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中天储能谭清武 :浅谈储能系统安全稳定运行的设计思路

作者:中国储能网新闻中心 来源:数字储能网 发布时间:2021-12-13 浏览:

中国储能网讯:2021年由湖南省工业和信息化厅、湖南省商务厅、长沙市人民政府、中国化学与物理电源行业协会联合主办,100余家机构共同支持的湖南(长沙)电池博览会暨首届中国国际新型储能技术及工程应用大会在长沙圣爵菲斯大酒店召开。此次大会主题是“新储能、新动力、新发展”。

会后,为了能让参会代表有更深入的行业交流,小编经过演讲专家本人同意和审核,将演讲专家的速记整理如下:


谭清武:各位行业的专家,首先非常感谢给我这个机会进行分享,我分享的题目是《储能系统安全稳定运行的设计思路》。主要从以下四个方面给各位做一个分享。一是国内行业状态,二是运行与设计,三是安全稳定保障,第四个是现在的主要案例。

首先是行业的状态,因为这次会议的主题是咱们的电源侧储能,所以说我也只是挑了目前关系到电源侧储能关系的政策。在去年习主席提出了3060的指标,一直到今年不断有政策出台,到今年4月份国家发改委、能源局发布了关于加快推动新型储能发展的指导意见,这里面也有一些量化的指标,预计到2025年实现新型储能装机规模将达到3000万瓦时以上,也布局了系统友好型新能源电站项目。在今年的8月10号,国家发改委和能源局也发布了关于鼓励可再生能源发电企业自建或购买调峰能力增加并网规模的通知,它可以鼓励自建,或者是通过购买的方式购买一定能量的储能系统,完成并网的要求。

这一块,我是把几个省份详细的关于新能源并网需要配置储能的指标相关的管理办法把它罗列收集出来,里面涉及到湖北、内蒙古、新疆、山东、山西、湖北、贵州,这对于我们储能来说也是一个非常好的鼓励作用。

在碳达峰和碳中和的承诺下,提高可再生能源占比是今后的必然,预计到2030年风电光复装机有望达到16亿,据有关单位测算,在碳中和及碳达峰的愿景下,预计到2030年风电、光伏分别由2019年的0.4、0.2万亿度,提升至1.2万亿度。(图)这个表也是对于风电新增并网空间的预测,预计累计新增储能回答道28,这是比较保守的预计。

第二部分,进入到今天的主题,谈运行与设计的导向。

从我们产品设计的导向来说,都是客户需求进行导向,也就是说我们的客户拿我们的储能电站来干什么,才是我们设计的初衷,一般有一些常规的设计院他们都会有好的解决办法,包括相关的控制器件的选型,核心的功能要求,在设计院全部都可以很清楚。我们作为储能系统核心产品的供应商更需要关注的是直流侧,就是储能系统核心心脏能源主要的汇集地,它所能够为客户的需求带来哪些响应的功能,这些是我想分享的重点所在。

图上我列出了风电场的模型,在它运行的上下限波动的范围。右图是整个平滑输出以后的曲线,相对于左来说效果更好,对于风电场,主要用于风功率波动的平滑,可以长时间满足功率变换。对于储能系统设计来说,考验的是系统功率阶段变化的稳定性及时效性,这种模式在长时间运行下,会对直流侧,包括SOC状态量,这是非常重要的体现。我们需要的频次就会增大,从设计上就要考虑多种SOC阶段的措施。

第二个,配合光伏电站,光伏电站的稳定性比较比风电更差一点,受天气影响非常大,配合储能能够更加贴合光伏电站的预测的参考力。右边这个图是我们光伏处理的曲线,这个是光储出力的曲线,第三幅图是SOC变化量,我们可以看到光伏发电较风电更考验日内长时段储能系统持续充放电能力,对于目前系统SOC精度及计算策略,该模式相较于风电的SOC估算会更加准确。

第三部分,电网侧,我们也是挑了早期做得比较早的电网侧储能电站真实的数据曲线。(图)左边的图是我们首批进入电网侧的电站,一期的丹阳储能站,这也是它远方调度AGC的响应曲线,我们能看到有几种颜色,一种是红色,就是计划线。绿色是电池响应的值,当他们贴合度越紧密说明响应性越好,对于建设储能电站的要求达到最好的效果。右边是参与常规的调峰曲线。在电网侧AGC方面,日均响应次数可以达到一充一放,最大时长可能连续24小时,应该来说工况是最厉害的。在调峰这一块,主要还是一日两充两放的模型。

刚刚我们前面提到了电源侧,我们非常关注SOC的状态,这个是直接关注的调度,能够看到你,了解到你目前状态。而这个指标是反应你电池好坏,以及能否维持后面的运行的核心指标。这也是得益于行业的限制以及技术的壁垒,还有很多地方需要完善,影响SOC精度主要有几个方面,一个是开路电池的特性,不同的原材料所体现出来的SOC都不一样,所以对SOC的验证方式也不太一样。同时在充放电倍率方面也是不太一样,整个运行过程中,电池在动态运行情况下,在恒定温度和恒定电流的情况下关系还是比较稳定的,我们基本上可以比较准确的在5%的SOC精度范围内进行很好的估算。

传统的一些方法并不能完全保证在每个平台上的SOC精度都能达到使用要求。再就是温度状态,不同材料的电池都会收到温度影响,特别是低温。再一个就是长期运行一段时间之后电池寿命出现了一些衰减,在运行过程中对新电池可能会有一些影响,原来的估算方法并不能准确的针对于旧电池,或者是运行一段时间之后的保证。还有不同的电池串并方式,都会对平台有很大的影响,这是我们必须要考虑的因素。

简单提了一下相关的核心参数,也是我们原来在项目上、设置上所碰到的问题,而且我们也是陆陆续续做了一些优化和设计。

第一个,就是不同运行倍率单体电压压降不同,特别是关系到BMS相关的保护值需要做一些调整,而不是以偏概全,不同倍率下是不一样的。在不同的循环次数之后,对末期的变压循环速率也需要考虑,因为我们知道BMS在后台都会预留不同级的机制。不同循环次数之后,它在末期平台电压的速率是完全不一样,所以在最初的阈值设置上比较做一些优化,不能以偏概全以第一版为主,这是非常平稳的,在全生命周期中正常的运行下去必须要考量的一些设置参数。

再一个就是温度设计对整个系统运行的影响,常规的一些液冷,不同的散热系统会针对不同的倍率和电池特性设置不同的风道,对整个温度的分布、分散特性、温升都有不同的区别,所以我们必须考虑相关的温设原则。

从安全稳定性也是整个运行的核心所在。

在安全稳定上我们首先要保证储能电站的核心设备,就是我们的电池本体的安全是整个电站最后一道防线,虽然说我们有很多的方式来提高电站的安全性,但是这是不能偷工减料的地方,首先我们采用相关的结构性的优化,包括我们设置的一些陶瓷边缘的涂覆,保证电池内部的安全特性的保证。

再一个就是关键过程制成的过程,锂电池最重要的就是一致性的体现,最重要的就是金属颗粒物,这一块我们一直持续在做优化和改良,包括我们也聘请了原来日本索尼的专家来做改进。再一个就是防呆设计,前一段时间我们看到特斯拉出现的火灾,导致液冷液泄漏,再往前看,有调试方面的,也有运维方面的,所以我们必须要有一些保证。消防这一块我们也是采用了三级消防管理机构,第一级消防是单元箱级的,二级是电池舱级别的。(图)这是我们在整个系统设置上所采用的设置方式。在运维上我们也有自己专业的一些团队来保证整个运维的安全。

主要的案例我们简单说一下,目前我们已经在全国累计的,在发电侧涉及的比较早,也有EPC相关的典型案例。在电网侧也是做的比较早,也是目前全国唯一的电网侧,包括AGC,以及相关的功能,而且是全部功能开启在运行的。在一些细分场景也有一些场景,包括在ADC数据中心,我们也有一些应用的案例。

以上就是我的分享,谢谢大家!

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