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中能建湖南院孙志云:多站融合智慧能源站储能技术与应用

日期:2020-10-14    来源:中国储能网

国际新能源网

2020
10/14
09:13
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关键词: 储能技术 孙志云 智慧能源站

9月24日下午,在第十届中国国际储能大会“储能电站规划与设计”专场,中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司电网分公司副总经理兼一级项目经理孙志云分享了主题报告《多站融合智慧能源站储能技术与应用》。会务组对发言人的演讲速记做了梳理,方便大家会后交流、学习,以下是速记全文:

孙志云:各位代表下午好,下面我汇报下多站合一场景中储能的应用。株洲白关智慧能源站是2019年国家电网公司多站合一设计竞赛项目,湖南院获得优胜奖并中标。

我介绍分为三部分:多站融合智慧能源站设计理念、智慧能源站建设情况、智慧能源站储能应用。

智慧能源站的设计理念,遵循了创新融合、绿色共享的原则。全站以变电站为核心,采用1+N的模式,分别考虑了储能站、数据中心站、充电站等多个元素,我们构建了交直流微网,实现全站能源流整合,数据中心作为全站数据流纽带,同时全站所有系统构建了一体化平台,实现了业务流的整合。

智慧能源站是以智能变电站为核心的集成系统,通过整合分布式电源、储能站、充放电站、数据中心等多类型单元,实现功能共享,减少设备投资。全站主要考虑了五方面的融合:一个是建设的融合,通过多个系统整体建设、积木式施工和一体化调试,施工周期可以大幅减短,建设成本也会下降。二是从设备上要考虑多方面的融合,不管是二次系统设备的集成、变电站直流、无功补偿和站用电变压器等设备的集中融合。三是控制融合,新能源消纳、削峰填谷、电能质量优化、电动汽车充电等的有机融合,实现跟电网的友好互动。四是信息融合,我们在站域全景信息融合共享,服务智能电网、绿色交通支撑、5G通信网的高效运营。五是业务融合,将电网大数据云平台、园区冷热电综合能源服务等新型业务有机整合。最终的目的,实现社会、用户和电网多方共赢。

多站合一的重点是发挥融合的优势,同时也要关注融合可能带来的问题。变电站和数据中心进行整合,可以减少数据中心的配电环节,数据中心站建在主网的变电站内,供电可靠性可以得到极大提高。配合站内的储能,它的供电方式可采用直流供电,绿色节能。数据中心站放在变电站内要考虑电磁环境的影响。当时我们也对它做了一个专门的评估。

将储能和变电站合一建设,储能一是可以兼顾系统调峰和需求侧响应的要求,也可以实现储能就近的并网,同时因为有了储能系统,我们对变电站的整个站用变也进行了优化。电化学储能安全问题还是要予以极大的关注,以及怎么能够最大化的利用储能系统产生更大的效益。现在充电站的功率越来越大,对我们的配网是很大的冲击。我通过跟主网合一建设,将极大降低对电网的影响。分布式电源接入,除了本期站区内建设的光伏,也考虑远期变电站园区光伏的就近接入。在变电站利用站内设施建设5G基站,它的供能能够得到更加可靠的保障,智能电网的建设,有很多应用也均需要5G的基站提供支撑。

二、简单介绍一下白关智慧能源站建设情况

白关能源站地处“长潭株”两型示范区及湖南“智能制造”发展示范区,聚集了将被打造为“中国南方服饰之都,千亿服饰产业走廊”的服装贸易中心,以及湖南“轨道交通、航空、汽车”三大产业发展基地之一的株洲航空产业城。

这是我们当时做的一张鸟瞰图(见PPT),左下方是变电站,右下方是数据中心站和充电站。上方是采用集装箱式布置的储能系统。工程规模:220kV变电站主变终期规模4×240MVA,本期1×240MVA。数据中心站按B类机房建设,远期规划9个微模块,本期建设2个微模块。储能站:采用磷酸铁锂电池,远期按31.5MW/63MWh规划,本期建设8.4MW/16.8MWh。电动汽车充电站:远期按14个快速直流充电桩位置预留,本期建设120kW直流快充桩10个 。

白关站配置了储能系统,相应的带来了哪些应用,跟大家做一个汇报。

基于储能系统构建了全站两交一直微网群。上张图上两个交流的子微网通过一个直微网进行互联互备,仿真分析供电可靠性高达“六个9”(99.9999%)。全覆盖,全站交直流负荷全部纳入微网中,实现“一体构建、一体调控、统一管理”。我们实现了光伏通过直流微网最近途径的就近消纳。

储能与微网融合:储能直接接入交流子微网,实现控制策略统一,储能容量全利用。微网孤岛运行,亦可保障数据中心等重要负荷稳定运行4小时以上。

全站站用电源由2台储能升压变兼站用变提供,取消了传统的站用变压器。充分考虑储能运行策略,在不增加储能变压器容量的基础上,与站用变压器合二为一。

直流子微网深度融合变电站、数据中心直流和UPS电源系统;以高可靠性直流电源替代UPS电源,用储能电池替代蓄电池。数据中心的供电方式,数据中心采用240V的高压直流供电,也取消了UPS,数据中心的交直流负荷都是由交直流微网供带的。供电可靠性提高到A类机房标准,安全经济。

在我们做方案时对不同的交直流网络拓扑进行了仿真建模和计算,在白关站投产前,它的交直流微网方案我们也会在我院总包的另一个储能项目常德多源融合百兆瓦级实验验证平台上进行实证,最后在工程上应用。

这是我们数据中心当时做的一个效果图(见PPT),它是两层建筑,一层有一个展示大厅,二楼是全元素数据模块的数据机房,每个微模块形成独立小型数据中心机房。采用绿色设计理念,通过最佳颗粒度匹配分析,降低全寿命周期成本。数据中心全年综合PUE值1.4。

储能消防的问题(见PPT),储能的安全问题今天多位专家都提出了,储能作为一种电化学,确实安全需要予以极度关注。

针对电池高能、易复燃特性,构建本质安全、立体预警、复合消防三位一体全面防控体系。根本是本质安全,通过各方面进行优化来保障电池的本体安全。立体预警,要能够精准采集到电池的温度、电压所有量,实现全电芯的覆盖。复合消防,舱内采用七氟丙烷扑灭初期明火、细水雾防二次复燃的复合消防方式。这个方案在后续会进一步细化。舱外设置防火墙,防止火灾蔓延。

第三部分,智慧能源站储能应用。

我们在多站合一的储能上考虑哪些方面的因素?首先,怎么最大的实现储能功能的多样化,发挥最大效益,需要考虑储能容量的选择、它并网的方式等等。除了调峰、调频,参与系统哪些响应以及相应的响应策略,包括刚才讲的利用储能的备电容量,为数据中心和变电站作为一个备电等场景的整合。

第二个要关注的问题是它跟变电站合建,怎么确保储能站的安全,保证变电站本身的安全。首先在总平布置上,要有一个有效的物理隔离措施,要有一个明确的分区。其次,在储能设备的布置上,现在主流是集装箱,但对于有些城区变电站,户内布置会更节约场地,这个也要进行考量。第三个是储能系统状态的全面、真实、可知,现在的电芯大多通过串或者并,怎么对所有的电芯真实状态进行全面检测?电芯的检测有很多成熟的手段,但在系统成套以后,怎么用实验验证有没有一个有效的手段,这也是我们需要关注的问题。其他方面,不管是被动均衡、主动均衡,怎么减少电池的不一致性,还有没有其他的一些办法。电池舱体的布置方案、采用有效手段降低储能系统自耗电率等等。

储能各个组成部分的匹配关系以及集成商的选择也很关键。现在有很多厂家进入了储能行业,但我觉得储能并不是简单的将各个部分简单拼凑放在一起就能形成一个好的集成方案,集成商的经验很关键。

以上是白关站在储能应用方面的一些考虑,目前这个项目正在推进,希望与各位专家多多交流,随时给予我们指点。

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