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北控智慧能源兰云鹏:未来能源供给将以用户侧微电网群虚拟电厂为架构

北极星储能网  来源:北极星储能网    2018/8/3 15:08:49  我要投稿  

北极星储能网讯: “我们判断以后的能源发展方向包括以下几部分:一个是以用户侧微电网群虚拟电厂为架构的能源供给。在电网侧会有大型的独立储能电站,这里面有化学储能和抽水蓄能电站,还有以集中式光伏、风电(新能源+储能)的能源供给方式。”

——摘自2018中国储能西部论坛兰云鹏发言

2018年8月2日中国储能西部论坛在青海海东举办。本次会议由青海省政府指导,海东市政府、黄河水电、中关村管委会主办,海东科技园、中关村储能产业技术联盟、中国能源研究会储能专委会、北京能高承办。在“储能项目开发案例与实践”环节,北控智慧能源投资有限公司总经理兰云鹏作了“高比例可再生能源场景下储能的应用”主题报告,以下为演讲全文。

兰云鹏:各位来宾,各位朋友,大家好,我是北控新能源集团下的北控智慧能源投资有限公司兰云鹏,非常荣幸今天参与这个会议,也把我们整个储能行业的发展思路和想法跟大家做一个交流。

北控智慧能源投资有限公司是今年2月份刚刚成立的,专注于投资储能、微电网和智慧能源的投资平台。目前我们在英国、澳洲、美国等做一些储能项目,在国内的江苏、北京、西藏等地有一些成功的案例,今天我们主要是把去年做的羊易20MWH的一个储能电站进行分析。

我汇报的内容主要分为四部分:1、能源革命之储能微电网;2、羊易储能电站项目背景;3、储能微电网核心技术解析;4、小结。

首先我说一下能源革命之储能微电网。我们判断以后的能源发展方向包括以下几部分:

一个是以用户侧微电网群虚拟电厂为架构的能源供给。在电网侧会有大型的独立储能电站,这里面有化学储能和抽水蓄能电站,还有以集中式光伏、风电(新能源+储能)的能源供给方式。

能源发展的路径:第一个是传统的布电模式,以大规模、集中方的供电模式,对环境不友好;第二个是是集中式新能源+储能的供电模式,和传统的能源相比有更好的调节性能、度电成本更低,更好的环境友好性;第三个是分布式供电模块,分布式、靠近用户的被光伏/风电/储能替代的区域供电模式(低碳耗、更经济),这是目前大家都在试行的微电网和并电网,这种损耗低,更具有经济性;第三步我们的改革就是分布式+储能,比如说通过储能技术平抑分布式能源和发电波动,匹配供需、削峰降谷;最后是多能互补及微电网,通过职能控制策略,实现各种能源的调配与优化,提升投资收益率。形成微电网群,对多个微电网进行综合控制,实现微电网群与大电网的电力的交易与能源交易。

接下来我们介绍一下我们的项目-西藏嘉天羊易20MWh储能电站,西藏嘉天羊易光伏电站储能项目位于海拔4700米的拉萨市当雄县,储能系统是一套4.5MW/20.7MWh的磷酸铁锂和铅碳电池的混合系统,该系统可为电网提供调峰、一次调频、二次AGC调频和AVC调节等多项功能。项目从设计到并网,仅历时三个月,是目前我国海拔最高、建设周期最快、容量最大的投入商业运行的储能项目。这个项目是在去年10月份开工,历时三个月。

该项目按“无人值班,少人值守”运行功能设计,采用全智能控制,可以自动实现对整个系统的控制和能量管理,储能系统配置1套能量管理系统(EMS)。

主要功能包括:1、控制羊易光储系统的自动运行,实现系统主要指标要求;2、与光伏电站的SCADA(含:AGC&AVC系统)通信,执行网调调节指令;3、提供及时的预警信息和故障报警信息,以及储能设备实时状态信息,为光储互补系统安全运行提供保障;4、提供满足网调要求的其它辅助服务功能。实际上我们希望最后形成一个完全电网间友好的互动关系。

这个是我们现在运行的状态,到12月建完以后,它的优势包括:1、系统稳定可靠:储能系统自运行以来每天为电网稳定提供约一万三千度电量;2、系统运行效率高:储能系统在35kV侧运行效率达85%,远高于业界78%的平均水平;3、系统响应速度快:储能系统响应速度在100毫秒以内;4、多台储能变流器并联技术:18台储能变流器并联并网稳定运行,是目前世界上最多储能变流器并联运行的项目。该项目远高于2016年国家863课题的6台储能变流器并联运行数量。这个技术的意义是为大型的储能电站成本降低提供支持。如果做大型的电网级的储能,必须要把成本降下来才行。

接下来介绍一下储能微电网里面的一些关键技术:

1、项目顶层设计:大规模的储能系统有着不同的应用场景和商业模式,有的储能系统是单一的电网调峰,有的储能系统是调峰、调频和调压等多重应用场景的结合。根据不同的项目,大规模储能系统的功率配置和电池配置和选型也是完全不同的。我们现在在英国做100兆瓦时的电网调节项目,我们要提供备用服务,包括容量、电网调频,所以这一块对电池这一块,到底用功率型,还是能量型,所以配比是非常关键的,需要按控制系统来。但最终我们要通过不同的配比要达到电网的指标之后达到最优。藏嘉天羊易20MWh项目采用锂电+铅碳的方式来实现系统调频和调峰的功能,锂电系统主要参与系统的一次、二次调频;铅碳系统参与系统调峰,通过这样的组合设计降低了系统造价,提高了整个系统的经济性。

整个储能系统可以以VF源和PQ源同时并列并网运行,根据电网的调频、调峰的需求以及各自储能系统SOC的状态,EMS系统下发指令快速切换每个储能系统的工作模式,达到整个系统既能调峰,又能在电网需要的时刻参与电网一次和二次调频。

2、关键技术第二个就是储能系统继承。根据储能系统顶层规划,储能系统集成需要从最底端的电芯选型(电池模组、电池包和电池簇)到储能系统配置(包含了BMS分时均衡的电池个数、均衡电流大小、集装箱内部热管理系统、PCS工作模式、PCS底端控制逻辑及上层EMS控制策略的制定等)进行全方位的把控。

西藏嘉天羊易光伏电站内的Pack设计和集装箱内部管理使得储能系统在最大的充放电倍率下,Pack内部电芯最大温度差不超过1度;同时,集装箱内的散热系统的设计确保电芯在集装箱内最大温度差不超过2度,从而确保了储能系统在运行环境中的一致性。

3、关键技术3——BMS均衡技术.

BMS面临的挑战:MW级储能系统中包含数万颗电池电芯,即便通过严格的筛选,电芯成组后不一致性也会倍增,BMS均衡控制难度加大。

大容量的储能系统需要电芯并联进行容量扩充,BMS对并联电芯的检测手段难以准确判定问题电芯和问题pack。

电池在运行过程中,由于各类因素的影响,导致不同Pack其衰减曲线不一致,扩大储能系统内部的不一致性。

BMS的硬件设计、均衡策略必须和Pack设计以及整个储能系统功能参数紧密结合。BMS均衡能够整体提升储能系统的充、放电容量,降低系统的短板效应。

西藏嘉天羊易储能电站从BMS的硬件设计到后台的均衡都有独特的设计方案和控制策略。该技术使得锂电储能系统在一次充放电的过程中就能达到均衡(1C的充放电倍率,5%以内的容量差距)。这里面还有SOH的测算精度等问题。同时,BMS通过智能算法能够估算每个电芯的电压值和健康状态,SOC的计算精度达到3%(业界水平5%),SOH的测算精度也是业界领先水平。

4、关键技术PCS多级VF并联技术.

PCS面临的挑战:传统PQ控制方式不足以体现储能系统灵活、快速、稳定的电源特性。传统的VF控制方式难以实现多机并联,电压源容量和支撑能力的扩充受限。多机VF控制并联方式的环流与储能并网点、连接线路阻抗等密切相关,控制难度较大。

对于大规模储能系统,PCS多级VF并联技术一直是业界急需攻克的难题。PCS多级VF并联技术可以大幅度降低系统造价,简化系统设计,提高系统瞬时反映能力。

西藏嘉天羊易项目达到18台PCS以VF并联并网运行(无任何二次通信),该18台PCS可为电网提供一次调频和AVC调节(四象限无缝调节),系统一次调频响应时间约为50ms-80ms之间,响应精度达到99.5%以上,该系统为大规模化学储能替代传统的抽水蓄能电站打下基础。

黑启动:4月11日中午12点40分左右,西藏嘉天羊易电站外电网110kV线路故障,站内所有储能逆变器以电压源模式黑启动给电站供电,并投入3MW光伏发电,系统稳定运行至晚上11点电网恢复。此次线路故障验证了大规模储能在电网中的重要性。

5、键技术5——PCS无缝切换技术

PCS可以以V/F的形式并网运行,给电网提供一次调频、调压等电力辅助服务。在电网故障时,它无需进行PQ和VF的切换直接进入到孤网运行模式,为孤网提供电压和频率的设定值(reference),从而确保重要负荷的不间断供电。该项技术的使用可以使PCS系统替代传统的UPS系统,同时可以提供传统UPS系统不能实现的一次调频、二次调频和无功调节等电力辅助服务。

该项技术可以广泛应用于数据中心和对电能质量要求高的客户。同时对提高微电网供电可靠性有着重要作用。右图为切换时电流、电压的变化曲线。

6、键技术6——智能化能量管理系统EMS

羊易储能电站在运行过程中,EMS能够根据电池BMS的采集数据、光伏发电实际和预测数据以及电网调度指令,通过AI智能算法在线对储能系统进行充放电修正,对PCS工作模式进行切换,从而确保电池在各种工况下循环寿命能够最大化。由于储能系统的充放电特性随着环境温度变化、循环次数的递增而不断发生变化,EMS采用自学习功能来对储能系统充放电进行控制,延缓电池的衰减。EMS系统能够根据历史数据预判断出电芯的工作状态,可以及时预警和提示更换损坏电芯,确保系统的安全稳定运行。

7、关键键技术7——“新能源+储能”的协调控制

8、键技术8——微电网及微电网集群控制

我们认为未来的发展趋势是以微电网为单元,微电网集群为区域的供电方式,大电网将逐步退至后备电源的地位。由此衍生出的虚拟电厂,云端大数据调度平台以及各种AI智能算法,大数据挖掘技术将成为微电网及微电网集群EMS的一个发展趋向。

9、关键技术9——区域能源管理平台(区域自治)

区域能源管理平台可实现对多个微电网的运行控制,建立多微电网间的竞价机制,旨在:提高电力系统的稳定性、提高用能的经济性

提高可再生能源比例、现电力交易和能源交易。分布式发电与大电网的关系,从单方面依赖转变为合作互赢

未来将会把供暖、供冷和供电等多样能源的转换,通过各种储能技术(储电、储热和储冷),利用能源最优调配进行EMS来实现。北控团队在这方面已经做好充足的技术储备,并计划在二连浩特项目上进行实时。

储能行业目前处于行业爆发期,是一个市场规模超过千亿、收益率高、现金流好且技术门槛高的行业。在未来的一段时期内,储能行业将形成若干大型能源公司,资源逐步向优势企业集中的局面,全球储能市场规模有望突破万亿级。

在这千亿市场规模面前,关键技术的研发和使用将是决定成败的关键因素,我们有信心在能源革命的浪潮中,策马扬鞭,奏响推动能源变革的最强音!我们希望有志跟我们合作的同仁们,我们一起共同发展,共同努力,谢谢大家!

(根据中国储能西部论坛现场速记整理,未经嘉宾审阅)

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