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能建江苏院蒋科:电化学储能关键技术分析

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国储能网 发布时间:2019-07-01 浏览:
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中国储能网讯:6月19—20日,由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会联合江苏省电机工程学会、全国微电网与分布式电源并网标准化技术委员会、中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司等单位联合召开的“第三届全国电网侧暨用户侧储能技术应用高层研讨会”在苏州市太湖假日酒店举行。来自电网公司、设计院、系统集成商、电池生产企业、投融资机构等单位的280余位嘉宾出席了本次研讨会。

会议期间,中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司综合能源工程公司蒋科分享了主题报告《电化学储能关键技术分析》,以下是演讲全文:

蒋科:各位领导,各位嘉宾上午好。我是来自中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司的蒋科。去年第二届用户储能大会我也是参与了,去年给各位领导汇报的是江苏镇江东部电网用户侧储能的内容,今年是想对于储能的关键技术分析给各位汇报一下。

因为在座的各位嘉宾也有老朋友,也有新朋友,所以借这个平台也给各位领导汇报一下我们单位的情况。我们是江苏省电力设计院,属于中能建集团,我们院在储能方面在设计院当中应该是比较早的,去年做完了镇江东部电网侧储能以及前年做的协鑫10兆瓦时的用户侧储能,以及贵州兴义发电厂的储能,因为我们这边不光是做电化学储能,还有空气压缩也正在执行,包括在江苏的常州有一个压缩空气储能的国家重点示范项目,并且用户侧储能这边我们也是有相关的总包业绩。其中贵州兴义的储能项目它的总容量是20兆瓦、10兆瓦时的,这个项目的总包单位是武汉能瑞来做的,我们是设计单位。

金坛这边的空气压缩,因为空气压缩目前国内也是大部分都是示范项目来做的,因为它的经济性必须要跟抽水蓄能相匹配进行两部电价,不然它的经济性要差一点。我们在常州这边的项目,目前规划的发电利用小时数大概在1660个小时,电能转换效率是60%,相当于电化学储能的转换效率是偏低的,但是整个发电过程中是没有燃料损失的。最关键的是它是利用原来的盐穴,利用物理空间来做相关的储能系统,所以对地理条件跟前置条件要求比较苛刻。

这次主要是汇报三个方面,第一,储能项目设计规范标准,因为关键技术的点比较多,我这边只讲两个部分,第一个是基于我们院里面有个科研项目的成果,容量配置方面的,另一个是电化学储能电站模块化建设思路,后面如果有时间空余再给各位领导汇报一下多站融合、三站合一方面的设计的理念。

国家政策方面最近几年密集出台,在国家标准这边大家可以看一下2014年成立了国标委员会,目前国家标准十个,行业标准九个,企标十四个,这个是2018年的数据。2018年密集发布了很多国标推荐标准,包括电池的,铅探、锂电、移动化学还有接入的测试以及技术规定。包括前段时间我们也在评审储能并网服务的行标,后面也会陆续出台。基本上对于它的技术以及评价还有储能电池的本体都有相关的界定,对于储能电站的设计,因为之前最早的版本国标是2014年的,今年也要进行修编,因为有些技术也在发展,设计标准也要进行同步更新。

这个是9项行标,未来发布的行标肯定会越来越多,对于储能产业方面的标准也必然会继续完善。

我们是基于一个项目来做容量配置,也是偏理论方面的东西,给各位领导简单汇报一下。一储能在电力系统的应用价值主要是提高电力系统的调峰调频,提高火电机组的发电效率以及降低它自己的损失,还有新能源的平抑波动以及降低用户侧的用电成本和提高电能质量。

根据美国能源部的数据,储能的效益主要体现在五个领域,大概16项应用,在电力系统里面储能的应用主要是在发电侧、电网侧、用户侧以及新能源侧,这几个方面来考虑。

对于储能方面的硬件系统,这里只是一个简单的示意图,实际建设还是变化的,以及监控系统方案。并网这边主要是分为集中式的直流母线还有组串式的交流母线。监控里面可以分为三类,一个是简易型,还有一个是普通型,还有一个是网侧的储能监控系统,相对来说是比较复杂一点。但基本上都是遵循了分层分布、开放式的网络架构,满足数据的实施与要求。但是目前在做三站合一或者国网最新的要求来说,对于储能电池的监控以及它所有的BMS的测点又提出了一个更高的要求。

第一个方面是配置,对于它的应用模式这边来进行原则。第一,满足不同应用模式的调节需求,第二,满足不同方式的全生命周期成本收益,分析储能的放电、充电倍率,以及放电深度对储能寿命的影响,提出储能在电网中容量配置的优化模型。

储能电站对于调峰的响应速度是很快的,因为在我们江苏电网侧储能这边对于源网荷储协调控制协调,它的功率反转响应速度都是毫秒级的,所以它的调控能力还是相当优异的。

储能技术的应用于调控模式主要是包括功率配置还有容量配置,对于储能的功率我们一般都采用了储能电站的最大出力,储能电站以及连续电量,以及最大尖峰电量的最大值来做的。举个例子来说,这是某某变电站的负荷曲线,110主变负载率是属于重载的模式,这种情况对于主变重载的扩容,第一这个站因为它位置比较特殊,基本没有线路走廊,通过这样我们可以建储能来给它削峰填谷,第一可以延缓它增容的时间,第二在案例分析上面我们可以结合时间效益和社会效益,如果说我新建储能我是不用新建一个长距离的线路走廊的,包括费用都是可以做一个相关的经济比较的。

第二个,调频。调频是电厂侧调频,储能电站是具备响应速度快、短时功率吞吐能力强的特点,与常规的调频相结合它可以作为辅助传统调频的有效手段。

根据我们之前的理论推导,首先我们会根据火电机组的调节速率、响应时间和调节精度,来分析它的性能指标以及调节深度,然后再分析典型日偏差的分布情况,其中出力偏差是AGC的点,后面就直接拿一个点来看。就以火电发电厂的一台300MW直吹式机组为例分析,0到4兆瓦区间是高达96.89%,如果说配置4兆瓦的储能电站可以满足全天96.89的功率差额需求。同时也考虑到2兆瓦的占比大概在74%,所以说0到4兆瓦占比比较低,所以我们建议它的功率配置为3兆瓦。按照平均单向调频的次数为5次的话,它的储能容量是1.5兆瓦时,我们也根据相关的模型来测算它的配置方案。

第三个方面是新能源这边的消纳,主要是针对平抑新能源的波动来做的,并且储能电站可以跟随新能源的发电功率,通过快速充放电,可以使其并网的电压、频率能得到电能质量的指标,并且可以根据调度人员的发电预测、功率曲线实时跟踪。

根据新能源历史的发电曲线以及调度计划的数据,结合发电及调度预测,调节需求量,这些都是可以实现的。

这是一个光伏的案例。

第四个是用户侧储能,主要分为低储高发以及降低容量费用,低储高发的模式是跟踪电价信号进行充电和放电,实现峰谷电价套利,这个也是大部分用户侧储能的盈利模式。

用电管理主要是根据需量削减以及低储高发模式。虚量削减模式跟调峰配置方面相同,低储高发是根据用户负荷曲线确定调节功率值和转移电量,进而得到配置方案。

这个是以某个安装屋顶光伏的工业企业为例,我们会分析负荷以及厂区屋顶光伏的发电曲线来进行方案配置。

第三部分,电化学储能电站模块化建设思路。主要分这几大块,一个是标准化、模块化还有智能化。配置标准化,这个就跟我们之前做常规的变电站思路有点相近,它是按照模块化的设计思路,进行方案的集成。标准化里面包含配置标准化、设备标准化、布置标准化还有信息标准化。模块化是想把整个储能电站根据功能进行模块化的区分,智能化基于一些高级应用来支撑它的运检系统的有效提升。

主接线这边根据我们之前的设计规范及工程案例,基本上可以根据电压等级采用单母线或单母线分段接线,而且可以参考分布式风电的一些主接线,可以采用一些集电线路来做。

单元的接线,比如我可以面向单元把储能电站区分为若干个电气单位,包括储能单元、母线单元、集控单元以及独立电站的电源单位,还有一些辅助,包括消防单元现在也应该是一个独立的模块。

对于配置标准化,主要是针对于电池的模块,因为我们通过镇江的项目,因为镇江项目里面含好多电池厂家,包括中天、宁德、力信,昨天刘博给大家介绍江苏在再储能的点设,在点设之前我们调研了很多电池厂家、BMS厂家一个储能舱的厂家,我们当时调研了八家单位,包括市场上主流的宁德时代、比亚迪都在我们的调研范围内。我们会发现它所有的电芯,尤其在第二批的电网侧储能中对于单体电芯的数量进行了技术界定,每个不同厂家对于单体电芯的标准还是不一样的,宁德时代的单体电芯可以做到最大。

因为常规的用户侧的电池管理系统相对于网侧的要求降低了一点,包括我们这次电网侧用的BMS都是必须要兼顾双网的61850规约的,因为它包括BMS的测点,因为之前有些数据都是由厂家来直接集成的,对于设计院来说比较少。现阶段来说设计院发挥的设计的要求以及后面产生的作用会越来越大,技术要求会非常详细。包括BMS的信号,在江苏这边做完镇江项目之后,对于电网侧储能会有一套标准的信息、点秒(音),里面会有所有的BMS数据,通过我们工程实践下来,不同品牌BMS采样的精度以及采样的量大家有各自成熟的体系。

变压器这边采用了常规的变压器,开关10千伏大部分采用中置柜,在比较小型的场地里面也可以采用充气柜,相对来说占地小一点,检修稍微麻烦一点。

预制舱通过我们目前所有的电池,因为我们这边做的磷酸铁锂的方案偏多一点,所以我们这边都是针对磷酸铁锂的电池。这个预制舱的定义是全户外的方案,没有任何的建筑,全部是以舱体来进行的,这样可以提升整个工程的建设进度以及设备集成度。

二次设备这边主要是偏重于涉网的设备了,包括调峰调频、应急备用、辅助新能源并网等等都是在二次设备里面进行望山的。

对于舱体这边我们一般建议为整体采购,建议进行入厂监造以及厂内完全调试完。而且电池厂家是采用机架式安装,当时我们建议机架深度为700,但是不同的项目会有不同的差异。对于中间的检修通道有条件的情况还是建议造一点,现在目前大部分的储能电站还是有人值守的情况。

二次设备舱里面就可以传统的前接线前柜门结构,可以优化舱体的结构。对于电池舱的抗震,因为现在很多采用的是叠加的方案,如果在四川那边建议在抗震上多做点方案,针对性的提一些方案的优化设计。

我们对于电化学储能的布置方案主要分为全户外、半户外跟全户内。全户内的方案目前只是在理论上,因为全户内的方案相对来说消防风险会偏大一点。

第二个是信息标准化。因为通过工程里面也发现了大家对电池的采点以及各个电芯的大小是不一样的,如果对电芯的大小不能统一,我们可以对电芯每个采集的颗粒度要尽量保持一致,通过统一的管理来实现,因为现在国网要建设坚强智能电网与泛在电力物联网,所以电池相关的数据挖掘以及数据的应用也是后面要发展的方向,所以对于BMS厂家的要求会提的越来越高。

信息传输。在监控系统里面的信息传输会实现标准化,包括规约的使用。

电气设备模块化,下面的馈图是我们做非储能项目的预制舱的即插即用方案,如果说储能领域也可以做这些相关的信号的,因为现在所有的储能舱里面都是加装高清探头或者是气体传感器来实现分析的,如果实现这种航空插头是不是可以不实现不进舱的运维检修,对于后面的建设施工会更有优势一点,实现二次系统的信息包括BMS的即插即用。

这个是土建方面的,由于装配式围墙或者预制式的建筑对于整个工期以及标准化都有比较好的优势,它的价格也在逐渐的下降,所以说对于这个来说是比较好的一个方式。

智能化方面,对电池的监控尤其是温控必须具备智能告警。网侧的大部分还是无人值守,用户侧这边有些实现了无人值守,但是对于无人值守它的监控系统基本功能是不是具备,还是要进行站内简单的论证。

因为现在储能站的规模越来越大,已经不是2兆瓦、4兆瓦,可能是100兆瓦、200兆瓦这种大规模的储能电站,这样整个电池单元会非常庞大,对于电池的检修就是一个很关键的问题了,对于云平台的接入以及二维码标签,都是可以进行实时的检修的。

这个是消防,我们在镇江已经开始做了,把原来的辅控跟BMS的通道进行打通,可以实现统一的消防系统。

下面给各位领导汇报一下,因为现在好多领导比较关心三站合一,多站融合这个方面的设计,因为我们多站融合里面有一个必要的元素就是储能,不管是从什么类型的储能,一定是要把所有站内的直流系统给兼顾掉的,这是一个融合的必需的要素。因为三站合一还有一个要素就是数据中心,数据中心根据国家的设计标准,它是有不同的定位的,对它的空间可靠性也有不同的定位。现在对于用户侧比较多的是UPS储能的方案,但是前提是首先要区分数据中心的交流负荷还是直流负荷,对整个方案的设计都有相关的前提。

今天就给各位领导汇报到这里,谢谢。

(本文根据演讲录音整理,未经演讲人本人审核)

关键字:电化学储能

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