主动均衡电路,这里面有很多电路系统在里面,电路系统的安全性实际上要弱于电池本身的安全性,加了这么多系统本身安全性就产生更多副作用。

它的作用,这是一个实际的图,也有一些人引用这个图做过一些分析,一次充放电在主动均衡的情况下,如果电压差有80个毫伏,这是很普遍的,一个小时里面如果EC是1:1,一个小时只能有10毫伏的主动均衡能力,如果一天一次充放电,实际上对它的均衡效果有限。

BMS是电池安全性的一个保护者,现在这样电路的结构基本上就是这样,有五条线,有检测线、均衡线,这些线在这种不均衡的情况下它会起作用。这样我们会想40AH的,1兆瓦时的集装箱里面大概有7千多颗电芯,如果每颗电芯都要做7千多个回路,这些回路哪怕在停机的时候BMS系统在工作,那时候还带电,如果有漏电就会使一些电芯过放。

创新技术,这一块是非常重要的,目前讲储能系统里面实际上全球都是一样,在大规模储存里面没有太多的创新技术,都是其他技术移过来,比如说电动汽车的储能管理技术。现在国内的BMS大部分采用的都是汽车BMS里面的专用芯片,所以成本比较高。在高成本情况下,怎么样能够配合在储能里,把几颗电芯并起来,并起来成本越低,检测一个点芯片的成本固定了,你的电芯多的并在一起就会减低整体成本,但是带来一个致命的危害,几颗并在一起,这个电位,大家都学过电路最基本的原理,并联的电路测出来的电位是一样的,所以并有一颗偏低或者有一颗偏高,你测不到这一颗,也就违反了BMS保护电芯能测到每一颗最坏的电芯。在这种情况下采取保护测试,这个初衷就不对,这个情况下经济性严重影响了储能系统的寿命。

现有技术的情况是左边的这张图,我们做了一点创新做法,不用专用芯片,每个只是做检测的这一块,直接采样电池的这一块电路板有两个路径,原来的这个是一个路径,就是采样,采样完了到BCMU,上一层再到BMS处理数据,找出坏的电芯,现在给一个双路径,一个还是原来路径做统计分析,去做维护、控制、调度数据,另外最实质的就是第一级的电路板增加一个信号,因为采样过程中可以判别一个阈值,发现一颗电芯有异常情况的时候直接发驱动信号把这一组串跳掉,其他的还可以工作,这是一个我们申请专利的技术,用了九个月效果还算可以,这是一个突破性的。这样做某种专用汽车的芯片就把整个成本降下来了,四并的成本和每一颗电芯都检测的成本拉平了,而且我们检测每一颗电池的电压和温度都检测了,这个要讲一下。

现在我们制定的标准实际上也有一定缺陷,是常规指标定的标准,在基础实验上没有做充分准备。比方说一颗电芯有缺陷的时候,坏损的时候,多长时间能烧掉,多大电流加进去能够引发它烧掉,然后它的温度变化过程在多少时间里面达到燃点,这个要检测,我们做一些破坏性实验时候,会发现温度变化在130度以下的时候在分钟级或者10秒级范围里面,但是130度到220度到冒烟起火,这一段是突变的,它是化学的突变反应,是在百毫秒级的。现在BMS标准是两秒钟,要求采样式,但是处理的响应式,实际上这个已经烧了。要治本不能治标,外部消防不起作用,我现在看有一些地方,用雾化水,雾化水带来另一个风险就是短路的风险,水可以导电,会短路,这个风险又是很大的风险。最好的做法,在它坏的时候发现或者有燃烧的可能性时候就把它跳掉,把这个小组串跳掉,内部不产生热量。

我们甘肃720兆瓦时的项目,科华也有PCS参加到这个项目的系统中,表现也是很好。电芯采购的时候做了一个要求,在不同的设速有一个考核的保有电量,这个作为结算依据,不要等十年,我们就把采购的批次品拿一个组串到实验室里去,在15度到35度的环境里面,在允许的充放电倍率下每天做7次、8次的充放电,如果你选1600次的次数半年就试过来了,就可以作为一个结算依据,这样就不会拍脑袋在做,这个推广起来有一些家同意,有一些家不同意,包括有一些电商厂家说原来我名声比较好,万一我比不过别人家怎么办。

这是价格的曲线,现在商业价值已经到了1.7元到1.5元区间,整个集装箱集成完了之后价格不光是电芯的价格,甘肃720兆瓦时国家示范项目控制了160万,也就是1.6元钱左右,但是这个不作为衡量采购它,它是有特定的环境示范项目,是保本性的,企业还要有一些利润,只是我们做示范探索它的规模化应用和它的价值点。

大规模示范项目,这个项目目前情况5月底的时候可能会有第一个站单体60兆瓦、240兆瓦时的,会整个调试完成。大概情况有八个子系统,有两个比较大的,都是单体60兆瓦,240兆瓦时,这是整体控制系统的架构。

那边是以弃风弃光的电为主,我们分析之后配了1:4的容量,吸收它以后再做辅助服务。刚才讲的商业模式,国内受政策约制,辅助服务的电价指着跟电厂,依据电厂电源侧的一个价格,真正结算了时候,储能电站独立是不能拿到这个价格。我们是国家示范项目,可以先行先试,往这个上面尝试,尝试原则就是就是同效同价的方向,现在正在往这个方向争取。

我们就讲储能抽水蓄能和大规模储能电池的一个对比,我是用了在甘肃玉门要上的一个项目,在网上的有的人能够找到它,动态投资75亿,6年到8年建设完成,整个发电量、蓄电发电量11.1亿KWH,我们现在720兆瓦时大规模储能类比的时候,做到同样差不多的效果大概投资在70亿,就是在他七八年建完之后这边可以周转一圈,但是能不能享受同效同价,如果能享受同效同价情况下,他8年以内就可以收回投资,所谓同效同价就是享受抽水蓄能同样的价格政策。

(本文内容根据录音整理,未经演讲人本人审核)

关键字:储能 安全性 经济性

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