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亿纬锂能储能事业部曾令:风光储应用场景下的储能电站设计

北极星储能网  来源:北极星储能网    2019/8/8 10:36:18  我要投稿  

北极星储能网讯:储能系统的安全可靠,这个是摆在影响行业发展一个红线问题。产品不安全的话,就不可能储能系统的可持续的发展,

——惠州亿纬锂能股份有限公司储能事业部项目总监曾令

8月7日-8日,由华北电力大学、中国可再生能源学会主办的“第一届中国储能学术论坛暨风光储创新技术大会”在北京召开。在8月8日分论坛一“风光储创新技术专场”中,惠州亿纬锂能股份有限公司储能事业部项目总监曾令作“风光储应用场景下的储能电站设计”报告。

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惠州亿纬锂能股份有限公司储能事业部项目总监曾令

首先非常荣幸来到这次风光储创新技术论坛,我是来自亿纬锂能的曾令,主要的方向是做一些项目运营管理,这是我们内部技术整合,做了一个风光储应用场景下的储能电站的设计报告。

昨天各位专家和教授畅想了新能源非常好的一个发展愿景,刚才王主任也给我们介绍了一下电网对新能源的消纳方面做了一些设想,下面我更加聚焦风光储应用场景下储能电站的一些具体措施,下面是我的报告。

我这个报告分三个内容,第一个就是我们在锂电池的角度来讲,去设想了一下风光储下储能电池能解决一些什么问题,应用场景是怎样的,针对这个场景,一些特性和要求是什么样的,第三部分讲一下我们储能系统的一些解决方案,对储能电站接入做一些介绍。

第一部分,我们储能能做什么,这边会有三个作用。削峰填谷大家非常能理解,高比例的新能源接入问题确实是摆在我们面前一个比较严峻的问题,当前弃风弃光问题也是存在的,而且新能源不可避免随着气候会有一个比较剧烈的波动,出现新能源出力的高峰,会导致输配电站建设的时候超配。储能恰恰可以解决这样一个问题,把它的负荷高峰进行一个错时间的转移,储能可以解决这样一个问题。

第二个场景,储能是有这么一个吸纳能量的作用,基本上是可以为光伏或者跟风力出力曲线,如果是气候不稳定的情况下,出力曲线是剧烈抖动的,储能可以适当的将它的出力曲线进行一个平滑。

第三个场景,储能还是可以做到适当的改善电能质量,主要是频率上的修正。比如在充放电过程中,可以来辅助参与调频,特别是锂电池它的储能系统响应速度是比较快速的,即便是毫秒级的响应,在调频上的应用是一个比较好的解决办法。

第二部分,讲一下我们的储能系统特性的要求,刚才讲储能可以解决这三类的问题,比如削峰填谷,平滑出力,调频,它对电芯或者电池系统的性能要求是不一样的。简单来讲,有几种系统放电倍率的关系是不一样的。削峰填谷是低倍率的,放电电流只是额定电流的一半或者25%,平滑出力,调频是要快速大功率的响应,它的放电能力是迅速的大功率的,倍率要2-4C,不同的倍率,对电芯的要求是不一样的,不是一类电芯可以包打天下的。电芯企业需要针对各种场景去区分的,同时在PACK集成方面也是有区别的,因为不同倍率会影响电芯的发热水平,它的散热设计基本上是有差异的。其他的性能要求,主要是响应时间,包括深度一致性,特别是循环寿命,循环寿命对电芯企业来讲,也是一个严峻的问题。基本是市场走在技术前面的,可能很多企业所谓采用的一些储能用的电芯都是来自于动力电池转换过来的,它的循环寿命是偏低的。我们储能系统基本上是要求七千次、一万次甚至更高的循环寿命,如果和光伏25年的寿命匹配更好,对电芯的要求是比较高的,这个加速了电芯企业在这块不断的研发,亿纬锂能在这块做了比较多的研究。

第三部分讲一下针对储能系统做的一些解决方案上的考量,请各位专家指正和指导。特别是储能系统,讲到一些共性的设计,主要是有四个方面去考量。一个是要安全可靠,这个是摆在影响行业发展一个红线问题。产品不安全的话,就不可能储能系统的可持续的发展,我们做了一些要求。对状态的准确可预知,要做到一个比较完美的监测系统,可以保证整个系统各类参数包括故障状态是可监测的。第三个就是故障预警,我们能及时的精准的,包括易运维,易运维主要是降低在运营过程中的运营成本,尽可能提高这个设备的残值。易运维之后,有些部件是可以及时更换的。我们在各个子系统的设计上会加入更多的设计,第一个是电化学的领域,包括电芯的正负极材料,对热失控进行管理。结构设计上,做充分的仿真和系统论证,同时要做一些专项的测试,包括延误、锈蚀。我们是集装箱式的设计,集装箱重心的分布,会影响到调装的安全性。电气设计上还是满足相应的一些要求,储能系统很重要的一个设计,比较独特的设计是热设计,也是比较容易出问题的,他们的温差温升的控制需要独特的经验,包括技巧来去管理。它的辅助系统,比如BMS的设计,主要是做各种电压电流温度的采集,以及SOC的监测。系统控制方面,我们也是追求模块化的云平台,包括精准的调度管理,这个也是后面去响应电网对储能系统的策略管理的要求。

我们内部做了比较多的一些安全性性能上的测试,包括测试电芯级的原材料,各种测试,容量、性能、高低温各类测试,安全性、可靠性的测试,特别是电芯级的,大家对电芯的安全是比较担忧的,所以我们在电芯安全测试方面做了比较多的工作,在挤压、火烧测试等等。目前我们在储能上主要用磷酸铁锂的技术,这个相对来讲,电化学电池领域来讲,相对来说是比较安全的。我们会做电芯加热性的测试,这个测试是对电芯充12分钟,持续加热到热失控的状态,看看电芯会出现什么变化,做了破坏性测试。这是我们做了模拟针刺试验,我们用耐高温的钢针刺到电芯模组里面去,大家可以看到这个过程(视频)。这是起烟的现象,并没有起到起火或者爆炸的现象。这是做了极限性的测试。这是做了一小时的测试,储能电站起火事件,很多体系是偏三元体系的。

这是在热设计上我们做了一些思路,给大家去分享一下。第一个是温度的管理策略,为什么要做温度的管理策略?不同倍率,温升的情况是不一样的,越高倍率,它的温升的温差会越大。我们要针对不同的应用场景做专项设计,电芯在不同温度下寿命衰减也会不一样,特别是我们常规的比如25度,假定七千次,35度、45度,循环寿命会迅速拉低,到55度,循环寿命到3000次,所以我们要严格控制。低温对电池可放容量影响较大,如果每天都能正常工作,可以相对控制一个比较理想的正常适温的,如果停个若干天,特别是北方低温的时候,对它的可放容量产生比较大的影响。我们系统温度控制在25度到35度的区间,相对是比较合理的一个范围值。这是我们对它的模组和舱内做了一些热仿真,偏红色的会出现温度偏高的情况,会引导我们做一些改善。包括出风兜合理的布局,有些加入一些散热风扇,特别温控这块,我们会引入双链路的设计。针对不同电芯模组也做更多的横向和纵向的比较,防止车失控。

我们做了定制化的控制策略,电池希望它能放越多容量越好,不能允许我们对它的SOC区间无限扩大到100%。电芯它的SOC和DCR曲线基本上是从5%到95%的区间,它的电压变化是比较平缓的,基本上也是不太好预测的。但是超出这个区间,它的DCR变化是比较迅速的。我们推荐了一个范围,5%-95%,特别是如果你要压窄的话,可以更好的利用电池系统的特性。

刚才讲到SOC的选择,压差也是摆在我们电芯企业最难管理的一个东西,电芯的一致性,现在很多优质企业,包括亿纬锂能对电芯的出厂一致性管理是比较好的。储能系统基本上也是要五千到一万个电芯,组成一个高压直流系统,非常多的一个串并联组合的话,他们存在若干的压差,会拖累整个系统的有效出力。对它的压差控制,整个储能系统是一个比较核心的控制环节,要求电芯第一个是本身它的一致性要求非常高,第二个,BAH系统的均衡,BAH起到辅助性改善的作用,我们对压差的控制,基本上内部是控制在200毫伏以内的,这是一个比较合理的值。这是不同放电倍率下它的压差的范围,基本上是在200毫伏的区间。

应电回路,我们支持模块化设计的思路。刚才讲了,电芯的一致性要求,如果在同等电芯技术水平的情况下,如果越多的模块化设计,对有效输出有点改善的作用,当然会有成本上的考量。我们内部会倾向电池低电压拓扑的结构,整体出力是一个相对比较好的水平。

在云平台领域,我们也会建立一套云管端三级策略管理。端主要是在集装箱以及接入信息上,这块主要是做一些数据采集,均衡的策略管理,管端,主要是BMS包括本地监控,主要是做一些数据采集。最后上升到云端,做到一个云平台,将所有的数据进行一个精准的管理,包括形成比较好的一个运维管理的策略。

在运维方面,特别是我们子模块,我们做了易维护的设计,在部件上,包括BMS主控在面板上,可以快速插拔,BMS是电子电路件,也会出现一些故障的情况,我们要增强它的运维性。动力线要防止自锁、防呆。风扇外维护设计,风扇要易更换。组串式PCS应用设计,提高故障时系统可用率,便于更换维护,兼容通信储能梯次利用设计,这样可以更好的应用。

在交付上,我们倾向于做整体交付,整个系统要去做一个联调,工厂化的生产是有利于整体的性能稳定。也可以避免出现储能出力有些不达标,有一个整体的归口管理部门,如果是自己集成N个子系统的话,如果出现故障的话,这个责任主体是不好去规约的。我们倾向于整体交付的策略。

谈谈我们的储能电池发展思路,储能系统最大的一个问题是成本问题,我们亿纬锂能依托我们自身的电芯比较好的技术基础,所以我们强化打造先进电芯技术为基础,标准集成技术为核心,优势资源整合为平台,成为一个共同发展的平台,我们想技术进步提升循环寿命,规模生产降低产品成本,跟新能源风光结合的,可以更大范围内的提高新能源的风电能力的占比。这是我的报告,谢谢大家。


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