当前位置: 新能源网 » 新能源人物 » 节能环保人物 » 正文

中国电科院李官军:中高压大容量储能技术研究

日期:2020-10-20    来源:中国储能网

国际新能源网

2020
10/20
10:23
文章二维码

手机扫码看新闻

关键词: 储能电站 储能项目 带窝囊企业

9月24—26日,由中国化学与物理电源行业协会联合200余家机构共同支持的第十届中国国际储能大会在深圳鹏瑞莱佛士酒店召开。此次大会主题是“共建储能生态链,开启应用新时代”。 来自行业主管机构、国内外驻华机构、科研单位、电网企业、发电企业、系统集成商、金融机构等不同领域的1621人参加了本届大会。

在25日下午的“储能电站建设与运维 ”专场,中国电力科学研究院有限公司主任助理李官军分享了主题报告《中高压大容量储能技术研究》。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:

李官军:大家下午好!我今天主要汇报一下,我们这个项目的课题也是基于国网的一个储能项目,但我们做出来可能也有一些不同的感受。

这是我们的一些业务方向,综合能源、关键装备研发、移动式储能及方舱,运维管控及综合评价技术、总部技术服务。右边是我们这几年,大概2008年到现在,做了一些案例,第一个就是我们做了首台2兆瓦,当时设计是4500米海拔一套电网装置,还有一套是电源的装置。另外一套是移动储能这一块,现在在江苏整个地市都在全面推这个产品。下面是包括我们做了大型的抽蓄,这也是发展比较快的,当时在2008年到2011年一直在做这个大型抽蓄电站。最后就是我们今天要介绍的,从2016年到现在,研发是从2019到2020年,大概一年多,我们做了一个储能项目。

今天介绍的主要有五个方面:大容量规模化储能建设背景;低压、高压储能系统拓扑方案;中高压直挂式储能设计与控制技术;中压直挂式储能示范工程;中高压直挂储能技术展望。

总体整个储能都是基于高比例的销量和能源互联网的概念,储能是一个非常核心的技术,包括新基建,都可以看得出来,包括5G、新能源、充电桩,还有大数据,这些领域以后用电都有极大的增长,包括对整个供电系统的可靠性,还有电力质量,都会有新的挑战和发展。在这中间我相信储能在这里面是一个至关重要的技术。

另外我们为什么要做高功率,大容量,从现在不管企业还是国家出台的政策,包括现在整个储能,大家看到那么多工程,功率容量越来越大,都是一个趋势。

另外从电网各种环节来看,不仅是从发电,发电都能看到储能的身影,包括配电、用电等都有各种各样的身影。从整体来看,以后随着新能源,大量的弱稳定性电源占比逐渐增大,随着时间推移,对整个电源结构都有很大的变化。面对电网的稳定性,首先新能源大规模的接入,会给我们带来极大的挑战,因此可以看出来,我们电网对储能的需求肯定越来越大,随着储能的加入,就会对电网的运行方式,会由实时的平衡转向电量的平衡,因为储能的大量接入,电网的可控性和稳定性会更强。

首先提到高功率大容量,首先就是现在的抽蓄平台,还有就是电化学储能。这是我们在年初做的项目,这是2010年投入的一个大型抽蓄电站的两个项目,这两个项目我都参加了。

今天重点谈一下并联的方式和串联的方式,串联的方式原来研究当时是按照35千伏的标准去做的,但是后来由于示范工程,落成了10KV,整个技术路线都探索过的。

我们现在看到的是低压并联技术。我们认为低压发展,为什么现在发展得相对多,很多技术是源自对以前光伏积累的经验,整个结构,包括扩容性、控制,包括冗余度,低压都有很多的优势。但是低压也有缺点,从储能来说,储能是一充一放,所以效率就肯定是至关重要的东西。首先储能主要有几个环节,一个是电池本身的,包括串并联关系,另外就是转换装置,还有就是线路上,包括变压器,这几块的综合损耗。另外从电网的需求来看,我们储能希望越简单越好,能又快又好地响应我的曲线,这就带来大量的并联,就存在很多环节,在应急情况下,它的功率响应一致性,并联越来越多,响应一致性差一些,我们同样做中高压的大容量,一台设备做10兆甚至更大,相当于我们低压能做到接近20台的功率效果。所以对比低压并联汇集升压技术,中压直挂式储能技术对电网调度指令整体整体响应,调度指令响应速度快、响应一致性更好;由于黑启动过程中,低压侧多机并联技术难以保证信号的同时响应,容易出现功率震荡,甚至导致黑启动失败。

最右边就是直挂式储能的特点,我们以后最安全,达到对每个电池的信息监测,包括电压、温度等信息,包括电流,我们都做到全状态的监测,是最有利于后面做运维、安全预警等技术的储备。

总体上,我们直挂式储能,一个是效率的提升,效率的提升最后是很重要的,现在大家为了零点几要经过大量的优化,才能做到一小点的提升。另外对电网质量这一块,包括响应速度,另外单机,单机容量可达数10MW,响应一致性较好。

我们在整个项目中,针对直挂式储能,我们做了以下问题的探讨和研究,第一个就是解决整个系统的绝缘问题,既要考虑电池系统绝缘,又要考虑空间利用率,目的还是减少占地,因为地的资源,现在很多在电网侧都越用越少,地都是很宝贵的资源。第二个是能量均衡,主要的目的就是提高整个系统的容量利用率,然后减少投资,这是一个非常关键的,在低压和中高压,不同的利用率,对整个系统的资产优化配置是一个很重要的因素。另外就是站在用户角度来说,怎么样提高系统的冗余功能,也是涉及到可用率、减少故障停机概率的重要因素。再就是冗余功能,如何实现子模块快速投切及在线运维技术,提升系统可用率、减小故障停机概率。第四就是热涉及时候,如何实现电池簇的排布及温度场一致性设计,延长系统电池寿命、提高投资回报率。第五是还有全景分析。

储能电池选型,针对中压直挂式储能系统参与主动支撑电网频率响应场景的要求,结合当前储能技术发展及应用水平,中压直挂式储能系统可选择的储能装置主要有以下四种:铅炭电池、超级电容器、锂离子超级电容器、铁锂电池。

这是10kV/2MW直挂式储能系统总体结构,它的整体设计的架构图,每个集装箱做了13列,整个10530节电池。

这是一个消防设计。

这是冗余功率模块设计,各相配置1个冗余模块作为直挂式储能系统冗余技术展示,冗余技术优势:可在线投切,提升直挂式储能系统功率模块故障耐受度,无需停机检修可继续运行;展示链节设计机械摇车及行程开关,实现功率模块安全可靠的退出高压环境,易于运维。

这是针对直挂式储能当时做了一套EMS系统,这是EMS的界面。

这是测试效果,因为我们直挂式储能的评价都是强调一致,我们不仅温度差一致,所有单体电芯一致,SOC一致,都讲究一致,越一致,不仅是寿命,包括容量利用率都是非常关键的指标,包括温差、电流、SOC,都是一致性的评价。

这是我们当时做了一个设计或实验结果,对整个风化和热能的设计,下面是实际运行结果,标准集装箱,里面一个箱里面三千多节电池,它的温差大概在不到10度,温差控制在3度,整个系统的温度差控制在3度左右。这是簇间SOC一致性控制在3%以内,有效保证系统容量充分利用。

这是针对电网的负重做了一个曲线,当电网的电压或者频率变化的时候,PCS怎么做支撑的功能。

这是冗余功能的展示,冗余也是做了两种方式,也是测试了,一种方式是整个速度10毫秒,故障的切除和系统的再起都是10毫秒完成。另外一种我们也做了,大概90毫秒左右,不同的场所用不同的方案配置。

这是循环效率的测试,整个系统按照系统效率大概90%以上。

我们对高压和低压也进行了比较,从转化效率、动态响应、电能质量,整个系统大概是高了两个点。动态响应差别就很大了,右边是统计到现在主流的效率,包括动态响应,去测了一下,这块在动态响应确实高很多。我觉得后面我们做到1毫秒以内都没有问题。

总结一下,整个系统项目在执行了三年多,第一个我们解决了高功率的直挂式储能电站的安全性:双重消防系统、安全通道柜式隔离、电池单元全状态检测;第二个是高可靠性:冗余链节设计、具备在线维护功能;第三是高转换效率:无升压变压器直连电网、小电流运行降低系统损耗,系统效率高1.5-2%;第四快速动态响应:等效开关频率高、电能质量高,2ms以内全功率转换;第五,主动支撑电网:频率动态支撑、电网动态支撑;最后一个是高容量利用率:三级能量在线均衡,系统容量利用率90%,这个和电池倍率有关;为后期继续在标准体系建设、系统安全性、一致性评估、寿命预测、成本控制、运维技术、黑启动等方面的提升工作奠定坚实基础。中压直挂式储能技术路线具有广阔的应用前景。

最后一部分简单对直挂式路线的展望,刚才说了,一个是电压的边界,刚才也提到35千伏,到底还能做多高,另外的应用场景,结合现在的技术发展。

首先能做到多大容量,我们现在做了一下,因为我们现在做了5兆瓦、10兆瓦,单体电芯按照280安时去做的。

另外就是关于电压,是否还能做更高等级,在35kV及其以上电压等级直挂式储能不宜采用标准化集装箱集成方案。

这是我们当时在江苏做了一个35KV,采用标准的集装箱,大概做到低压的40%的样子,这是很大的问题。直挂式储能系统初期建设目标是为在青海等高海拔地区,提升新能源消纳能力,示范应用拟落在格尔木白杨35kV变电站。

最后简单展望一下,未来电网将是交直共存、多电压等级、多能源接入的源-网-荷-储的能源互联网;第二个,储能将会集中式和分布式相结合、多类型、多时间尺度的梯次配置在电网发-输-配-用各环节,使电网对弱稳定性电源的消纳能力更加强大、网架关键节点的稳定性更加可控,源、网、荷的互动能力和手段得到极大提升;第三,中高压直挂式储能进一步强化高动态性能、高效率、高利用率、长寿命等技术特点,加强在安全评估、运维体系、标准建设方面不断完善、突破。在电网系统应用前景十分广阔。

谢谢大家!


返回 国际新能源网 首页

新能源资讯一手掌握,关注 风电头条 储能头条 微信公众号

看资讯 / 读政策 / 找项目 / 推品牌 / 卖产品 / 招投标 / 招代理 / 发新闻

风电头条

储能头条

0条 [查看全部]   相关评论

国际能源网站群

国际能源网 国际新能源网 国际太阳能光伏网 国际电力网 国际风电网 国际储能电池网 国际节能环保网 国际煤炭网 国际石油网 国际燃气网