中能建江苏院姜华：电网侧电网储能设计关键技术分析

储能电站总平布置需要根据储能电池类型、站址条件、应用场景、建设工期等条件确定，在满足安全、安装、运维等要求下选用集约化布置方式。布置需要考虑周边构筑物的安全防火距离。

——中国能源建设江苏院综合能源公司项目经理姜华

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，中国能源建设江苏院综合能源公司项目经理姜华作“电网侧电网储能设计关键技术分析”报告。

中国能源建设江苏院综合能源公司项目经理姜华

各位老师，各位朋友，大家好！我是中国能源建设集团江苏省电力设计院的姜华，下面我给大家汇报一下我们院在电网侧储能电站设计方面的一些经验。储能电站在电网侧、用户侧、发电侧设计理念有很多类似，不过电网侧有一些特点，比如电网侧储能建设规模比较大，信息数据量非常庞大，对监控系统信息处理、远动、调度响应要求比较高；又比如，电网侧储能对消防安全、系统运行稳定性要求比较高。针对这些特点我们需要在设计过程中提出相应的设计方案。

今天我的汇报主要从以下四点展开，第一点是设计标准，第二点是储能设计的一些要点，第三个是案例的一些分析，第四个就是设计相关的一些建议。因为前面各位老师对集成以及电池选型做过详细的介绍，我就不再过多的表述，下面我主要先从江苏电网储能和江苏电网新能源发展的一些状况，跟大家分享一下，然后再结合一个典型案例，给大家做一个分享。

第一个是储能的应用场景，大家都比较熟悉，一个是用户侧，一个是电网侧，第三个是发电侧，发电侧包括常规电源侧和新能源侧。首先从用户户侧应用说起，用户侧最关心的就是获得收益，目前主要从三个方面，第一也是最重要的是电价峰谷差套利，第二是减少用户变压器基本容量费，第三是辅助服务，例如江苏电网这两个月就有用户侧储能参与电网的调峰的辅助服务获取了收益。

电网侧储能主要实现调压、调峰、调频、备用、新能源消纳、紧急支撑等作用，国网公司今年也提出了泛在物联的理念，一个主要的体现就是源网荷储的协调控制管理，实现电力、信息、业务的合流，电网侧。

发电侧包括常规电源侧和新能源侧，常规电源侧一般提供调峰调频的辅助服务。下面结合今天的主体，重点给大家介绍下江苏新能源侧的一些特点，江苏电网今年用电高峰已经达到了1.07亿千瓦，这个体量是相当大的，而江苏电网的火电，根据能源局的政策要求，到2020年将达到一个顶峰，火电规模不会再增加，燃气发电也受制于气源、价格等问题，推进力度缓慢。接下来江苏这边的电力需求主要通过两方面，第一块就是区外送电，第二块就是新能源，包括光伏、风电。目前江苏光伏和风电的装机容量已在2000万千瓦以上，仍在快速增长，特别是海上风电。电网侧储能大家也比较了解，去年开始电网侧储能爆发式增长，在江苏、湖南、河南在地区均建有较大规模储能电站，不过前段时间国家能源局出具了《输配电定价成本监审办法》，指出电化学储能不计入输配电定价成本，对电网侧储能建设可能会有一个暂缓。作为对比的是，随着新能源的大规模建设，尽管目前江苏新能源不存在起风弃光的问题，不过预计在接下来的几年，这个问题可能会需要考虑，同时考虑新能源在电网的占比越来越大，新能源的的电能质量也要采取响应采取提高，这些都对储能在新能源侧应用提出了很大的需求，所以接下来储能在新能源侧的应用会有一个极大的需求。

国家对储能行业也比较重视，出具了一系列的政策支持行业发展，最近国家能源局出台《关于深化电力现货市场建设指导工作意见》，文件提出支持电化学储能参与电力市场辅助服务。国家发改委《关于促进我国储能技术与产业发展的指导意见》，推动储能行业发展。在江苏新能源板块，电价支持政策还不是很明朗，目前主要是省能源局、经信委对风电场、光伏电站的电压、发电计划曲线、调度响应有一些考核，不过随着新能源装机规模的快速扩大，接下来在这块预计会有一些相应的政策支持。

接下来给大家介绍一下储能设计的一些标准，储能行业无序发展到有序发展，标准规范的制定是必不可少的，有利于促进设备制造、设计、施工、运维。大家可以看到，储能设计规范是2014年编制的一个国标，熟悉这个规范的专家也了解，南网依托深圳宝清储能电站开展了一些研究。当时储能作为一个新事物，大家对很多技术细节都不太了解，短短的几年间，储能技术突飞猛进，那个规范很多内容有点过时，所以这个规范今年也正在修订，大家可以看出，从14年到18年，大量的国标、行标、企标和团标都在制定过程中，有效了促进了储能行业的发展。

接下来介绍一下储能电站设计的一些要点接入主要根据电压等级、储能电站规模、接入点网架结构等条件确定。一般采用专线接入公网、T接公网、用户变配电站接入等几种方式。电气主接线根据储能电站的电压等级、规划容量、线路和变压器连接元件总数、储能单元设备特点等条件确定，并应满足供电可靠、运行灵活性、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求，储能电站一般采用线路变压器组、单母线、单母线分段、桥形接线等简单接线方式。

储能电站总平布置需要根据储能电池类型、站址条件、应用场景、建设工期等条件确定，在满足安全、安装、运维等要求下选用集约化布置方式。布置需要考虑周边构筑物的安全防火距离，在江苏等用地比较紧张的地方，我们采用了一些比较集约化的布置方式，后面具体给大家展开。

储能电站计算机监控系统设计，储能电站的监控系统根据它的规模，主要分为三类，第一个是简易型的，主要是针对千瓦级储能电站。第二类是标准型的，是面向千瓦至兆瓦级的储能电站，一般会增加一个优化调度的功能。第三类是层次型的，是面向兆瓦级大型储能电站，一般采用分层分布式结构，由站控层和间隔层组成。储能电站具有信息点庞大的特点，一个40呎电池舱容量按2兆瓦时考虑，它的信息量大概在8000左右，对200兆瓦时的储能电站，信息点位可能在80万左右，这个是什么概念呢，在江苏来说，现在江苏也只有南京、苏州两个地级市地调系统达到这个量级，大量的数据给储能系统的信息处理、上传，包括它的运维，都提出了更高的要求。现在我们采用大数据的方式，构建储能信息子站系统，实时对电压、温度、电流等信号进行实时采集，采集后的数据上传到站用服务器，并对采集的信息进行分析，另外设置一套服务器系统，对经过筛选的数据进行上传，因数据量比较大，每半个小时对前面的数据进行覆盖。运维这方面，储能电站大家也知道，是由大量的电芯进行串并联组成的一个系统。大量的电芯的系统对运维人员提出了极高的要求，运维人员当后台系统某一个电芯发生故障的时候，如何能快速的找到那个舱，把它的故障进行隔离，阻止故障的扩大，也可以构建一套储能的运维系统。这边是基于大数据分析处理技术，通过一些智能终端，二维码一些手段，相当给每个电池插箱一个身份证，通过手持终端、通信等技术快速的到达故障的对应的电池舱内故障点。

接下来介绍电网侧储能发展的背景，第一是加快源网荷储系统升级，保障电网运行安全。随着特高压一交三直工程落点江苏，江苏电网区外来电规模不断增加，强直弱交结构带来的安全风险日益显现，存在直流近区交流电网故障导致直流闭锁或直流系统故障等造成大功率缺失的风险，严重影响电网安全稳定运行。储能具有良好的毫秒级快速、稳定、精准的充放电调节特性，是扩大源网荷储系统响应规模，提高江苏电网抵御事故水平的重要手段。

第二是促进新能源消纳，服务能源绿色转型。储能充电可以辅助调峰，减少峰谷差。储能放电可以作为调峰电源，支撑负荷尖峰。可以缓解局部重要重载的受电断面压力，通过调节储能在充分方法电功率，可以实现对受电断面功率的灵活控制，储能可以作为解决重要受电断面越限问题的备选方案。

下面结合我们做的镇江储能电站这个项目给大家做一个介绍，镇江储能到现在运行了一年的时间了，首先我想结合这一年的运行对其中的一些经验做些回顾，同时江苏目前在建第二批次储能，结合一些最新的设计理念给大家做一个汇报。镇江储能建设的背景是去年是有三台33万的机组停了以后，新建的一座燃气电站没能按时投运，造成了地区电网有一个20万的电力缺口。去年4月份的时候，江苏电网也想了很多办法，看看能不能从区外调运等手段，不过时间比较紧张实现难度很大，所以最后确定采用建设储能的方式进行削峰，同时也介绍下，现在储能电站比较常规的运行策略是调频。

储能系统包括电流、BMS、PCS等组成的一个系统。这是电池内部的一个结构图，储能电站通过一个电芯的串并联，形成电池模组，多个模块串联形成电池簇，多个簇并联接入PCS直流侧。右边这张图是去年我们的一个储能电站内部的实景图，我们现在提出一些优化设计方案。一是把它的电池舱达到2.8米宽，相对于原来的标准2438的宽度，提高了舱内检修通道的空间；第二，电池插箱的接线，之前国内发生一个事故，就是因为接线人员的失误，造成电池系统的短路。现在我们提出的一个方案就是正负极加装一个结构性的防止反接的预防措施。第三就是电芯的容量，我们国内电池厂家也比较多，电池这块国内也没有一个现行的规范，对它的一些容量，包括它的一些尺寸进行规定。电芯的容量现在从国内据我们了解，从二三十安时到270多安时都有，这样的话，就会导致一个问题。如果电芯容量过小的话，就会导致串并联的个数比较多，对电池的安全、一致性带来一些问题。我们现在江苏这边对它的要求是80安时以上，80安时也就兼顾了很多电池厂商的一些特点。第四个就是电池舱，我们现在可以把它的舱顶做成单坡的形式，防止漏水、积雪等问题。电池舱内的暖通设计刚刚有老师详细介绍过了，我就不展开了。

这张图是电池舱的布置，江苏的储能电站从去年4月份有设想，到7月份建成，也就两三月的时间，这么短的周期，采用的预制舱平铺的方式，它的占地面积非常大。我们提出了一个新的布局方式，主要有两个方式。第一个方式就是两个舱之间加一个防火墙，因为电池舱之间为什么要隔一段距离？一个是考虑它的设备检修、安装的问题，还有考虑安全的问题。我们在两个舱中间加一个防火墙，减少占地的面积，促进集约化的建设。第二个是采用双层叠加的方案，采用20呎的舱进行叠加。

下面我重点介绍一下消防，江苏省公司专门做了一个课题，主要针对磷酸铁锂的属性。磷酸铁锂电池相对三元、钠硫等电池，最主要的特征就是安全。但安全也不是绝对的，对电网侧的话，必须要做到万无一失。所以我们现在构建了两套消防方案，第一个系统是在舱体内增加一氧化碳、氢气可燃气体的探测，根据我们做的一些试验，磷酸铁锂电池会在热失控的时候有一些氢气、一氧化碳的析出，加装一氧化碳、氢气可燃气体的探测手段，并接入到BMS系统和火警报警系统，起到多级连动的控制。当可燃气体达到一级报警阙值时，把空调关闭，通风机打开，并关闭簇级开关和PCS，当达到二级报警阙值时，关闭空调和通风机，关闭簇级开关和PCS，并启动水喷雾消防系统。

这张图是镇江储能电站的形式，我给大家分享一下我们现在是怎么做的呢。第一个就是提高储能电池PCS的容量，镇江一个舱是2兆瓦时，现在我们第二批次把集装箱的容量提高到2.2兆瓦时，PCS由500千瓦提高到630千瓦。第二个是我们一期是采用两个PCS接一个变压器的形式，我们本期采用的是4个PCS接入一台双分裂变压器，每个分支接2个变压器，采用主从控制策略实现协调运行，我们也了解到，阳光等一些厂家，已经可以做到6个PCS并联接入到变压器的技术。

这一块是关于SVG的配置，我们新上的储能电站已经不上SVG了，改而通过PCS器实现对储能电站的无功支撑，通过PCS协调控制器实现对PCS的协调管理。

储能电站的监控系统，主要是通过分层分区的结构形式。我们储能电站这边根据实时信号和非实时信号或分区的形式，向调度那边上传相应的信息。分层架构包括站控层、间隔层，除了储能系统，还包括其他的一些设施，包括往调度上传，都要有一些调度的边缘协议。我们现在采用统一的规约形式，主要是两种形式，一个是104，第二个是61850。这块是关于储能电站的辅助控制系统和消防，消防给各位专家做了介绍。我们整个储能电站有一个核心的考核指标，是它的效率，这个效率不是对电池系统来说的，主要是对并网点充放电的效率。如何提高并网点充放电的效率呢？主要是两个方面，第一个是设备本身，包括储能电池，包括PCS，包括变压器以及交流设备，对我们储能系统，电池这边充放电的效率，目前可以提升到93%以上。这是规范的要求，像我们有些厂家可能已经做的非常好了。PCS，像我们阳光刚才介绍了，这边最高效率已经能够达到99%。第二个站用电负荷的降低，储能电站一个主要的负荷就是空调等暖通负荷，通过建立一个高效、均衡温度的温度控制系统，提高电池舱的稳定运行，也降低站用电负荷。

这一块是关于储能电站的快速响应，我们江苏省公司建设了一套源网荷储协调管理系统，我们储能电站接入源网荷储系统，在特高压双极闭锁等一些极端事故时支撑电网的频率稳定，储能系统从满充到满放的PCS充放电转换时间小于100ms，目前实际水平应该在30ms左右，再加上通讯时间，也是能满足电网支撑的要求的。当储能电站接收源网荷储系统命令时，储能电站由其接管，当没有其他命令时，五分钟内收到再由站内监控系统接管。

最后简单介绍下储能电站设计的一些要点，从站址、储能功率、储能容量，储能运行模式，先确定下来站址和主要建设规模，然后在确定我们储能电站建设的各个专业的主要要点。因为时间关系，这块就不展开了。

我的汇报就到此结束了，谢谢大家！