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智光储能郭威:级联型高压储能技术在电源侧的应用

北极星储能网  来源:北极星储能网    2020/8/30 13:37:44  我要投稿  

北极星储能网讯:储能接入新能源电站,目前有两种主流接入方式。高压接入方式和低压加变压器的接入方式。国内受限电及政策等影响,目前配置的功率大概是5%到20%,充放电电池容量按照1小时到2小时配比,具体怎么配,需要根据场站量身定制,绝对不可以一刀切。

——智光储能技术总监郭威

2020年8月26-28日,由中国能源研究会、中关村管委会、中关村科学城管委会指导,中国能源研究会储能专委会、中关村储能产业技术联盟、中国科学院工程热物理研究所联合主办的“第九届储能国际峰会暨展览会”在北京召开。峰会主题聚焦“聚储能十年之势,创产业十四五新机”,同期举办储能联盟十年纪念论坛。北极星储能网、北极星电力APP对本次峰会进行全程直播。

在8月28日“储能与新能源融合发展”分论坛上,广州智光储能科技有限公司技术总监郭威作“级联型高压储能技术在电源侧的应用”主题报告。

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智光储能技术总监郭威

郭威:大家中午好,今天跟大家分享的内容是级联型高压储能技术在电源侧的应用。

第一部分是电源侧的需求与方案。

首先要了解一下电源侧目前有哪些应用。一个是火电厂的调频,目前在国内部分省份已经具有经济性。第二个是风电和光伏电站的柔性消纳和辅助服务。

我们看一下具体的需求:火电厂调频主要是AGC,为了达到更好的经济性,一般情况下把储能系统做成多个单元或者两个单元,只服务一台机组或者同时服务两台机组的。功率容量比较大,目前的话主要是以8兆瓦到30兆瓦这么一个等级,电池容量15分钟到20分钟。单站功率容量到底建设多大,这个行业里边可能争议性比较大,目前有些人说是按照3%的机组功率去配比,这种说法值得商榷。需要严格分析机组获得到的调频指令,分析更多的调频指令分布情况。所以需要对不同的机组AGC指令进行针对性的分析,覆盖到80%就有较好的经济性。

第二个充放电容量,我的写法是15到20分钟,而不是现在很多提的30分钟,主要是因为:第一,30分钟是考虑到储能电池的衰减;第二,实际上在调频这个领域里边,储能电池的DOD深度并不是百分之百,实际上控制在20%到80%区间,可用容量只有60%的区间这么个情况。

第三个是联合响应AGC,占地空间大概是12个MW做到7个集装箱。

再看新能源电站,其发电特性比较任性,光伏发电随着天气变化,波动性比较大,风电更加任性了,所以说新能源发电是特别任性的电源。

新能源配储能,是从解决弃光弃风限电的角度上来分析储能系统配比的,接入到新能源电站,目前有两种主流接入方式:高压接入方式,低压加变压器的接入方式。国内新能源电站配置储能主要受限电和政策等影响,配的功率大概是5%到20%,电池容量是按照1小时到2小时配置,具体怎么配,需要根据场站量身定制,绝对不可以一刀切。另外还需要参与快速频率响应(一次调频),主要依据的标准是DL/T-1870-2018的标准。储能系统配置在电站里主要是解决弃风弃光的限电,提高上网电量,所以要求更高的系统效率;接入方式最好简单,施工量小,减少工程造价,运维最好便捷一些,不要装一套储能设备给厂站运维人员造成更大的负担。

总结一下电源侧储能的一个需求:首先要求电站的功率比较大,电池容量也比较大。其次一定要响应一次调频,AGC控制和对电站的协调控制和响应速度要求比较高;第三,电站的电池的数量比较多,运行数据比较大,管理复杂,最好能够精简;最后储能行业同仁都有一个共识,成本压力比较大,需要降低成本。

结合以上分析,我们看高压级联型储能系统如何适应这些需求,面向电源侧的需求进行适配。

首先,高压储能系统单机功率特别大,目前成熟的产品可以做到单机10MW,因为不需要协调控制器,响应速度特别快,单机响应速度可以达到2到3个毫秒。

第二,解决了行业里边非常重要的一个痛点,即单个电池堆的电量非常小,各电池堆直流母线相互之间独立,电池并联的数量非常少,甚至可以做到不并联,这就可以解决前面讲的很多专家提到的短板效益、安全性的隐患,系统效率低等问题。

第三,级联型高压储能单模块运行功率可以差异化匹配,电量更有保障,有效保障可用容量最大化。

第四,交流侧的电压是实现移相叠加,在没有滤波器的条件下,电能质量都可以满足电网规定的要求,THD值小于3%,无变压器输出高达6到10千伏,理论上是可以做到35千伏的。

第五,与典型的SVG拓扑架构非常相似,这种技术路线在国内外已经有超过30年的应用。

关于电芯并联的问题分析之前很多专家都已详细论述,我这里简单介绍:首先当储能系统输出功率恒定,由于电芯内阻、SOH等不可避免的差异性,部分电芯会超倍率运行,部分电芯是低倍率运行,超倍率运行和低倍率运行导致超倍率运行的电芯衰减非常快,短板效应更加明显一些。

第二,电芯、PACK和电池簇之间并联以后相互之间有一个自放电,在还没有对外放电的时候,自己内部先打几个个内循环,这个内循环我们不欢迎,容易引起部分电芯过早的衰减。

第三,故障电芯容易扩大事故,所以并联电芯的数量越多影响越大,我们在行业里边首先提出要尽量的减少电芯的并联,这个是我们智光一直在做的,希望能够和储能行业的同仁、做储能系统集成的同仁一起,通过我们一起努力,最终实现储能系统电芯零并联这一目标。

在系统循环效率方面,在0.3C到0.5C运行期间,在交流并网点统计电量,系统循环效率高达94%到96%,这个效率非常非常高!2C系统运行实测效率高达90%,非常震撼!

电能质量方面,因为输出的是SPWM波,多模块输出进行叠加,单个模块输出300伏到400伏,叠加后就可以直接输出到6到10千伏,THD值小于3,与传统的这三电平的PCS相比差异明显。其实级联型高压储能系统算是一种多电平系统,一级是两电平,十级就是20电平,由于电平数量多,所以电能质量和波形效果是非常好的。

以下实际案例分析:

这是我们在广东做过的两个火电调频的项目,分别于2019年和今年8月成功投运:一个330MW的燃煤机组,配9MW/4.5MWh,由两套4.5MW/2.25MWh储能系统组成,另外一个是600MW燃煤火电机组,安装4套5MW/2.25MWh储能系统,合计20MW/10MWh。电站运行的综合效率较常规升压方案提高10%,占地面积节约30%,按照GB/T-36548-2018标准测试,均一次性通过并网测试,各项性能指标优良。

关于响应时间,我们实测的充电响应和充电调节时间均小于0.5秒,远低于规定2秒和3秒,放电响应和放电调节时间也远远低于规定值,系统充-放电转换时间要求小于2秒钟,级联型高压储能系统则快了一个数量级,性能非常优异。注意,这里所有的都是包含站内通讯延时在内的充放电响应时间,无需协调控制器。

在热控制方面,同一集装箱内部PACK级温度的最大极差做到了3度,甚至可以和水冷系统相比,这得益于我们对电池簇的分级独立控制和优秀的散热设计。

最后简单介绍一下广州智光储能科技有限公司。

智光储能是广州智光电气股份有限公司的全资子公司,成立于2018年2月,依托于智光电气20多年来在电力电子、高电压和电气控制领域的不断积累和勇于探索,研发出了很多很先进、性能卓越的储能产品。智光电气成立于1999,从事电力电子、电气控制和高电压相关技术研究和产品开发应用二十多年,目前拥有多家子公司,2007年在深圳上市。目前已申请专利有49项,授权19项。智光储能目前拥有分布式模块化储能产品,级联型低压储能产品,集中式低压储能产品,级联型高压储能产品等。

我今天的分享就到这里,谢谢各位!

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