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周锡卫:大规模蓄电池储能系统集成技术与实践

2019-8-13 11:11| 发布者: admin| 查看: 3970| 评论: 0

摘要: 8月9—10日,由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司、西安北大科技园、中国科学院电工研究所储能技术组、深圳市科陆电子科技股份有限公司等单位联合主办“第二届全国 ...

8月9—10日,由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司、西安北大科技园、中国科学院电工研究所储能技术组、深圳市科陆电子科技股份有限公司等单位联合主办“第二届全国发电侧储能技术与应用高层研讨会”在陕西西安金磐酒店举行。来自政府主管部门、能源监管部门、行业专家、设计院、新能源发电业主单位、电力公司、系统集成商、项目承包商、投融资机构等单位的260余位嘉宾出席了本次研讨会。

组委会邀请到国家能源分布式能源技术研发中心特聘研究员周锡卫就“大规模蓄电池储能系统集成技术与实践”发表主题演讲,以下为其主要报告内容。

周锡卫

各位同仁,各位朋友,中午好!

今天我跟大家分享的木是大规模储能系统集成和实践方面的话题。大规模储能有很多形式,包括压缩空间等等。我重点谈电化学储能,特别是蓄电池储能。从五个方面,重点跟大家交流业界比较关心的问题和我们在实践中的体会。

第一个是大规模储能电池系统的构成特点。前几位都讲到,有的讲的比我还要细,在这几个方面我只是区分了一下,哪一块属于管理部分和哪一些是设备的相关性。BMS和EMS在储能单元考虑到哪些与设备的相关特点,这个PPT是给大家,所以我就不展开了。

大规模储能系统的设计上关注的是顶层设计,我看了一下会议提供的资料,我特别关心系统集成以后的效果,我看到厂家提供的宣传册有一些系统运行效果图跟实际情况不一致,建议有一些厂家把图要改一改,这几个曲线配比跟现场运行实际情况不太一样,按此进行顶层设计考虑系统构成的时候会有一些错误。

从顶层设计,首先我们关心的是目标,到底做这件事情的目标是什么?都有哪一些问题?把这些找出来才有针对性的方法和适应性的技术,这些都有了之后还要做仿真,推演一下可性性,最后再实施它。

我用了一个电厂的例子,电厂调频和发电、AGC调度曲线的关系,按照这样的曲线可以找到平衡点,这个平衡点就是配比系统构架功率到底有多少,储能容量到底应该放多少才比较合适。要做到具体分析,有取有舍,在此基础上考虑选型的问题。

对于储能项目大家都说发电侧、电网侧、用户侧,我有一点不同观点,储能系统在电网上要分两个层面:一个层面是技术层面,一个层面是商业模式层面。从技术层面来讲电网的储能系统是一样,不存在电网侧、发电侧区分,都要受调度调控;与商业模式上和商业运行上不同,你在电源侧的时候可能要跟电源方配合得到商业模式,你的定价从那里来,如果在电网侧,是赚辅助服务还是安全、备用等赚什么费用?在这两个层面上应该有所区分。

选型的问题是系统集成里面非常重要的问题,在选型过程中主要考虑两个方面:一个是做可研的时候尽量考虑设备性能,包括性价比。但是真正购买及组成系统的时候要看设备能力,最后的效果。有三个重点,是安全性和经济性,还有监控时候的有效性。功能上也有受系统控制的可控性及相应时间问题,整体系统重点考虑是时效性和运行保证。

这个地方我要讲一下,我们很多招标过程中有一些是厂家报上来的,或者我们要求的指标不是很客观,有一些项目指标根本没有必要要,也是通通加上去,里面指标越来越多,越来越高。同样一个厂家,同样一个型号,4400循环周期,它可以报。另外一个地方招标6000次还是这一款,还是可以报。现在有的招标到8000次,有些人还是要报,实际上厂家的材料和产品没有那么快性能提升。这个照片,做大规模的时候会拆解一两个PACK,拆下来的时候有一个问题,这里面的电芯掺杂的是次品,大家觉得动力电池放在汽车上要求高,放在汽车上的动力电池达不到要求,或者觉得有问题的,就把它移到储能上来,图片上的产品是储能系统做一致性检测的时候发现一致性不好就拆开了,上面灌了一些胶,明显是拆下来,再进行装配的。

在我们大量实践中,我认为汽车动力电池规模比较小,温度环境控制措施比较好,而且充放电深度要求没有那么高,这个意义上来说对电池要求相对来讲没有那么高。相对的概念是相对大规模储能,如果是要调峰一定要靠充放电的深度赚钱,如果浅充浅放就没有钱赚。放电开始和充电最后的时段两边一致性偏差很大,中间比较平稳,在两端地方使用它很容易出问题。大规模储能一直要用满充满放,而且环境条件及控制也差一些,这样对电池的要求会更高,千万不能有误区。照片产品这样的厂家在走下坡路,对业界也是负面影响,如果一个电池出来问题了,整个系统也会有影响,这一家原来是很有名的企业,今年在排名已经找不到了。

技术上有两方面的技术:一个是通用基础技术。它有一些基本功能,大多数厂家都可以达到,储能系统里面还有核心技术,其中四个是比较重要的,一个BMS,你能不能真正管住哪一个损伤的电芯这是核心技术。第二个是EMS,在大规模储能里面,这么多的储能单元如何管理的好,这是个核心。第三个是以前不太重视的,就是环境控制技术,环境控制技术实际上是非常重要的核心技术。现在非常重视的是消防,大多做成了集装箱储能单元,想方设法监测燃爆早期发现,再设法灭火;能否能够从预防上管住,这是核心技术之一。我们长期从这些方面做了一些工作,一会儿讲一下这个问题。

系统架构也不可缺少,到底你这个系统架构怎么样,影响到系统最终效果。我们考虑系统架构一定要柔性化,要做到单元之间动态调配及系统可以重组,这样可以实现动态维护。

我们讲BMS,现在BMS有一个比较大的问题,前面有人也提到了,很多BMS用专用芯片,专用芯片大部分原来用在汽车上的,它对电芯检测不是温度和电压同时检测,前面有人分析了电芯燃爆过程,温度变化是非常重要的指标,前面讲了电池管理的时候,比较强调SOC和SOH,这个指标确实是比较重要的,但是目前没有标准和准确性不易把控,不同环境下的修正是没有好的方法的,BMS产品做出来是基本上一样的东西,不同场景下面算法应该有所调整。

原来BMS最大问题在于造价比较高,把几个电芯并在一起做一个检测点,在座都是跟电有关系的,搞电的都知道,并接的多个电池参数采回来是一样的,其中有一个偏高、偏低测不出来,只有同时偏低或者偏高才能测出来。其中一个比较差的电池隐含在里面,不能找到。BMS之初设计的时候是找出那个最差电池进行管控,因为成本问题,四个并接就变成四分之一的成本了,这个带来很大的隐患。 我们在720兆瓦时上采取全电芯监测,小组串均衡,双路径管控,这个不展开了。

双路径,以前BMS都是一个通信路径,是循环采电芯,采完以后到BAM再到BSM,分三各层级,这样时间是比较慢的,不能在坏损的电芯燃爆之前时间区间进行处理,我们在第一级检测的时候增加设立一个硬件的驱动信号路径,超过设定的温度或超过它的设定电压值会直接驱动并把这个小组串跳开,就避免了风险进一步发展。现在做集装箱安全很有必要,我认为重点应该放在避免事故发生,其次才是防止灾害扩大化;而不是目标定为解决燃爆是否监测出来,无论用什么检测方式,检测气体也好,检测冒烟也好,检测火情也好都是锂电池燃烧之后,真正要解决它更好的措施是不让它燃起来,这是我们在大规模项目上的方式。

讲一下大规模蓄电池720MWH,一共分了8个子系统,两个比较大的都是60兆瓦/240兆瓦时单体系统,最主要的特点有分散安装、集中控制,有8个子系统即可以单独控制,又可以在一个区域里面统一进行调节。新能源电力波动变化,对电网来讲调频、调峰也好,新能源的变化,对于一个站特别是一个单元系统来讲变化很大,但是对于区域里面的电网来讲变化就没有那么大了。但是它在一些不同接入点和地方,会有比较大的变化调节需求,这个时候网域统调的概念在里面,现在也有人称作共享的概念在区域里面进行协调。

项目的特点,在现行政策下想办法助力电网的电力灵活性调节,降低弃电,在这里面找到你的商业模式。统计数据光伏弃电有5个小时区间可以做削峰填谷,一年里面一充一放每天一次得不到商业回报希望值,我们和风和光统一做了调节,这样再加上辅助服务的政策就有机会综合效率提升,平均在7年到8年收回投资来,因为整体成本,一直到330接入在160万/MWH,比现有其他要低一些,其商业模式主要从这里面来。

这个项目和西北设计院合作,他们做了可研,合作做了一些整体设计,上海仪电集团控股的中能智慧公司投资,设备选型中做过大量筛选,其中上海宝准、科华、易事特、科陆的PCS用在项目上,对此我们最主要考虑适用性和多机并联的一致性以及四象限受控和相应特性,还有无功能力的考量,时间关系其他不多讲,谢谢大家。


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