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谢珍建:电网侧储能应用实践及展望

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国储能网 发布时间:2019-05-23 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26日上午的“储能电站与技术应用(四)“专场,江苏电机工程学会储能专委会秘书谢珍建在会上分享了主题报告《电网侧储能应用实践及展望》,以下为演讲实录:

谢珍建:各位嘉宾,上午好!下面我讲一讲电网侧储能电站的实践应用。去年镇江电网侧储能取得了一定的成果,在镇江储能的基础之上,我们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个交流和分享。

当前,储能在电网的应用侧重引领,江苏储能在电力领域应用走的还是比较快的,在这个基础之上,为了更好的去推动我们储能的一些应用和实践,在江苏电机工程学会的指导下成立了储能专业专委会,希望以这样一个平台来推动我们不管是电网侧还是电源侧、用户侧的储能更广泛应用。

下面正式开始我的分享,第一部分,介绍一下电网侧储能的应用背景。

在江苏电网应用储能,着重契合于自身的发展。这两年江苏推进能源变革,推动苏州建设能源变革典范城市,对江苏电网来讲最大的变化是什么呢?是不管是在电源侧、还是在我们的用电侧,能源生产和消费都在向清洁低碳转型。在这样一个能源转型的背景下,对电力系统来讲,其实就有很大的清洁电力的消化压力,在电力系统转型的过程当中,存在运行安全、能效提升的迫切需求,储能在这个里面可以更好的发挥作用。

储能为什么在这个时间点开始推广应用?储能发展了很多年,从2010年之前就开始在研究。但实际上,最关键的成本问题,储能要在电力系统里应用的问题,成本只有低到了一定阶段才具备商业化的可能,电网里面用的时候也是一样的,在这样的背景下他能否替代我们传统的一些电力设施来保证和优化我们电网的发展,储能的成本下降给我们在电网侧的应用创造了条件。从产业链来讲,无关是从国家五部委还是江苏省能源局,其实都有产业推动的一些需要,也印发了大量的政策措施来推动,主要标志还是2017年国家能源局的文件推动。从江苏电力公司来讲,从我们建设电网主要是服务于电网安全,目前我们已经做了一个大规模源、网、荷的友好互动系统,但是友好互动系统的资源在哪里?以前我们在用户上面去找,这个经济可用的用户侧资源其实是有限的,而且比较分散,在此基础之上需要通过储能来对可调控资源进行补充。通过储能的应用,可以提升我们电网的瞬时、短时和时段三个能力,来提高电力系统的安全水平。同时,为推动储能的应用,江苏公司内部充分调动资源,协调公司相关部门按照职责分工都来参与储能应用的研究。

第二部分,镇江电网侧储能的实践。这个部分我们简单回顾一下。

镇江储能在应用的时候他的驱动力,主要是当时镇江东部分区供电能力不足,需要快速的形成供电能力,需要采用电储能的这种比较灵活、比较快速布局的这样一种方式。为了解决供电能力的问题,在选型时,要求储能能够跟负荷特性的用电曲线匹配,能够通过他的削峰填谷的作用减少我们断面输电的瓶颈,分析后采用的两个小时系统。从储能电站设备选型来说,主要包括采用磷酸铁锂电池、预制仓布置方案,采用单母线分段接线,主要一二次设备放入预制仓等等。

那么镇江储能应用后发挥的作用怎么样呢?储能在镇江电网应用,要服务于电网安全,首先是要把它放在源、网、荷系统里面,快速的响应。源、网、荷系统的功能主要是响应特高压直流发生故障,发生故障以后电网频率快速的会跌落到最低点,这个时间可能就十几秒钟,在十几秒钟里面出现的巨大功率缺额能够及时调用的资源有限。储能的响应时间效果,大家看右边这张图,能够在60毫秒以内,就能够实现满充到满放的转换。从整个储能电站来讲,实际测试发现,在100毫秒以内,整个站就能够实现从充电到放电的转换。接入到源、网、荷、储系统以后,因为要从主站指令,再加上通信的这样一些延时,整个系统的响应时间在350毫秒,这个响应速度对系统的频率支撑就非常有效了。(PPT)左边这张图是一个储能参与紧急控制系统的架构,整体来讲储能是作为整个源、网、荷、储系统很重要的资源。

再来看看储能在顶峰运行方式下的作用。刚才讲到镇江储能建设是因为供电能力不足,就是说在用电高峰的时段能不能把最大用电时关键断面的潮流降下来。右边这张图展示的就是储能尖峰时段的顶峰效果,从储能开始放电到储能放电结束,受电曲线的发生了变化。上面蓝色的实际上是实际的用电曲线,下面那个是考虑储能以后用电的曲线,相当于是在尖峰时段用电出现了减少。镇江的储能是分布式布置方式,所以从调控来讲,需要把这些分布的储能要进行聚合,把不同功率、不同状态的储能进行统一调控,跟我们断面的约束要进行关联,来实现快速的功率控制,以上是在夏季高峰时段运行的一个方式。

夏季高峰以后,其他的时段怎么运行呢。电网侧储能的运行设了优先级,第一级,就是前面介绍过的,纳入到源、网、荷、储事故应急响应,这个是最快的,也是优先级最高的。第二级,就是一次调频,就是说电网在响应频率下降的时候,电网本身的一次调频能力不足,通过储能电站来响应一次调频的功能,这个作用对电网的支撑是非常有效的。在之后才是纳入我们的AGC,通过储能电站参与电网的频率调节以后,让他响应ACE的信号进行控制,对我们CPS指标的考核其实是非常有好处的。下面做了一些CPS指标的对比,效果是比较明显的。

关于一次调频效果,有一个案例,上半年核电机组发生故障损失百万千瓦机组,系统的频率就快速的下降,右边那张图做了一个对照,上面那个功率上升的比较快的就是储能电站的响应曲线,频率下来之后储能电站很快的就响应起来了。下面那两张对比的曲线,实际上是常规火电厂的出力响应曲线,可以看得出来火电厂的响应曲线和储能电站的响应曲线差异比较大,储能的响应速度比较快,能够快速的达到额定功率。

储能电站参与调压的情况。右边那张图上面可以看得出来,因为镇江储能电站是装了SVG的,该站的SVG响应是在两个兆乏以内,这个范围之内是优先用SVG来响应的,但是在这个范围之外的响应,就是通过PCS,可以看到PCS的响应速度其实也是很快的。左边那个是响应的效果,就是考虑了储能以后对整个站的电压控制。

从镇江储能电站实践看,设计和功能应用方面仍然存在的一些问题,电站投运以后,又详细地进行了后评价、评估。整体上,还有很多方面需要去提升,比如说从占地来讲,101兆瓦占地33.7亩,基本上每千瓦200多个平方,第二个是功率密度,当时选的是1兆瓦/2兆瓦时的舱,可不可以再优化、和标准化。第三是安全性,电网侧应用的时候怎么考虑和提高安全性。第四个是电池选型,特别是电芯,选型很多,有大有小、有多有少,也是不统一。

第三个部分,在镇江储能电站基础上的优化升级。

在镇江储能电站实践的基础上,通过总结在调试、运行阶段存在的问题,提出了优化方案。编制《储能电站关键设备技术规范》,这个《规范》就是针对一些关键设备,主要是变流器、储能电池、监控系统等等进行规范,确保储能电站与电网协调运行。还编制了《江苏省电网储能电站模块化典型设计方案》,希望通过模块化的设计,在新的储能电站可以更简单、快速的应用。对电站进行优化升级,主要提升三个方面:综合性能、选型标准、优化设计。编制的技术规范书,通过了外部专家评审,典型方案则根据工程规模、应用形式,分别设计典型应用方案。典型设计包括了八个方案,按照储能电站功率包括了1万、2万、4万和10万千瓦,配电装置形式有户外的、有半户内的,设置这样的模块基本上能够满足大部分工程建设的需要。

优化以后的储能电站,重点实现以下几个方面的特色。

一是更安全。

关于储能电站安全考虑,储能电站一定会出事,不是今天、就是明天,关键如何减少事故的概率,在出事后怎么控制更小的范围,一方面是对舱的规模大小进行控制,同时出了事以后不要波及更大的范围。储能电站的安全理念就是,预防为主、防消结合。这个安全防护体系的核心是构建了三级防护系统:第一级是在电池舱,要在电池舱里面要增加一些事故过程中典型气体的探测,将气体的探测结果跟消防系统进行联动,当发生事故的时候消防系统就要进行关联响应。同时要从电池舱的设计上面进行有效控制,还要电池仓接入自动安全消防系统。第二级,是在站区内部划分成不同的单元,大单元、中单元、小单元,镇江东部储能电站电池舱之间通过3米的道路隔离,优化后每两个电池舱中间是防火隔离墙,把电池舱并起来,这是小单元。镇江东部储能电站的PCS舱,是就地布置在空地上的,优化后放到建筑物里去,可以优化PCS运行的环境,同时也能够起到安全隔离的作用,这是中单元。多个电池舱中分区,大概4万到5万千瓦的规模,组成一个大单元,大单元之间是通过道路的隔离。第三级,就是事故发展到最后,用水消防作为最后一道防线,事故进展到最后单个舱就放弃了,相用移动式的冷却水系统来实现降温,减小事故损失。

二是更省地。

从PCS来讲,PCS的标准化产品主要的几个规格,镇江东部主要采用500千瓦的,调研发现500千瓦和630千瓦,从设备来讲都是比较成熟的,价格也差不多,电网企业想用的、想要的东西是功率的快速响应,所以PCS功率选择时从500千瓦提高到630千瓦对电网更有利。从电池舱来讲,单舱到底放多少的电池?这里面一方面涉及到可承受的损失大小,参考电网设备,一个舱的损失价值在三四百万元,相对来讲是比较合理的。另一方面,要提高单舱的能量密度,还涉及到电池的能量密度,与电芯的大小也很有关系,通过调研各个厂家发现,在舱里面放2.2兆瓦时,舱体布局上比较合理,对电池的要求,特别是对电芯的容量大小也提出了要求,大部分厂家基本能够满足。对PCS接线来讲,选了大容量的变流器以后,同时要把变流器并列运行,镇江储能电站有两种方式,一种是变流器并列运行的,还有一种通过分列变压器接入的,可以减少变压器的数量,优化后都把变流器都并列起来可以节约场地和投资。对变电站布置来讲,升压变和PCS成排对称布置方式,可以减少占地面积,也让储能站更美观。

三是更节能。

镇江电网侧储能电站综合效率一般在85%,电池充放效率在90%以上,其它主要是工业空调、储能辅助系统用能损耗,节能的关键是在辅助设施上减少电能损耗,一些关键设备的选型进行优化。

四是更先进。

电池的电芯容量适当扩大,在减少电池数量的同时提高安全。在电池模块成组的时候,预留一定的空隙,可以作为消防的管道。对电池健康状态进行预警,具备测量或计算电池内阻的功能,分析电池内阻变化趋势。提升预制舱性能,能够适应储能电池运行的环境。PCS系统采用并联接入方式,监控系统就地布局,对所有PCS都接入源、网、荷系统。

五是更利于运维。

电池舱的宽度提升到2米8,把通道的运维宽度到了1米以上,这样运维可以更灵活。储能电站配置就地监控系统,方便运维。PCS、升压汇流站布局在户内,减少天气影响。低压侧设置一些环网柜,提升运维安全性。

最后,第四部分讲一下电网侧储能研究展望。

政策方面,储能在电网侧应用,是否进输配电价,关系到未来再电网侧应用的前景,我们认为,主要功能是服务于电网安全的电网侧储能,需要争取进输配电价,也是比较合适的。

新型储能技术路线方面,什么技术路线对电网侧储能应用场景更有益?比如飞轮储能、全钒液流等其它储能技术路线的应用,未来储能电池需要结合技术经济特性,采用多种技术路线,而不仅局限于当前锂电。

在新型应用场景方面,目前储能电站更多的是接入变电站的中低压侧,侧重在10kV及以上电网。未来会不会引申到配电网的内部,同时优化储能同时兼顾大电网和配电网需求,将大电网和配电网联合起来优化,这样储能电站在配电网应用的时候就有了新的场景,包括在微电网应用场景。

当前电网侧储能主要考虑储能电站与变电站结合,未来可以进一步丰富,探索变电站+储能+数据中心等其它模式。电网侧储能电站的投资方式包括电网公司投资,也包括由各个相关的市场主体来投资建设,关键是储能应用的主要功能是保证电网安全,符合电网发展的方向。

我的汇报就到这里。谢谢大家!

关键字:储能大会

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