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阳光电源汪东林:储能系统集成与设计面临的挑战

北极星储能网  来源:北极星储能网    2020/9/29 16:23:02  我要投稿  

北极星储能网讯:是以“动”代“储”,很多储能系统集成商会直接拿动力电池用作储能电池,新能源汽车的动力电池和储能电池有根本的区别,设计标准要求差异非常大。二是非专业集成,现在可以看到随着储能产业的快速的发展,有越来越多的企业加入到储能系统集成行业,但厂家集成能力参差不齐,不少厂家缺乏储能系统集成设计经验和集成设计能力。还有储能系统非一体化的设计,软硬件不兼容,储能系统产品未经过全面出厂测试验证等问题也都比较突出,这些都给整个储能电站的后期运行留下了很多的隐患,也影响了储能产业的良性发展。

——阳光电源汪东林

9月28日,中关村储能产业技术联盟在青海西宁举办“2020中国储能西部论坛”,会议聚焦“高比例可再生能源渗透率下电力辅助服务市场发展路径探讨”,围绕国内重点区域特别是青海支撑可再生能源消纳的辅助服务现有机制,研讨支撑高比例可再生能源及低碳能源转型的辅助服务机制的发展路径。阳光电源股份有限公司储能解决方案总监汪东林在会上作“储能电站并网验收建议”主题报告。

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阳光电源汪东林

汪东林:各位领导,各位储能行业的同仁下午好!我来自阳光电源,今天下午我给大家汇报的题目是“储能电站并网验收建议”:

1.国内储能发展的机遇与挑战,大部分是现在存在的问题与挑战。

2.储能电站(储能系统)在行业标准并网前期的验收,在实际项目中遇到的问题,针对这些问题我们提出了一些建议和总结。

3.介绍一下阳光电源整个全球的储能业务布局。

一、国内储能面临的挑战

储能市场预测,今年中国储能相比去年将翻一番,市场规模会超过1GW,储能的电池容量参考平均算法会超过2GWh以上。这相比前几年取得了一个飞跃的发展。其前提是归功于新能源+储能今年的快速的实施,2020年将是中国电源侧储能新元年。到目前为止,经过统计有14个省份对光伏和风电要求增加整个电站10-20%,时间维度是1小时到2小时的储能配置能量。这对整个行业和储能设备厂家都是好消息。

同时我们也认识到目前整个储能系统成本偏高,由于现在所有的储能系统和电站获得的收益没有办法获得充分的保证,储能系统对整个新能源厂站都是很大的负担,简单测算,针对新能源厂站+储能,如果是针对光伏电站增加20%,初始投资会增加8个点到10个点,对风电厂的投资基本上会增加15-20%,这些储能系统的强配,给新能源业主增加了非常高的成本负担。

虽然现在新加储能度电成本不足以维持当前的储能收益,今年整个储能的度电成本还在0.50元左右;但经过预测2025年,储能度电成本将下降到0.20元以下,将会在电源侧、用户侧会获得非常好的经济收益。

储能系统集成与设计面临的挑战,总结四个方面的问题。

一个是以“动”代“储”,很多储能系统会直接拿动力汽车上的动力电池直接运作储能电池,动能汽车的动力电池和储能电池有根本的区别,设计标准和差异非常大。二是非专业集成,现在可以看到随着储能产业的快速的发展,有越来越多的企业加入到储能系统集成行业,最终交付给客户的整个储能系统的集成存在很大的隐患。三是非一体化的设计。四是未经过全面测试,这些都给整个储能电站和储能行业留下了很多的隐患,整个储能系统的安全隐患和实际运维过程中的设备故障率偏高和储能系统的寿命达不到前期设计的预期成本和整个储能系统的控制都面临很多问题。

储能集成厂家技术参差不齐,很多厂家的集成设计和对系统的设计就是把锂电池和储能PCS系统简单堆砌到系统集装箱里,缺乏系统化设计。这里有两个典型例子,某一个两兆瓦时的电站在整个运行一年时间中,发生了将近2万次的告警,这非常恐怖,中间也发生了多次的停机现象。还有一块是储能系统的寿命远远达不到设计初期的指标,可以看到设计寿命为什么达不到指标要求,最终发现储能系统集装箱里运行温度和单体温差超过20摄氏度,电池温度每升高20摄氏度,循环寿命会减少一半。整个储能系统的寿命会比预期寿命减少一半,所有的业主是不愿意看到的,现在很多业主意识不到这个问题的存在。

还有更严重的问题来自于本身储能系统隐藏的问题,就是储能系统本身的安全性。集成厂家锂电池的选择,有的直接拿动力电池甚至直接拿库存超过半年和一年以上的电池都有,还有会采用B类、C类和更差的动力汽车上无法使用的电池用在储能系统中,有可能导致储能系统发生极大的安全事故,这种问题事件发生过很多了。韩国截止2020年5月,在1000多座储能电站里发生了29座电站起火爆炸问题,事故率达到1.7%。国内2017、2018、2019年都发生过极端安全事故,就是起火和爆炸,美国电网侧的储能也发生过爆炸的问题,甚至造成了安全消防人员的伤亡事故。

储能系统的集成更需要完善其标准,现在整个储能系统从设计到运输、安装、后期验收、运维和储能系统一旦发生火灾之后的处理,以及储能系统寿命、到期后的电池回收,整个一系列的行业进程是都没有非常完善的标准进行保证,举个简单的例子,GB/T 51048的标准是2014年发布的,在这个标准里对储能系统的消防安全做了一个界定,界定为戊级火灾系统,储能系统锂电池安全问题远远不是戊级这么低,行业内缺乏储能电站和安全设计的标准,作为整个行业来说标准完善是急需行业同仁共同进一步推进,同时,近期最紧迫的,随着很多储能电站的实施投运,这些储能系统的并网验收更为是当务之急。

二、针对储能电站验收提出的建议

目前储能系统设计主要是 GB/T 36547、GB/T 36548、GB/T 36276,主要围绕这三个方面的标准。这三个标准不能完全涵盖储能系统设计的方方面面。今年阳光电源8月份广东佛山投运了一个火储联合调频系统,在验收前我们做了将近40多天的测试,全部由南网电科院基于 GB/T 36547、GB/T36548、GB/T 36276的标准,对整个储能系统的接入做了全方面的测试,一个是包括电网适应性还有储能系统本身的响应时间和储能性能及保护方面的测试,同时,针对频率系统稳定重点做了一次调频的测试和验收。在一次调频中,阳光电源提供的七段式一次调频的功能来满足其需求。

针对验收过程中有些比较标准模糊的地方,我们提出了相关建议。第一个是储能系统的功率容量定义,这是非常基础的,所有的储能电站都会涉及到,但现在没有任何的标准对储能电站的功率和容量做明确定义。现在一个10MWh时的电站没有任何人知道,10MWh是直流侧还是交流侧容量,是充电容量还是放电容量?这没有一个标准界定。很多业主和电站为了降低成本,他们以储能电站的直流容量作为电站设计容量。

高/低电压穿越,储能系统接入进来之后更好的维持电网稳定,要求储能系统具备高低电压穿越,实际项目中电压穿越是在并网充电还是放电状态下?传统的新能源并网,所有的高/低电压穿越都是基于并网放电状态下进行的,但是储能系统它有两个工作状态,一个是供电状态,一个是放电状态,为了支撑电网要求储能系统必须在充电放电两种工况下都可以很好的支持电网的高/低电压和频率集成的穿越。

以“动”代“储”,以动力电池替代储能电池,储能电池的标准是有一个专门的储能标准叫做GB/T 36276,2018年正式发布的,根据最新的测试机构的消息,到目前为止大概是8-10家储能电池,储能电芯是通过了36276官方认证,只是电芯,到整个簇、到模块很多厂家也没有做。最根本的问题是储能电池的标准和动力电池的标准有很大的差异性,差异性主要体现在储能的安全性和寿命,储能电池比动力电池的标准上有更高的安全性的要求,储能性电池在任何情况下过温过放的条件下,不允许任何起火爆炸的情况发生,在动力电池没有非常明确的提出不允许起火爆炸的要求,动力电池只要汽车发生极端安全事故后,只要留给乘客或者是司乘人员5分钟逃离时间就认为动力电池是安全的。寿命上储能电池和动力电池也有根本的区别,储能电站要能够满足15年使用寿命和更高使用寿命的基本要求,但动力电池的所有的标准基本上循环寿命只要做到3000-4000次,就是行业内非常高的标准要求了。前两年动力标准寿命只要在1500次左右,就可以满足动力汽车的使用,在其他方面设计系统存在了很多的差异,这个差异体现了储能电池和动力电池完全不一样的要求,不能直接将动力电池用到储能系统里。储能系统的响应,功率的快速性和稳定性是非常高的要求,标准里是1秒-3秒的要求,很多的储能电站里是特别是受电端的特高压输电闭锁和源网荷响应的响应时间都是百毫秒级的要求。还有储能标准对功率数的要求很低,基本上参考了新能源发电的标准要求,储能PCS具备了四象限运行支撑和快速的响应能力,在新能源厂站里可以替代替代SVG。

随着最新的国家标准DLT1870-2018标准发布,对所有的新能源网站都要求具备一次调频的要求,现在一次调频的要求执行不到位,后期对储能系统要求具备一次调频的要求,对一次调频的上调下调,功率幅度和频率范围门槛要提出明确的要求,这是标准要进一步的完善的地方。

还有很多建议不一一罗列,如储能系统的转换效率二次调频性能指标,储能电站接入规模、黑启动和惯量支撑,这些都可以很好的对电网进行支撑,但这些性能到目前为止没有任何的标准规范,对这些要求和功能进行明确清晰的界定。后期在储能电站的设计标准、验收标准,需要国家相关机构和行业同仁共同推进,具体的并网验收要加强,同时要完善标准,同时另外提一个问题,新能源厂站所有的系统都接入到电力调度系统,电力调度系统对储能系统如何调度,功率如何分配也没有非常清晰的定义,现在所有的新能源厂站面临的问题,就是加了储能,但储能最终怎么用没有一个调度相关的规范。

三、阳光电源储能业务布局和项目分享

阳光电源成立于1997年,2011年深交所上市,目前员工人数超过3800人,其中40%是研发人员,60-70%都具备硕士博士学历,同时阳光电源是全球新能源100强企业。从2013年开始每年平均业务增长率超过30%,目前为止全球逆变器出货量超过120GW,连续四年全球第一,储能系统项目超过1000以上。目前逆变器产能达到50GW,电池50GW时,集成系统达到60GW和60GW时。

阳光电源的产品服务于全球120个国家,在全球有50个服务网点。经过23年电力电子转换技术的积累,目前储能逆变器3kw-6.9MW全场景灵活匹配逆变设备,全球发火量超过120GW+,在海外我们主推三元技术路线,国内是磷酸铁锂,目前我们具备所有场景的储能系统解决方案。

高度集成提升收益,全面直流管理,四级电池管理和四级熔断保护和快速联动保护,充分保证了储能系统的安全,还有智慧管理和数字互联,主要是EMS这块的设计。

根据中关村联盟统计,阳光电源储能系统发货量连续四年位居全国第一,2016年储能系统集成发货量是全国第一,2017和2019年储能系统连续多年全国第一,2018年储能变流器也是全国销售的第一名。目前为止我们全球储能系统应用超过1000以上,主要应用在北美、欧洲和中国亚太地区,所有1000个储能系统未发生任何的安全事故。

阳光电源在光储融合、电源侧储能、微电网和用户侧做了大量的储能项目,积累了丰富的项目经验,后续期待和各位同仁进一步合作。

谢谢大家!

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