許繼電科陳世鋒：青海海西州多能互補(bǔ)集成示范項(xiàng)目50MW/100MWh儲能系統(tǒng)集成技術(shù)研究與實(shí)踐
許繼電科儲能技術(shù)有限公司 陳世鋒
聚焦“技術(shù)應(yīng)用雙創(chuàng)新，規(guī)模儲能新起點(diǎn)”，通過組織主題演講、展覽展示、創(chuàng)新大賽、專題研討、項(xiàng)目考察、新品發(fā)布、技術(shù)交流等多種活動(dòng)，多維度精準(zhǔn)對接全球儲能市場與應(yīng)用，助力中國儲能企業(yè)與國際接軌，為儲能企業(yè)搭建與政策制定者、規(guī)劃者、電網(wǎng)管理者、電力公司、能源服務(wù)商的交流互動(dòng)平臺。2019年5月18-20日，中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟、中國科學(xué)院工程熱物理研究所舉辦“ESIE2019儲能國際峰會暨展覽會”，許繼電科儲能技術(shù)有限公司陳世鋒在會上發(fā)言。
大家下午好！非常榮幸，也非常感謝曹總的邀請，能跟大家分享一下許繼集團(tuán)在去年做的兩個(gè)典型工程之一，也是我們下半年做的一個(gè)50MW，100MWh的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，跟大家分享一下。
本次匯報(bào)的提綱大概分為這五個(gè)方面：
一、許繼是國內(nèi)最早涉及儲能項(xiàng)目的幾家單位之一，我們從2010年真正開始有儲能項(xiàng)目的訂單，包括張北一期，張北二期，我們也做了2MW/3MWh的系統(tǒng)。2018年，許繼集團(tuán)承擔(dān)了兩個(gè)比較典型的項(xiàng)目，一個(gè)是大家都清楚的江蘇鎮(zhèn)江一期的101MW/202MWh的電網(wǎng)側(cè)儲能項(xiàng)目，我們主要承擔(dān)兩個(gè)站的建設(shè)項(xiàng)目。另外一個(gè)項(xiàng)目是今天所講的多能互補(bǔ)的示范工程，這個(gè)項(xiàng)目2018年12月份完成投運(yùn)，其中風(fēng)電40萬千瓦，光伏20萬千瓦，光熱是5萬千瓦，儲能5萬千瓦，從整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)來說，儲能主要還是解決光伏的并網(wǎng)的問題。
這個(gè)項(xiàng)目也是國家能源局首批多能互補(bǔ)的示范工程，也是第一個(gè)開建的科技創(chuàng)新工程，這個(gè)項(xiàng)目示范效益還是比較大的，因?yàn)樗悄壳白畲蟮囊粋€(gè)電源側(cè)集中式電化學(xué)儲能電站，也是國際上最大的虛擬同步及電化學(xué)儲能電站，世界上容量最大的“風(fēng)光熱儲調(diào)荷”虛擬同步機(jī)電化學(xué)儲能電站。這個(gè)項(xiàng)目的意義比較重大，這個(gè)項(xiàng)目在設(shè)計(jì)過程之中也有一些相應(yīng)的示范性的效果，我們在設(shè)計(jì)的時(shí)候采用模塊化的設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)。
二、簡單講一下儲能系統(tǒng)的技術(shù)路線。
青海的新能源發(fā)展是比較迅速的，新能源在整個(gè)電源系統(tǒng)里占比逐年增加，但是大規(guī)模的光伏集群的送出和消納是越來越迫切需要解決的一個(gè)問題，青海這邊棄風(fēng)棄光還是比較嚴(yán)重的。從整個(gè)項(xiàng)目的定位，包括儲能在整個(gè)項(xiàng)目中主要有四大功能：
第一，平滑新能源的波動(dòng)；
第二，跟蹤計(jì)劃曲線；
第三，削峰填谷，
第四，快速下滑控制策略。
主要實(shí)現(xiàn)這四大功能，在儲能容量配置的時(shí)候我們也做了一些研究，儲能實(shí)際上是解決新能源消納，尤其是光伏并網(wǎng)一系列的問題。所以我們針對青海省的光伏的波動(dòng)做了一些統(tǒng)計(jì)。一分鐘一個(gè)點(diǎn)，一天大概1440點(diǎn)，通過統(tǒng)計(jì)的分析來看，每10分鐘光伏的波動(dòng)率超過10%為一個(gè)預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)。不加儲能的話，每10分鐘波動(dòng)超過10%的概率大概在百分之九點(diǎn)幾，我們根據(jù)數(shù)據(jù)的分析分配配置30兆瓦，40兆瓦，50兆瓦功率的儲能，分別可以把每10分鐘的波動(dòng)率下降到3.5%，3%和2%。但是在從右下角的曲線可以看，我們功率配置到50兆瓦以上的時(shí)候，抑制的效果是趨于平緩的，通過圖的曲線大家可以看得出來。綜合考慮，在配置的時(shí)間是在一小時(shí)到三小時(shí)之間，實(shí)際上可以在大部分的時(shí)間段可以將光伏的波動(dòng)率抑制到10%以下，這是從功率的角度來說。
二，跟蹤計(jì)劃曲線。
儲能和光伏的聯(lián)合運(yùn)行，實(shí)際上可以讓光伏的出力可以媲美甚至超過常規(guī)電源的出力特性，使得光伏更具有可預(yù)測性，可調(diào)度性，還有可控性。
在沒有配置儲能的時(shí)候，這也是我們做的一個(gè)概率的偏差圖，實(shí)際上在偏差在10%以上的概率大概是9.1%，光伏發(fā)電實(shí)際出力偏差在20%的概率大概在3.5%，在30%以上的概率是1.5%，實(shí)際上沒有配置儲能的時(shí)候，光伏的跟蹤調(diào)度計(jì)劃曲線的能力是偏弱的。這是我們在50兆瓦的功力下配置不同容量儲能的時(shí)候?qū)嶋H出力跟概率偏差圖，第一個(gè)圖是我們配置一小時(shí)的儲能容量，實(shí)際上10分鐘大于10%的偏差，概率是在3.63%，比沒有配制儲能的百分之九點(diǎn)多下降很多，配置1.5小時(shí)的時(shí)候，大于10%的概率降到1.89%。配置2小時(shí)大于10%的偏差上大概1.21%，在配置2.5小時(shí)的時(shí)候，偏差大概是在1.2%，從這個(gè)趨勢來看，儲能的容量越多，實(shí)際上下降的空間也是能很好地輔助光伏跟蹤計(jì)劃曲線能力。但是在容量配置一定程度以后，控制偏差不是很明顯的。從前面儲能平滑功率波動(dòng)包括跟蹤調(diào)度曲線的功率來看，我們的配置的越多，抑制波動(dòng)率的效果越明顯，同樣容量配置越多，抑制效果也是越明顯的。
綜合考慮配置的功率越大，配置的成本越高，我們配置了50兆瓦，時(shí)間是兩小時(shí)，這樣可以在大部分的時(shí)間段能滿足我們儲能電站四大功能的應(yīng)用需求。前面主要講儲能容量的配置。
三、技術(shù)方案。
海西州多能互補(bǔ)示范工程，從整站的設(shè)計(jì)方式和江蘇的電網(wǎng)側(cè)儲能是類似的，采用模塊化的，集裝箱的設(shè)置方式。我們在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和執(zhí)行過程中，因?yàn)檫@個(gè)項(xiàng)目處于青海格爾木，因?yàn)楫?dāng)?shù)氐臍夂驐l件非常惡劣，當(dāng)時(shí)我們預(yù)想有四大問題：
1.集裝箱的整體運(yùn)輸和吊裝，從許昌發(fā)到格爾木大概1800公里，路途遙遠(yuǎn)，路沒有中原的路好，當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)的時(shí)候集裝箱采用整體運(yùn)輸，在場內(nèi)把所有的裝置裝置好以后調(diào)試完發(fā)送到現(xiàn)場，大大減少現(xiàn)場調(diào)試的時(shí)間。
2.因?yàn)樘幱诟吆０?，這是需要考慮的問題。
3.環(huán)境控制，青海溫差比較大，冬天的時(shí)候氣溫可以在零下20多度，甚至達(dá)到零下30多度，整個(gè)環(huán)境控制也是做了一些工作，從目前的運(yùn)行效果來看效果還是比較好的。整個(gè)集裝箱內(nèi)的環(huán)境溫度溫差控制在8度以內(nèi)，室溫和咱在江蘇包括中部地區(qū)做的可能稍微偏低一點(diǎn)，溫差可能在20度左右。
還有一個(gè)問題，在設(shè)計(jì)和現(xiàn)場運(yùn)行過程中一直在出現(xiàn)的問題，在上個(gè)月，也是剛解決，我們考慮到散熱和防風(fēng)沙這樣的問題。青海那邊，尤其格爾木風(fēng)沙比較大，我們在做的時(shí)候，因?yàn)樽兞髌骱碗姵匾惑w化不足，變流器需要散熱，如果我們把通風(fēng)口設(shè)置的很密的話，實(shí)際上可以隔絕一部分的風(fēng)沙，但是對整個(gè)環(huán)境的散熱是有一個(gè)大的問題。如果防風(fēng)沙的東西越稀的話，隔絕不了風(fēng)沙，對散熱效果比較好，這里面就存在著一個(gè)如何保證環(huán)境設(shè)計(jì)，還有防風(fēng)沙的問題，這個(gè)也是我們解決了很長時(shí)間，最后也是解決掉了。
這是一個(gè)集裝箱里1MW/2MWh的儲能單元，右邊這個(gè)圖是我們當(dāng)時(shí)集裝箱拍的實(shí)物照片，左邊是整個(gè)參數(shù)。
變流器在海西州采用4G并聯(lián)，可以節(jié)省占地面積，降低成本，整個(gè)效率最高可以達(dá)到98.5%，變流器目前的技術(shù)路線也有很多種，像我們通用的是500千瓦的規(guī)格，另外一種是采用模塊化的，50千瓦或者更小的規(guī)格，并聯(lián)組成一種。另外還有一種是采用高壓直掛的，許繼也在做相關(guān)的研究，不能說哪技術(shù)路線好或者壞，我覺得每種技術(shù)路線都有它適合應(yīng)用的一個(gè)場景。
這是電池箱的設(shè)計(jì)，我們采用260Ah，每一個(gè)電池箱是一并14串。這是電柜的設(shè)計(jì)，每一個(gè)電柜總共有16個(gè)電箱，總共228串串聯(lián)而成，電壓范圍大概在627-806V之間，左邊是參數(shù)。
另外，均衡性和一致性問題，也是在我們系統(tǒng)設(shè)計(jì)要重點(diǎn)考慮的一個(gè)問題，像我們在海西州一個(gè)集裝箱里面總共是2MWh，電芯的個(gè)數(shù)也是非常多的，如何保證每個(gè)電芯的一致性，這是我們系統(tǒng)設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮的一個(gè)問題，目前采用最多的還是主動(dòng)均衡，均衡電流可以達(dá)到5安，效率可以達(dá)到80%。這個(gè)是每一個(gè)最小單元，500兆瓦，1000瓦時(shí)的系統(tǒng)圖，這里面總共有6個(gè)電池柜，通過直流側(cè)并聯(lián)組成。
另外，監(jiān)控，海西州儲能占的容量比較大，當(dāng)時(shí)我們做五峰山的時(shí)候，24MW/48MWh，整站數(shù)據(jù)量達(dá)到將近50萬點(diǎn)，同理推海西州這個(gè)項(xiàng)目整個(gè)監(jiān)控的數(shù)據(jù)點(diǎn)可以達(dá)到100萬點(diǎn)以上，這是我們常規(guī)的監(jiān)控系統(tǒng)是無法滿足這樣的應(yīng)用需求的。所以在這個(gè)項(xiàng)目上我們也上了一個(gè)大數(shù)據(jù)的平臺，主要對電池進(jìn)行一個(gè)數(shù)據(jù)的存儲，包括管理。
能量管理技術(shù)，有幾個(gè)需要關(guān)注的，第一個(gè)百萬點(diǎn)的數(shù)據(jù)接入，第二個(gè)響應(yīng)時(shí)間和響應(yīng)精度，這里面我們采用關(guān)鍵的技術(shù)，可以把AGC跟蹤規(guī)律的誤差可以控制在5%以內(nèi)，電壓的控制誤差可以小于1%。我們布置了運(yùn)維的系統(tǒng)，江蘇的運(yùn)維第一年是由我們自己運(yùn)維，在運(yùn)維的過程中，畢竟我們也不是專業(yè)做電池，我們的運(yùn)維人員對整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)維可能有的時(shí)候只是做了一些比如說按調(diào)度要求進(jìn)行定時(shí)的充放電或者普通的檢修。但是這里面最關(guān)鍵的還是對電池的預(yù)警的信息。
我舉個(gè)例子，如果是某一個(gè)電池，可能他沒有達(dá)到他出現(xiàn)問題的時(shí)候，但是實(shí)際上電池的一致性，包括可能有些性能會出現(xiàn)一些降低，但是很多的時(shí)候可能通過人的巡檢是發(fā)現(xiàn)不了的。我們?nèi)绾伟央姵氐乃械男畔?，通過大數(shù)據(jù)的技術(shù)，把電池能提前對電池進(jìn)行預(yù)警，一方面可以指導(dǎo)我們的調(diào)度或者控制系統(tǒng)去針對不同的電池的特性做一些控制策略的優(yōu)化。另外一方面，可以跟我們的控制系統(tǒng)提出或者是跟我們的運(yùn)維人員提出，這個(gè)電池可能需要運(yùn)維了，比如需要補(bǔ)電，或者需要進(jìn)行維修，很多事情通過人是實(shí)現(xiàn)不了的。許繼集團(tuán)也在做基于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)電池儲能系統(tǒng)的預(yù)警和運(yùn)維。最終要實(shí)現(xiàn)整個(gè)電站無人值守或者少人值守的目標(biāo)。
這是在海西州監(jiān)控的一個(gè)圖片，右下角是當(dāng)時(shí)我們在場內(nèi)搭建百萬點(diǎn)數(shù)據(jù)平臺的場內(nèi)連條的圖片。這是整個(gè)集裝箱，就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的集裝箱，將變流器和電池都放在里面了，整個(gè)集裝箱的利用率還是比較高的。
最后一點(diǎn)，我想講一下安全，因?yàn)閺娜ツ觊_始，包括今年，很多協(xié)會里面也都提到一個(gè)儲能的安全問題，我覺得安全，從去年包括韓國和國內(nèi)可能出現(xiàn)一些安全事故，應(yīng)該對我們整個(gè)行業(yè)來說不是一個(gè)壞事，通過這件事情的突發(fā)，可能引起行業(yè)內(nèi)的所有人，包括包括電池廠家，系統(tǒng)集成廠家的重視，因?yàn)榘踩膯栴}不僅僅是電池廠家一家的問題，我覺得這個(gè)問題應(yīng)該是一個(gè)系統(tǒng)的問題，如何把安全從設(shè)計(jì)到預(yù)防，到最終的消防貫穿整個(gè)流程里面去？才能達(dá)到真正的安全。
這是我們?nèi)ツ曜鐾陜蓚€(gè)典型的項(xiàng)目以后，總結(jié)出來安全設(shè)計(jì)的原則，也不算是原則，是我們的一些新法跟大家分享一下。
首先，我覺得電池的安全首先從電池的選型包括電池設(shè)計(jì)開始，我們針對不同的應(yīng)用要選擇不同類型的電池，相當(dāng)于從源頭上要控制電池的質(zhì)量問題。
第二個(gè)，集裝箱的設(shè)計(jì)，包括環(huán)境設(shè)計(jì)，包括應(yīng)力設(shè)計(jì)，包括整個(gè)集裝箱里面電池的一致性設(shè)計(jì)。
第三個(gè)，預(yù)警和聯(lián)動(dòng)，包括電池的預(yù)警，我們可以基于大數(shù)據(jù)的分析提前將短版電池發(fā)現(xiàn)，提前預(yù)警，預(yù)警以后和我們的PCS和EMS進(jìn)行消防的聯(lián)動(dòng)，保證這個(gè)電池在出問題的時(shí)候能完全的脫離。
第四個(gè)，滅火系統(tǒng)，消防這一塊從去年開始，國內(nèi)也有很多院所正在研究，包括江蘇這邊已經(jīng)研究了一些消防的事情，包括中國電科院和中國科技大學(xué)也都在做這樣的設(shè)計(jì)。
滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有四個(gè)方面需要注意一下：
第一，精確的定位，在一個(gè)集裝箱里面不可能是所有的電池都出現(xiàn)問題，總會存在一個(gè)短版，我們?nèi)绾伟堰@個(gè)短版的電芯找出來，盡快的把它隔離掉，防止事故的擴(kuò)大，這個(gè)需要我們重點(diǎn)注意。
第二，滅火介質(zhì)的選擇，不管是什么都有它可用的方面，我們?nèi)绾螌缁鸾橘|(zhì)的選擇，還要充分的實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證。
第三，快速的響應(yīng)，當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)問題已經(jīng)定位好了，我們需要消防系統(tǒng)，需要我們的聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)快速做出響應(yīng)。
第四個(gè)，最關(guān)鍵的，我們即使把明火撲掉了，電池還存在二次復(fù)燃的問題，所以抑制復(fù)燃也是需要我們重點(diǎn)關(guān)注的。這是我們總結(jié)的，不一定對，安全是一個(gè)全球性的問題，也是比較難的問題，我覺得大家可以一起探討。
這是我們當(dāng)時(shí)在選擇海西州項(xiàng)目電池的選擇，當(dāng)然這個(gè)主要針對寧德時(shí)代的。首先單體電池必須要通過新國標(biāo)安全的認(rèn)證，認(rèn)證肯定是要通過的。
第二，電池模組，主要是一些限速和強(qiáng)度，包括里面的熱設(shè)計(jì)的要求。另外，我們在設(shè)計(jì)的時(shí)候也要預(yù)留一些我們對應(yīng)消防的接口。
這是電池柜的設(shè)計(jì)，主要是強(qiáng)度還有熱設(shè)計(jì)這一塊，時(shí)間原因不展開說了。下面是集裝箱的設(shè)計(jì)，這里面要整體運(yùn)輸，實(shí)際上在里面應(yīng)力的設(shè)計(jì)，包括機(jī)械的仿真也是比較重要的。另外箱體的防爆設(shè)施，防爆門、防爆的開關(guān)、防爆的工具，防止集裝箱出現(xiàn)一些問題。另外在集裝箱里面建議設(shè)置一些吸壓口，如果電池在失效的過程中會釋放一些氣體出來，如果氣體釋放到一定的程度有可能造成集裝箱的爆炸，所以這里面也要設(shè)置一些吸壓口。這是整個(gè)集裝箱的熱設(shè)計(jì)，大家都比較清楚了，熱設(shè)計(jì)環(huán)境控制也是比較重要的。
下面是預(yù)警，實(shí)際上預(yù)警不光是BMS自己的問題，BMS最先能得到電池的信息，但是預(yù)警包括斷開是BMS、PCS還有EMS是聯(lián)合聯(lián)動(dòng)的情況。這是聯(lián)動(dòng)，電池BMS、PCS和EMS如何進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。下面還有一些輔控的設(shè)計(jì)方面，這里面也是借用江蘇這邊的成果，實(shí)際上在電池燃燒的時(shí)候也會有一些其他的氣體吸出。我們大家可能關(guān)注電量數(shù)據(jù)監(jiān)測的比較多，但是對非電量數(shù)據(jù)的監(jiān)測，包括預(yù)警可能會少一點(diǎn)，我建議也會增加一些非電量數(shù)據(jù)的采集。這是整個(gè)消防預(yù)警這塊，大家看一下。
另外，最好能做到定向的精準(zhǔn)滅火，當(dāng)然這里面可能會增加很多的成本，我們最近也在做一件事情，和中國電科院一起聯(lián)合做一些電池的整個(gè)集裝箱的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)這一塊。上次跟他們交流的時(shí)候也提到過這個(gè)問題，同樣的我們在安全設(shè)計(jì)上花了很多的精力，不管從最開始的設(shè)計(jì)，電池的選型，到成組到模組到最后的消防，如果沒有形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)或者一個(gè)規(guī)范的話，有可能在市場上會存在不平等的競爭。如果是我們要做到定向精準(zhǔn)的滅火或者定向精準(zhǔn)的檢測，意味著我們在成本上會投入很多。
實(shí)際上到目前為止，消防的標(biāo)準(zhǔn)，包括安全的標(biāo)準(zhǔn)目前還是沒有的，我們也想在這里呼吁一下，盡快出臺一些消防相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，讓儲能更安全，更有效。我們在系統(tǒng)集成的過程中也更有設(shè)計(jì)的依據(jù)。
下面是典型案例，這是我們做的一些工程，張北一期，包括張北二期梯次利用的。這個(gè)梯次利用是我們自己有一個(gè)梯次利用的分選項(xiàng)，自己分選，重組，然后進(jìn)行集成。
第三個(gè)是我們做的虛擬同步機(jī)的工程，也在張北張家口，這是海西州的這個(gè)項(xiàng)目的，這是在鎮(zhèn)江做的電網(wǎng)側(cè)儲能。這個(gè)當(dāng)時(shí)是做的AGC測試的曲線，這是南網(wǎng)的一個(gè)微網(wǎng)的項(xiàng)目。
我要講的大概就是這些，謝謝大家！
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