11月10-11日,由湖南省能源局指導(dǎo),中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)主辦的“第三屆全國電源側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)及應(yīng)用高層研討會(huì)”在長沙華天酒店召開。來自電網(wǎng)公司、設(shè)計(jì)院、系統(tǒng)集成商等領(lǐng)域的400余人參加了本次研討會(huì)。
會(huì)議期間,南瑞繼保電氣有限公司設(shè)計(jì)院院長朱曉彤分享了主題報(bào)告《大容量風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合運(yùn)行控制方案及工程實(shí)踐》。中國儲(chǔ)能網(wǎng)對(duì)其演講內(nèi)容進(jìn)行了梳理,并在此分享給大家,供大家學(xué)習(xí)、交流。演講內(nèi)容如下:
朱曉彤:各位領(lǐng)導(dǎo)、各位專家、各位嘉賓,我報(bào)告題目是《大容量風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合運(yùn)行控制方案及工程實(shí)踐》。
電源側(cè)儲(chǔ)能在風(fēng)電大規(guī)模接入的時(shí)候,是可以參與調(diào)峰,調(diào)頻等輔助服務(wù)市場的,國家最近也出了一些政策,會(huì)議資料里面也都有,就不強(qiáng)調(diào)了,在電源側(cè)加裝儲(chǔ)能是這兩年的熱點(diǎn),怎能把電源側(cè)儲(chǔ)能的事情做好,我們進(jìn)行了的思考,同時(shí)也依托安徽華能蒙城風(fēng)儲(chǔ)這個(gè)項(xiàng)目把事情展開。
簡單介紹一下項(xiàng)目的情況,安徽蒙城風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合的項(xiàng)目,是按照風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量20%規(guī)模配置,額定容量40兆瓦40兆瓦時(shí),布置在小澗和許疃升壓站。
這個(gè)項(xiàng)目目標(biāo)是以緩解華東電網(wǎng)調(diào)峰壓力,增加優(yōu)質(zhì)的調(diào)峰資源,配置發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能,參與電力調(diào)節(jié)后的收益,是項(xiàng)目建設(shè)的目標(biāo),我們按照這個(gè)目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。儲(chǔ)能容量是按照母線風(fēng)機(jī)容量20%配置,35KV側(cè)各設(shè)置了考核點(diǎn),小澗是30兆瓦時(shí)本期一次上齊,許疃站本期10MWh,預(yù)留35KV母線10MWh。
(圖)這是相關(guān)接入站的主接線,按照儲(chǔ)能的模塊進(jìn)行設(shè)計(jì),2.98MWh磷酸鐵鋰電池艙,4X630KW的PCS,2800KVA升壓變構(gòu)成2.5MWh儲(chǔ)能單元。整個(gè)站一共是四個(gè)單元并接接入35kV I段,8單元并接接入35kV II段。
這個(gè)平面布置是儲(chǔ)能設(shè)備是跟風(fēng)廠挨在一起,使用了原來生活區(qū)預(yù)留的場地,占地43X44平方米。南北豎向布置,安裝規(guī)模30MWh,本期一次上齊。
許疃是10兆瓦-10兆瓦時(shí)的,共設(shè)置了4個(gè)2.5MW模塊化儲(chǔ)能單元,包括3組AC-DC儲(chǔ)能單元。AC-DC+DC-DC儲(chǔ)能單元是業(yè)主自有新技術(shù)應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)電池簇的節(jié)能和細(xì)化管理。
許疃也是在預(yù)留場地內(nèi),按照整體方正布置,從電池布置上做了一些考慮。講到容量的問題,剛才湖南綜合能源公司單總強(qiáng)調(diào)了容量的問題,是按照電網(wǎng)側(cè)的容量來考慮,電網(wǎng)側(cè)容量2.5MWh,要達(dá)到80%,直流側(cè)到交流側(cè),通過我們計(jì)算也差不多。包括放電深度、電池系統(tǒng)放電效率,PCS其他損耗整個(gè)算下來直流側(cè)2.985MWh,這是容量問題,基本上80%不到一點(diǎn)。儲(chǔ)能艙分系統(tǒng)構(gòu)成,大家都很清楚了,就不多說了。
電池倉一共20個(gè)電池簇,每個(gè)簇18個(gè)模塊+一個(gè)高壓箱串聯(lián),儲(chǔ)能艙是20個(gè)電池簇,能量密度還是比較高的。每個(gè)電池模塊是單體電芯。
這是升壓變流艙的布置圖,包含負(fù)荷開關(guān)室、變壓器室、變流器室,結(jié)構(gòu)比較緊湊,空間布置通過三維的設(shè)置,最終的布置非常集約化。
設(shè)計(jì)過程和施工過程,是從5月初啟動(dòng)開始設(shè)計(jì),通過整個(gè)5月完成從初設(shè)到施工移交,6月初就施工開始,8月底項(xiàng)目通過安徽電網(wǎng)的驗(yàn)收,從設(shè)計(jì)角度來講給我們時(shí)間也不多。
6月3號(hào)剛剛開始正式簽訂合同,有些工作實(shí)際上是提前進(jìn)行了,到8月27號(hào)2個(gè)月不到的時(shí)間,整個(gè)工程通過了電網(wǎng)的并網(wǎng)驗(yàn)收。我們公司是做整體的EPC,設(shè)計(jì)階段和設(shè)備生產(chǎn)在廠內(nèi)各種協(xié)調(diào)做起來相對(duì)比較順,才可以短時(shí)間內(nèi)快速的實(shí)施完成。當(dāng)時(shí)業(yè)主也說,這個(gè)項(xiàng)目確實(shí)只有你們能夠這么短時(shí)間內(nèi)達(dá)到他們的預(yù)期要求,他們的預(yù)期是8月底一定要并網(wǎng)。
下面是在這個(gè)項(xiàng)目中做的一些創(chuàng)新工作的考慮。
控制模式這是大家關(guān)心的,風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合運(yùn)行怎么控制,總結(jié)來說有兩個(gè)模式,一是調(diào)度直調(diào)儲(chǔ)能模式,相當(dāng)于是大負(fù)荷又是電源;二是調(diào)度統(tǒng)調(diào)模式,對(duì)風(fēng)場來看,儲(chǔ)能和風(fēng)場指令內(nèi)部協(xié)調(diào)控制。
風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合運(yùn)行的方式下,電網(wǎng)調(diào)度對(duì)這種有什么需求?從調(diào)度的需求來說,風(fēng)儲(chǔ)發(fā)電的EMS功率系統(tǒng)要滿足電網(wǎng)調(diào)度的要求,希望參與電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓,這是電網(wǎng)側(cè)帶來的要求。用戶側(cè)的需求,是要在安全運(yùn)行的前提下,提高風(fēng)電資源利用率,風(fēng)電場出力性能滿足“兩個(gè)細(xì)則”要求,追求最大發(fā)電效益。所以控制必須要安全,在整體約束的情況下首先要保證是安全運(yùn)行的,然后優(yōu)先滿足調(diào)度的要求,等電網(wǎng)側(cè)的需求滿足了,而系統(tǒng)又可用性的情況下,發(fā)電側(cè)再多做一些功能提高經(jīng)濟(jì)效率,比如說減少棄風(fēng)等。
分兩個(gè)層面考慮控制,穩(wěn)態(tài),正常運(yùn)行的情況下,考慮三個(gè)模式,一是減少棄電的控制模式,有些地方風(fēng)場還有消納的問題,限電的時(shí)候要控制儲(chǔ)能充電,湖南晚上風(fēng)場出力比較大,到了白天反而少了,正好是晚上充電,白天可以放電,其實(shí)還可以再更狠一點(diǎn),風(fēng)場滿出力的情況下,通過儲(chǔ)能提高風(fēng)場的收益;二是風(fēng)功率預(yù)測補(bǔ)償模式,有的時(shí)候不限電,風(fēng)場每天會(huì)提供風(fēng)功率預(yù)測曲線,這個(gè)調(diào)度也會(huì)對(duì)風(fēng)場進(jìn)行考核,可以通過儲(chǔ)能把曲線跟預(yù)測的一致,通過這種方式減少考核的扣款。三是AVC模式,儲(chǔ)能系統(tǒng)參與到無功電壓控制,提高整站無功調(diào)節(jié)能力,可替代部分SVG容量,節(jié)省建設(shè)成本,這也是提高風(fēng)場經(jīng)濟(jì)效益的手段。
講完穩(wěn)態(tài)控制,就要提到快速響應(yīng)。風(fēng)場希望參與到電網(wǎng)的一次調(diào)頻,甚至是緊急功率支撐模式和緊急電壓支撐模式,控制系統(tǒng)快速做響應(yīng),對(duì)技術(shù)要求水平是比較高的。我們考慮的優(yōu)先級(jí)是儲(chǔ)能快速控制系統(tǒng)優(yōu)先于穩(wěn)態(tài)下,實(shí)現(xiàn)方式是配置儲(chǔ)能協(xié)調(diào)控制器,通過并網(wǎng)點(diǎn)電壓頻率,實(shí)現(xiàn)應(yīng)用功能。當(dāng)然這個(gè)要跟調(diào)度或者是實(shí)際的需求進(jìn)行匹配,到了一個(gè)省有很多的儲(chǔ)能站的時(shí)候,就可以做電網(wǎng)的緊急功率支撐。
開展了全三維的設(shè)計(jì),因?yàn)橹饕切驹瓉淼念A(yù)留場地比較小,我們通過三維的設(shè)計(jì),在更加緊湊情況下,碰撞的隱患可以避免,同時(shí)布局更加合理,從初設(shè)到施工都是三維設(shè)計(jì),包括各個(gè)專業(yè),水工結(jié)構(gòu)都開始做全三維的設(shè)計(jì)。
通過三維設(shè)計(jì),總平布局方面,優(yōu)化了PCS艙進(jìn)線的模式,采用模塊化設(shè)計(jì),布局上面考慮合理的布局,電纜路徑最少,成本最優(yōu)。檢修方面模塊化方式更加適合檢修。
大家目前都很關(guān)心效率問題,在項(xiàng)目中設(shè)計(jì)了精準(zhǔn)的能效監(jiān)控系統(tǒng),首次在大型儲(chǔ)能站實(shí)現(xiàn)了能效精準(zhǔn)監(jiān)測,能效節(jié)約下來都是錢。在儲(chǔ)能站各個(gè)回路,包括輔助用電回路、充放電主回路,額外設(shè)計(jì)了很多交流電表、直流電表、分流器等。通過優(yōu)化的設(shè)計(jì),只增加了0.1%的投資,這非常容易接受。后面做儲(chǔ)能效能分析的時(shí)候可以做能效控制方面的改進(jìn)。
調(diào)試方面,全面保障電池本體安全,聯(lián)合調(diào)試系統(tǒng)化調(diào)試方面做了很多工作,直流側(cè)增加了相關(guān)的項(xiàng)目,使得調(diào)試更加完善。
下面介紹一下儲(chǔ)能系統(tǒng)四個(gè)主要產(chǎn)品的特點(diǎn),因?yàn)楹玫捻?xiàng)目離不開好的產(chǎn)品。
PCS,我們采用的是電網(wǎng)級(jí)可靠設(shè)計(jì),是跟電網(wǎng)保護(hù)設(shè)備同架構(gòu),同時(shí)跟很多電池也有配合的經(jīng)驗(yàn),我們還有比較有特色的故障錄波,方便故障分析,儲(chǔ)能那么多電池,如果沒有很好的數(shù)據(jù)展示要找問題是非常困難的。
PMS,率先實(shí)現(xiàn)快速功率控制,毫秒級(jí)延時(shí),全站功率響應(yīng)30到60毫秒,滿足緊急情況下電網(wǎng)對(duì)儲(chǔ)能電站的要求。
儲(chǔ)能站的監(jiān)控也是很大的難點(diǎn),比如含有大量的模塊的溫度信息,相關(guān)數(shù)據(jù)要上來,對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)是很大的挑戰(zhàn),我們本來就做大的新能源集中監(jiān)控,都是一體化考慮,聯(lián)合運(yùn)行的話儲(chǔ)能系統(tǒng)在站端是一體化的,同時(shí)還有一體化的集中監(jiān)控平臺(tái),我們很多新能源企業(yè)也在使用集中監(jiān)控,對(duì)于所有的場站監(jiān)控更加如魚得水了。目前來看,監(jiān)控平臺(tái)最大的特點(diǎn)是大容量的存儲(chǔ),許疃已經(jīng)超過4萬點(diǎn),小澗已經(jīng)超過12萬點(diǎn),隨著需求的增加,還會(huì)大量的增加,需要強(qiáng)大的系統(tǒng)把信息送上來。
BMS,是核心的控制部分。我們采用原生的IEC61850通訊,高效傳輸、快速響應(yīng);有系統(tǒng)在線診斷,電池及系統(tǒng)異常預(yù)警,豐富數(shù)據(jù)記錄等功能。
總結(jié)和展望部分,一是新能源快速發(fā)展的背景下怎么發(fā)揮更大的作用,我們也會(huì)進(jìn)一步深入研究風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合控制,充分發(fā)揮儲(chǔ)能作用。
儲(chǔ)能的安全性和綜合效率,加大研究電池BMS系統(tǒng)監(jiān)控及故障退出系統(tǒng),火災(zāi)分區(qū)消防方案,以及各個(gè)消防手段的應(yīng)用研究,最大限度保證儲(chǔ)能電站的安全性,相信通過合理的配置和設(shè)計(jì),一定可以在效率方面有所提升。
和創(chuàng)新非常重要。到2050年,海上浮動(dòng)能力將占所有海上風(fēng)電的三分之一。