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謝珍建:電網側儲能應用實踐及展望

作者:中國儲能網新聞中心 來源:中國儲能網 發布時間:2019-05-23 瀏覽:次
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178时时彩计划群 www.rhnbd.icu 中國儲能網訊:4月24-26日,由中國化學與物理電源行業協會儲能應用分會主辦的第九屆中國國際儲能大會在浙江省杭州市洲際酒店召開。在4月26日上午的“儲能電站與技術應用(四)“專場,江蘇電機工程學會儲能專委會秘書謝珍建在會上分享了主題報告《電網側儲能應用實踐及展望》,以下為演講實錄:

謝珍建:各位嘉賓,上午好!下面我講一講電網側儲能電站的實踐應用。去年鎮江電網側儲能取得了一定的成果,在鎮江儲能的基礎之上,我們最近也做了一些工作,今天把前面做的一些工作跟大家做一個交流和分享。

當前,儲能在電網的應用側重引領,江蘇儲能在電力領域應用走的還是比較快的,在這個基礎之上,為了更好的去推動我們儲能的一些應用和實踐,在江蘇電機工程學會的指導下成立了儲能專業專委會,希望以這樣一個平臺來推動我們不管是電網側還是電源側、用戶側的儲能更廣泛應用。

下面正式開始我的分享,第一部分,介紹一下電網側儲能的應用背景。

在江蘇電網應用儲能,著重契合于自身的發展。這兩年江蘇推進能源變革,推動蘇州建設能源變革典范城市,對江蘇電網來講最大的變化是什么呢?是不管是在電源側、還是在我們的用電側,能源生產和消費都在向清潔低碳轉型。在這樣一個能源轉型的背景下,對電力系統來講,其實就有很大的清潔電力的消化壓力,在電力系統轉型的過程當中,存在運行安全、能效提升的迫切需求,儲能在這個里面可以更好的發揮作用。

儲能為什么在這個時間點開始推廣應用?儲能發展了很多年,從2010年之前就開始在研究。但實際上,最關鍵的成本問題,儲能要在電力系統里應用的問題,成本只有低到了一定階段才具備商業化的可能,電網里面用的時候也是一樣的,在這樣的背景下他能否替代我們傳統的一些電力設施來保證和優化我們電網的發展,儲能的成本下降給我們在電網側的應用創造了條件。從產業鏈來講,無關是從國家五部委還是江蘇省能源局,其實都有產業推動的一些需要,也印發了大量的政策措施來推動,主要標志還是2017年國家能源局的文件推動。從江蘇電力公司來講,從我們建設電網主要是服務于電網安全,目前我們已經做了一個大規模源、網、荷的友好互動系統,但是友好互動系統的資源在哪里?以前我們在用戶上面去找,這個經濟可用的用戶側資源其實是有限的,而且比較分散,在此基礎之上需要通過儲能來對可調控資源進行補充。通過儲能的應用,可以提升我們電網的瞬時、短時和時段三個能力,來提高電力系統的安全水平。同時,為推動儲能的應用,江蘇公司內部充分調動資源,協調公司相關部門按照職責分工都來參與儲能應用的研究。

第二部分,鎮江電網側儲能的實踐。這個部分我們簡單回顧一下。

鎮江儲能在應用的時候他的驅動力,主要是當時鎮江東部分區供電能力不足,需要快速的形成供電能力,需要采用電儲能的這種比較靈活、比較快速布局的這樣一種方式。為了解決供電能力的問題,在選型時,要求儲能能夠跟負荷特性的用電曲線匹配,能夠通過他的削峰填谷的作用減少我們斷面輸電的瓶頸,分析后采用的兩個小時系統。從儲能電站設備選型來說,主要包括采用磷酸鐵鋰電池、預制倉布置方案,采用單母線分段接線,主要一二次設備放入預制倉等等。

那么鎮江儲能應用后發揮的作用怎么樣呢?儲能在鎮江電網應用,要服務于電網安全,首先是要把它放在源、網、荷系統里面,快速的響應。源、網、荷系統的功能主要是響應特高壓直流發生故障,發生故障以后電網頻率快速的會跌落到最低點,這個時間可能就十幾秒鐘,在十幾秒鐘里面出現的巨大功率缺額能夠及時調用的資源有限。儲能的響應時間效果,大家看右邊這張圖,能夠在60毫秒以內,就能夠實現滿充到滿放的轉換。從整個儲能電站來講,實際測試發現,在100毫秒以內,整個站就能夠實現從充電到放電的轉換。接入到源、網、荷、儲系統以后,因為要從主站指令,再加上通信的這樣一些延時,整個系統的響應時間在350毫秒,這個響應速度對系統的頻率支撐就非常有效了。(PPT)左邊這張圖是一個儲能參與緊急控制系統的架構,整體來講儲能是作為整個源、網、荷、儲系統很重要的資源。

再來看看儲能在頂峰運行方式下的作用。剛才講到鎮江儲能建設是因為供電能力不足,就是說在用電高峰的時段能不能把最大用電時關鍵斷面的潮流降下來。右邊這張圖展示的就是儲能尖峰時段的頂峰效果,從儲能開始放電到儲能放電結束,受電曲線的發生了變化。上面藍色的實際上是實際的用電曲線,下面那個是考慮儲能以后用電的曲線,相當于是在尖峰時段用電出現了減少。鎮江的儲能是分布式布置方式,所以從調控來講,需要把這些分布的儲能要進行聚合,把不同功率、不同狀態的儲能進行統一調控,跟我們斷面的約束要進行關聯,來實現快速的功率控制,以上是在夏季高峰時段運行的一個方式。

夏季高峰以后,其他的時段怎么運行呢。電網側儲能的運行設了優先級,第一級,就是前面介紹過的,納入到源、網、荷、儲事故應急響應,這個是最快的,也是優先級最高的。第二級,就是一次調頻,就是說電網在響應頻率下降的時候,電網本身的一次調頻能力不足,通過儲能電站來響應一次調頻的功能,這個作用對電網的支撐是非常有效的。在之后才是納入我們的AGC,通過儲能電站參與電網的頻率調節以后,讓他響應ACE的信號進行控制,對我們CPS指標的考核其實是非常有好處的。下面做了一些CPS指標的對比,效果是比較明顯的。

關于一次調頻效果,有一個案例,上半年核電機組發生故障損失百萬千瓦機組,系統的頻率就快速的下降,右邊那張圖做了一個對照,上面那個功率上升的比較快的就是儲能電站的響應曲線,頻率下來之后儲能電站很快的就響應起來了。下面那兩張對比的曲線,實際上是常規火電廠的出力響應曲線,可以看得出來火電廠的響應曲線和儲能電站的響應曲線差異比較大,儲能的響應速度比較快,能夠快速的達到額定功率。

儲能電站參與調壓的情況。右邊那張圖上面可以看得出來,因為鎮江儲能電站是裝了SVG的,該站的SVG響應是在兩個兆乏以內,這個范圍之內是優先用SVG來響應的,但是在這個范圍之外的響應,就是通過PCS,可以看到PCS的響應速度其實也是很快的。左邊那個是響應的效果,就是考慮了儲能以后對整個站的電壓控制。

從鎮江儲能電站實踐看,設計和功能應用方面仍然存在的一些問題,電站投運以后,又詳細地進行了后評價、評估。整體上,還有很多方面需要去提升,比如說從占地來講,101兆瓦占地33.7畝,基本上每千瓦200多個平方,第二個是功率密度,當時選的是1兆瓦/2兆瓦時的艙,可不可以再優化、和標準化。第三是安全性,電網側應用的時候怎么考慮和提高安全性。第四個是電池選型,特別是電芯,選型很多,有大有小、有多有少,也是不統一。

第三個部分,在鎮江儲能電站基礎上的優化升級。

在鎮江儲能電站實踐的基礎上,通過總結在調試、運行階段存在的問題,提出了優化方案。編制《儲能電站關鍵設備技術規范》,這個《規范》就是針對一些關鍵設備,主要是變流器、儲能電池、監控系統等等進行規范,確保儲能電站與電網協調運行?;貢嘀屏恕督帳〉繽⒛艿繒灸?榛湫蛻杓品槳浮?,希望通過??榛納杓?,在新的儲能電站可以更簡單、快速的應用。對電站進行優化升級,主要提升三個方面:綜合性能、選型標準、優化設計。編制的技術規范書,通過了外部專家評審,典型方案則根據工程規模、應用形式,分別設計典型應用方案。典型設計包括了八個方案,按照儲能電站功率包括了1萬、2萬、4萬和10萬千瓦,配電裝置形式有戶外的、有半戶內的,設置這樣的??榛舊夏芄宦憒蟛糠止こ探ㄉ璧男枰?。

優化以后的儲能電站,重點實現以下幾個方面的特色。

一是更安全。

關于儲能電站安全考慮,儲能電站一定會出事,不是今天、就是明天,關鍵如何減少事故的概率,在出事后怎么控制更小的范圍,一方面是對艙的規模大小進行控制,同時出了事以后不要波及更大的范圍。儲能電站的安全理念就是,預防為主、防消結合。這個安全防護體系的核心是構建了三級防護系統:第一級是在電池艙,要在電池艙里面要增加一些事故過程中典型氣體的探測,將氣體的探測結果跟消防系統進行聯動,當發生事故的時候消防系統就要進行關聯響應。同時要從電池艙的設計上面進行有效控制,還要電池倉接入自動安全消防系統。第二級,是在站區內部劃分成不同的單元,大單元、中單元、小單元,鎮江東部儲能電站電池艙之間通過3米的道路隔離,優化后每兩個電池艙中間是防火隔離墻,把電池艙并起來,這是小單元。鎮江東部儲能電站的PCS艙,是就地布置在空地上的,優化后放到建筑物里去,可以優化PCS運行的環境,同時也能夠起到安全隔離的作用,這是中單元。多個電池艙中分區,大概4萬到5萬千瓦的規模,組成一個大單元,大單元之間是通過道路的隔離。第三級,就是事故發展到最后,用水消防作為最后一道防線,事故進展到最后單個艙就放棄了,相用移動式的冷卻水系統來實現降溫,減小事故損失。

二是更省地。

從PCS來講,PCS的標準化產品主要的幾個規格,鎮江東部主要采用500千瓦的,調研發現500千瓦和630千瓦,從設備來講都是比較成熟的,價格也差不多,電網企業想用的、想要的東西是功率的快速響應,所以PCS功率選擇時從500千瓦提高到630千瓦對電網更有利。從電池艙來講,單艙到底放多少的電池?這里面一方面涉及到可承受的損失大小,參考電網設備,一個艙的損失價值在三四百萬元,相對來講是比較合理的。另一方面,要提高單艙的能量密度,還涉及到電池的能量密度,與電芯的大小也很有關系,通過調研各個廠家發現,在艙里面放2.2兆瓦時,艙體布局上比較合理,對電池的要求,特別是對電芯的容量大小也提出了要求,大部分廠家基本能夠滿足。對PCS接線來講,選了大容量的變流器以后,同時要把變流器并列運行,鎮江儲能電站有兩種方式,一種是變流器并列運行的,還有一種通過分列變壓器接入的,可以減少變壓器的數量,優化后都把變流器都并列起來可以節約場地和投資。對變電站布置來講,升壓變和PCS成排對稱布置方式,可以減少占地面積,也讓儲能站更美觀。

三是更節能。

鎮江電網側儲能電站綜合效率一般在85%,電池充放效率在90%以上,其它主要是工業空調、儲能輔助系統用能損耗,節能的關鍵是在輔助設施上減少電能損耗,一些關鍵設備的選型進行優化。

四是更先進。

電池的電芯容量適當擴大,在減少電池數量的同時提高安全。在電池??槌勺櫚氖焙?,預留一定的空隙,可以作為消防的管道。對電池健康狀態進行預警,具備測量或計算電池內阻的功能,分析電池內阻變化趨勢。提升預制艙性能,能夠適應儲能電池運行的環境。PCS系統采用并聯接入方式,監控系統就地布局,對所有PCS都接入源、網、荷系統。

五是更利于運維。

電池艙的寬度提升到2米8,把通道的運維寬度到了1米以上,這樣運維可以更靈活。儲能電站配置就地監控系統,方便運維。PCS、升壓匯流站布局在戶內,減少天氣影響。低壓側設置一些環網柜,提升運維安全性。

最后,第四部分講一下電網側儲能研究展望。

政策方面,儲能在電網側應用,是否進輸配電價,關系到未來再電網側應用的前景,我們認為,主要功能是服務于電網安全的電網側儲能,需要爭取進輸配電價,也是比較合適的。

新型儲能技術路線方面,什么技術路線對電網側儲能應用場景更有益?比如飛輪儲能、全釩液流等其它儲能技術路線的應用,未來儲能電池需要結合技術經濟特性,采用多種技術路線,而不僅局限于當前鋰電。

在新型應用場景方面,目前儲能電站更多的是接入變電站的中低壓側,側重在10kV及以上電網。未來會不會引申到配電網的內部,同時優化儲能同時兼顧大電網和配電網需求,將大電網和配電網聯合起來優化,這樣儲能電站在配電網應用的時候就有了新的場景,包括在微電網應用場景。

當前電網側儲能主要考慮儲能電站與變電站結合,未來可以進一步豐富,探索變電站+儲能+數據中心等其它模式。電網側儲能電站的投資方式包括電網公司投資,也包括由各個相關的市場主體來投資建設,關鍵是儲能應用的主要功能是保證電網安全,符合電網發展的方向。

我的匯報就到這里。謝謝大家!

關鍵字:儲能大會

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