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新风光张长元:储能技术在不同领域的应用

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国储能网 发布时间:2019-05-15 浏览:
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中国储能网讯:4月24-26日,由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会主办的第九届中国国际储能大会在浙江省杭州市洲际酒店召开。在4月25日上午的“微电网与储能”专场,新风光电子科技股份有限公司副总经理、电能质量事业部总经理张长元在会上分享了主题报告《储能技术在不同领域的应用》,以下为演讲实录


张长元:各位专家,各位同仁,上午好!今天我演讲的题目是储能技术在不同领域的应用,刚刚主持人也介绍了,储能在各个行业的应用包括很多场景,从昨天到今天上午大家的报告当中,对储能就进行了很多的阐述。我的报告分为四个部分,一是储能行业现状简单说一下,因为大家已经讲的非常多了,二是PCS能量转换系统,还有一些案例分析,最后做一下公司的简介。

目前的现状呢,刚刚赵总讲到了这个储能是未来传统能源的心脏,我们其实改变了电力行业中电能只能传输不能储存的历史,储能这几年的发展围绕这个使命来进行的,目前来讲所谓的扩容是非常难的,还有电网实现功率平衡也非常难,如果是储能大量的应用之后,这一部分肯定会有很好的解决,再一个就是大规模的新能源的接入,这种波动性对电网带来不确定性也是大家必须要面临的问题。一个问题就是充电桩的冲击,刚刚杨总也讲到了充电桩的冲击,这些都是储能可以解决的。

储能系统在各个环节的作用呢,主要是发电侧、输电侧、配电侧和用电侧,还有从网、荷、源这些方面的应用,一带而过,时间上面有点紧张。

目前的储能形式,大家谈的也比较多,化学储能、电化学储能、机械储能,这里面放了一些电磁储能,超导储能也是未来需要探索的,电化学储能是现在用得比较多的,抽水蓄能也是比较多的,未来真正可以解决这些问题的到底方向在哪里?需要业内的同行们来探索。这是一个电化学储能的下降还有电池寿命的提升的过程,储能的瓶颈问题业内都认识到了就是电池在整个系统中占比是非常大的,可以占到80%多,所以说储能的商业化应用,还有盈利平衡点到底在什么位置,电池起到了非常大的决定性的作用。    

我这幅图针对超级电容还有锂电池它的14个指标做了一个分析,我们可以看到的就是超级电容蓝色的那个在八九个点上面得分比较高的,锂电池虽然在自放电、还有实用性和能量密度上面都有比较好的评分,但是有几个安全性的问题,它的得分并不高。根据我们电站的作用不同选择不同的储能介质,在整个储能建设过程当中需要考虑的问题,是电能容量的要求,还是快速响应储能容量的要求,选择的介质是完全不一样的。在这里说了一个电解电容它的充电能力还有充放电率做了一个比较,还有就是锂电池在这里面从它的循环性,适用领域做了一个对比。所以现在来看的话,大家选择比较多的就是碳酸锂电池,还有硫酸锂电池,在做储能的时候,它在选择的时候,成本有的时候会考虑的比较多。    

另外一个,就是政策性的,昨天上午很多专家都讲了,这里不再讲了,行业的主要任务就是降低电池的成本,从降低电池的成本来降低整个储能系统成本。

PCS系统的主流技术的现状,这个是1988年在加州搞的一个储能电站,它主要的作用就是当时是为了这个系统的热备用还有负荷的平衡还有电能质量的控制,多重化的一个,这个开关频率很低,为了改变输出波形加了一些滤波,当时的技术不是特别成熟,用的这种开关频率比较低的GTO管子,只有几百赫兹,输出的波形不太好。低压并联汇集升压方案是大家比较熟悉的一种方式,现在应用也是非常多的一种方式。低压并联的方式在现在来讲选择这种方式的主要的原因:一是电池本身的电压等级在这里,二是电压本身的变流器的技术比较成熟。但是在并联过程当中有几个问题,第一个就是单级的容量不可能做的特别大,为了采用大容量的就是多极并联,这些问题在现实当中已经碰到了,还有一个就是在输出过程当中,为了改善它的输出波形还有质量,一般采用LCL,或者LC这种滤波方式,形成了一个高接系统,这个系统出现会对谐波的进行放大,这些问题其实是不容忽视的,一旦出现谐波之后,大量的发热,导致系统崩溃甚至产生火灾。    

另外一个,就是低压的两种方式,一个就是单级的,还有一个就是两级的。单级的就是相对效率比较高,它的输出一般加LCL滤波,后面往往会再加一个升压变压器。再一个就是现在的一些厂家都在推的三电平,这个三电平有一个好处,就是它的输出波形更趋近于正形波。下面这个是带一个斩波的,后面是超级电容的拓扑结构,这个是现在用在轨道交通行业的,用超级电容的拓扑图。整个的系统构成大致也就是这么几种拓扑,第一个就是单级串联的PCS,还有DCDC在前面并联,做一个大的这种DCDC的变化,再一个就是这种单级直接并联,后面这个是DCAC级,然后再串联最后再并联,大致这么几种方案,目前来讲主流方案就是这几种,但是这里面刚刚提到的多极协调的控制有难度,通讯构架比较复杂,多极并联容易形成环流和光伏逆变器不一样的,从电池版到这个系统。我们这个是双向的,从电池的充放电的过程,所以说控制不好的话很容易产生环流,还有会发生一些关联偶合,这种控制还是比较复杂的。    

还有一种调频的要求,小容量的电站在系统当中的作用,其实并没有发挥出来它非常强劲的作用,所以说大容量的这种PCS还有储能电量的建设是未来的趋势,往大功率做那电压等级势必会往上升,再用这种并联的话并的数量非常多,基于MMC的方式,这种方式其实有一个公共母线,直流母线,就是说最上面这个还有最下面的VDC,在直流的储能系统里面是非常适用的,但是交流里面应用起来就是并不那么合适,但是现在做的直流电网又没有这么多。所以说这种方式它有它的优势,但是现在并不是最合适的一种方式。    

接下来就是这种H桥级联式的,是从最早的高压变频器演变而来,有一个厂家介绍了这种PCS,他有几个优点,第一个在每个功率单元,都有一个单独的直流母线这个电压在1000V左右,正好适用于现在电池的串并联,达到这个电压很容易的。第二个就是这种H桥级联过程当中某一级过程当中可以旁路掉,这种也可以提高系统稳定性还有系统的适应性,还有35V接入电网的,可以很容易的把整机的功率做的非常大,所以说这个给未来系统调频带来了很大的便利,虽然这个系统只能用于交流系统,但是目前来讲是最好的一种方案。容量越大它的优势越明显,从这个方式往PCS转变只需要在母线上面挂上我们的电池组就可以的,当然这个里面母线加上一些滤波,在整个输出过程当中,它的母线有一个二倍频纹波,为了提升电池利用效率会串一个电抗,这样的话就是可以很方便的在我们的既有的成熟的设备上扩展一个电池模组,就可以实现了。下面这个就是又有人提出了一种中间加隔离的方式,但是这种隔离器的方式就是系统变得很复杂,整个设备的可靠性就会降低。

所以说这个都有几个特点,响应一致性特别好,速度很快,转换效率比较高,再一个具备功能,再一个就是高容错能力,这种PCS来讲的话,是目前来讲交流大功率的系统里面比较适用的,把这几种拓扑做了比较,这个可以从380V做到35KV,但是这个就是仅仅是PCS的效率,整个系统的效率不是PCS来决定的,就是说这种。这个在未来过程当中,应该很有广阔市场的产品。    

下面介绍几个案例,低温超导储能的案例,在0.5兆伏安的储能,现场在甘肃白银。这个就是低温的超能储能罐,把超导线圈放进去。其实就是一个PCS的。这个是后来我们做的另外一个储能项目,这是863的计划。中间这个是负载的,底下这个是变流器,补偿柴油发动机的功率,这个用的是一个电池。还有轨道交通行业的应用,整个配电分这四个电压等级的,1500这一侧,跟那个储能很好的匹配度,现在的主流就是1500V,有三款产品就是电阻耗能还有逆变回馈还有超级储能。这是产品还有两兆瓦的产品介绍,接下来如果有感兴趣的话我们再交流,当时提供10台在这个项目里面。    

我们下面把公司做一下简单的介绍,一带而过,起草了十几部国家标准,这是一些厂区的介绍,这是一个级联产品,运行一万多台,这个轨道上面的装置,目前是36条,投运的设备是190多台,然后另外一个还有煤炭行业用的防爆产品,获得认证,还有电能质量产品还有定制电源类的产品,这是一些产品系列,这是我们一个销售网点,这是我们的一个服务中心。一共是分五个中心,感谢大家的,谢谢大家!

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