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陽光電源陳志:風光儲并網關鍵技術研討

作者:中國儲能網新聞中心 來源:北極星儲能網 發布時間:2019-08-13 瀏覽:次
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球探篮球比分皇冠 www.622627.live 電網更友好,讓儲能系統可以實現VSG這樣的功能,可以實現快速的響應調度,儲能的好處就是更快,精度更高,反應更靈敏。從充電到放電,30毫秒就可以完成了,這是電力電子所帶來的巨大變革。隨著分布式的能源發展,隨著儲能的加入,我們是希望儲能系統在電網有的時候也能工作,在電網沒有的時候也要能工作,這也是需要我們電力電子的變流器能夠去并網運行,也能離網運行。并且還要實現在這個切換過程中負荷不掉電。

——陽光電源儲能事業部副總經理陳志

8月7日-8日,由華北電力大學、中國可再生能源學會主辦的“第一屆中國儲能學術論壇暨風光儲創新技術大會”在北京召開。陽光電源儲能事業部副總經理陳志作“風光儲并網關鍵技術研討”報告。

我是來自陽光電源的陳志,我經常在外面做一些報告,第一次在高校里面作報告,學術的氛圍感覺更好。

今天給大家帶來的題目是風光儲系統的關鍵技術探討,主要分為這三塊。風光儲系統典型解決方案,風光儲系統集成設計的關鍵技術,以及陽光電源的儲能業務布局。我的重點應該在第二部分。

我們知道風電也好,光伏也好,它的隨機性、波動性和間歇性是大家一直爭議的特點,給大規模的可再生能源并網帶來了非常多的一些問題。但是我們知道國家能源的變革必然是可再生能源要代替傳統能源,怎么辦?實際上技術的手段是有的,儲能就是支撐可再生能源并網的關鍵支撐技術之一。我們這里聚焦的是電化學儲能領域,一個光伏電站也好,一個風力發電廠也好,怎么去裝儲能?方案很簡單,剛才東北電力大學的李教授也說了,他們做了一些研究在風電場,可以把儲能裝在哪?放在單臺風機的下面。下面主流的做法,把它裝到光伏電站或者風電場的十千伏側,屬于集中放置,它的優點可以集中存儲,集中布置,統一管理。在實際的工程和經驗當中,我們還有把儲能系統放在低壓側,放在風電的變流器的低壓側或者交流低壓側,這樣的話,是和單個風機或單臺光伏逆變器配合,主要和分布式電源結合的比較多。其實還有一種設計方案,我們把儲能系統放在直流側,現在在光伏上面是已經比較成熟了。我們知道主件發出來的是直流的,通過DCDC的裝換裝置,放在直流側,這樣轉換效率會大大提升,省去了單獨安裝PCS的環節。我們做了很多案例,運行效果也是非常好。

我們知道風電也有直流,通過整流以后再逆變。我們現在在研究,把儲能安裝在風電的直流側,對風機的變流系統可能要做一些改造。我們正在處于研發階段,典型的儲能系統怎么去配?其實每個項目都不一樣。儲能分兩部分,一個是功率,一個是容量。我們是要根據我們的目標去進行整個系統的設計,我是希望風電平滑還是希望把光伏白天的電移到晚上去用,平滑需要配置多少功率,能量要配置多少能量,根據我們目標,可以把它設計出來。現在很多國家政策要求配儲能10%、15%、20%,是根據我們希望達到的目標去做的。有時候我們希望實現風電的平滑,可能就配百分之十幾的儲能,儲能的容量也就十幾分鐘就夠了,是根據我們的目標進行系統的合理配置。現在的儲能系統基本采用集裝箱的安裝方式,這個基本上大家也都是這么做的。

第二部分主要介紹一下儲能系統的集成,因為現在整個行業大家基本上都各做各的,什么意思呢?包括肖教授在研究逆變器,電池企業主要是研究電池。這兩年我們發現集成里面有非常多的關鍵點需要我們去關注。我們陽光電源主要是以電力電子這樣一個技術起家的,我們主要為我們的客戶提供光伏逆變、風機變流這樣一些關鍵設備。儲能的變流器和我們光伏變流器在拓撲結構上是非常類似的,我們做這個儲能產業布局已經有十幾年的時間了,在2015年我們陽光電源和韓國三星成立了一家合資公司,韓國三星旗下有一家叫三星SDI,是全球最大的三元電池的生產商。和三星結合以后,我們從15年開始正式進軍儲能系統集成這樣一個領域,我們公司根據系統集成,也進行了相關的資源整合。成立了相關的集成的研發團隊,目前我們在全球的能源案例有超過800多個,應用在各種儲能相關領域。

系統集成我們干什么?其實就是這四點,高集成、高安全、高效率、更智慧。我們所有的系統集成就圍繞這“三高一更”去努力。集成度很高,現在大家也都是這么做的,實際上把這些零散的單元設備放到集裝箱里面去,整個集成,不是像搭積木一樣放進去就行了,是需要整個公司從你的研發、設計、生產、制造一直到檢驗,每個環節都會有標準支撐。比如我們現在的集裝箱系統已經做到三兆瓦了,我們針對三兆瓦的逆變器也有,電池也有,這樣一個高度集成的儲能系統怎么去檢驗它?你有相關的檢測手段,我們公司有大型的高功率的并網容量的檢測,還有大容量的檢測室,后面可以做一些詳細的介紹。

總之,我們要把整個系統當成一個產品去考慮,圍繞整個系統,出一系列的技術參數,圍繞這些技術參數去驗證整個系統是否能滿足我們的要求。剛才肖教授介紹了很多,其實我們差不多也是這么做的,高效率、體積更小、高功率密度。幾年前,十年前一臺500千瓦的PCS有多大呢?寬度大概2.8米,現在我們相同功率的500千瓦的PCS面積有多大呢?大概只有一米,一米大概兩個空調并在一起,它的整個體積大大所縮減。帶來什么好處呢?成本降低,施工成本、安裝運輸、運維成本會大幅降低的。十年間,光伏系統從以前40塊錢一瓦現在降到四塊錢不到一瓦。電網更友好,讓儲能系統可以實現VSG這樣的功能,可以實現快速的響應調度,儲能的好處就是更快,精度更高,反應更靈敏。從充電到放電,30毫秒就可以完成了,這是電力電子所帶來的巨大變革。隨著分布式的能源發展,隨著儲能的加入,我們是希望這個系統在電網有的時候也能工作,在電網沒有的時候也要能工作,這也是需要我們電力電子的變流器能夠去并網運行,也能離網運行。并且還要實現在這個切換過程中負荷不掉電。

電池這塊,剛才曾總介紹了,因為我們本身不生產電芯,我們是一家集成商,我們怎么去選擇電芯?現在有國家標準,我們有陽光的標準,我們優于國家的標準去選擇我們的電芯合作伙伴,包括耐壓等級上我們遠遠高于國標去選擇電芯。我們知道電池是有木桶效應的,集成以后,整個系統的壽命能夠達到6000次的循環壽命。后面的電池???,電池簇,是我們進行研發和組裝的。我們的??檣杓撇捎瞇∧??,比較細長,單位個??櫚鬧亓看蟾旁?0公斤左右。不像一個大的抽屜式的???,我見過最大的有120-150公斤,整個安裝,包括電芯損壞以后的運維將帶來很大的困難。高的有兩米高,一個150公斤的??樵趺慈ジ?。整個儲能系統我們做到1500伏,耐壓等級升高,一個儲能系統要運行十幾年,絕緣一定會老化的,我們提高絕緣的設計,是為了在整個生命周期內它的絕緣會更加安全。整個系統我后面會詳細介紹,怎么去管理這個系統。

首先是電池的BMS的管理,大家也都這么做的,三級BMS、四級BMS。電池的?;せ齟⒛芟低車腦誦幸攬課頤欽廡┐釁鶻惺蕕牟杉?,通過高精度的數據采集,我們判斷電子是否出問題。通過高精度的數據采集,我會計算出電池的這樣一些數值,來便于整個系統的智能化的運行。計算出來,SOC的精度小于3%,SOH的精度小于5%。整個儲能系統從直流側到交流側,在每個直流環節都增加了快速的熔斷機制。保證在任何一點發生短路,它都可以分級的熔斷,可以實現直流側逐級的?;?。BM是電池???,BC是電池簇,我們都安裝了相關的?;さピ涂刂頻緶?,可以實現整個直流回路的全方位的?;?。

五級聯動,這是非常關鍵的一點。剛才我說了,廠家各自為政,好像都沒問題,從逆變器的角度,從電池的角度,我的邏輯都是沒問題的,但是整個系統放在一起就可能有問題。去年大家都在說韓國的那個事故,我們也是非常關注,6月份韓國官方發布了一個研究報告,國內也都看到了。我們不去探討它的四個原因當中的第一點,第一點可能避重就輕,說電芯沒有問題,我們不去管它。它的第二點、第三點、第四點是非常值得我們去研究的,特別是第四點,它的各個單元之間的?;ぢ嘸團浜銑魷至宋侍?,它電池優先?;さ縲?,在電芯側發現直流短路的時候,這個時候優先把電池側的開關斷開以后,并沒有把故障的信息傳遞到我的逆變器側。儲能逆變器檢測是正常的,但他那邊已經斷開了,儲能逆變器還在工作,逆變器不斷給故障點發波,導致了故障不斷蔓延。這樣的問題如果我們陽光電源來說是沒問題,因為聯動?;ご游頤親羈枷低成杓頻氖焙蚓鴕丫悸塹攪?。我們目前出口到全球幾百兆瓦的儲能系統,還沒有因為這樣的事故出現問題的。

還有一些其他的防護措施,包括集裝箱的防水、防塵、防腐、阻燃等等設計。整個集裝箱樣板有15級颶風帶來變形的要求,這個非常重要,在長途運輸過程中,整個集裝箱重量是不均勻的,包括我們的安裝吊裝過程中,特別是我們的地基不平,導致集裝箱變形的機會是非常大的。很小的變形,大家覺得沒什么關系,實際上很小的變形可能會導致電池架的委屈,會導致電池和電池之間的擠壓,給安全帶來非常大的隱患。在電機方面,防雷設計,前兩天我帶著客戶到我們廠去參觀,非常有意思。我們公司有一個超大的實驗室,這個實驗室可以把整個集裝箱推進去做輻射和傳導的測試,出來以后,突然聽到砰的一聲,是我們雷電實驗室在做試驗,我們當場模擬雷電,我們把雷電發生在我們整個儲能系統不同的環節,來檢測我們的防雷標準是否滿足系統的要求。大家有機會可以看看我們的實驗室。

這是比較難的一點,也是最為重要的一點。整個系統的熱設計和熱管理,不是裝兩個空調放在里面就行了。我們的PACK設計不太一樣,在PACK前面有一個小風扇,風扇的作用是進行導流的,整個風道設計,是把風吹到電池的背后,通過PIAK有一個風扇的引流,把熱風帶到我們集裝箱的中間,中間再從我們的空調回風口排到集裝箱的外部。我們的PACK里面有12個電芯,我們要達到溫差不超過3攝氏度。包括集裝箱內部在溫差偏差5度的范圍,要保證幾千只電芯溫度溫差不超過5攝氏度。這樣就要保證系統的安全和電池的一致性,電池一致性的管理是最難的。除了本身的BMS均衡以外,整個系統環境的設計尤為重要。

消防也是非常重要的一點,著火非常多,大家現在把消防提到一個非常高的地位。我們想遵循的原則還是預防為主,防消結合這樣的方案。預防怎么做?安全是設計出來的,在消防大家都是用七氟丙烷,我們是在海外逐步已經開始用511這種消防介質,我們出口到澳洲和日本的一些儲能系統已經在使用5112,但是基于我們國家的消防的條件,5112在中國的使用還是會有一些限制。我們的整個消防的設計是和中國一個大學,他有全國唯一一個火災重點實驗室,我們和他進行安全設計。我們提出來叫基于火災動力學的消防方案,來進行科學的電池熱失控的檢測,快速的進行滅火。

高效率,剛才肖教授也在說,系統效率現在都已經很高了,平均水平都在98%以上。我們說的PCS的效率,但是我們現在能把PCS的效率提升到90%,再往上提升,投入很多,但是帶來的效果并不很明顯。整個系統我們要進行合理的布局,包括其他的外圍的設備也要進行合理的設計,讓空調的損耗,讓線纜的損耗降到最低。在進行均衡設計的時候,我們知道逆變器和電池的安裝,逆變器一般安裝在電池的一側,必然有電池接到逆變器的直流側,必然有遠,也有近。我們以前怎么做的?這是我們成本高的一個原因,我們在堅持做。最近的那一塊要盤線的,要把最近這一組電池接到逆變器的直流側的線纜要盤的和最遠的一樣長,讓整個系統相對阻抗均衡,保證整個電池系統的均衡。現在我們可以做到整個儲能系統往返效率在90%,如果放電倍率更低的話,也可以提升它的效率。

更智能,做一些全方位的智能監控和管理。我們在每個集裝箱內部都安裝了本地的智能控制器,它可以收集整個集裝箱內所有的智能設備的所有信息,可以和本地的單元、上層的控制和運維系統進行聯動,也滿足調度的接口要求和調度的通信協議的要求。我的整個集裝箱交付到現場以后,對外的智能接口就一個穩定控制器。包括數據的傳輸和系統的運維管理,我們通過加裝本地控制器,在里面可以實現數據的采集、均衡的管理。這里我想提的是我們可以做到儲能子系統的均衡管理,什么意思呢?一個大型儲能系統是分單元的,分??櫚?,每個??槭且砸惶≒CS為基礎。假如一個兩兆瓦的系統,我用四臺五百千瓦的PCS,整個系統的子系統認為是四個子單元。我們本地控制器可以實現這四個子單元之間的均衡,自主的為為四臺進行均衡,讓電池保持均衡,從而讓循環壽命達到最大化。

我們的一些EMS的控制算法,有儲能的地方就需要EMS。電池本身該充多少電,怎么充電,和光伏怎么配合,和風電怎么配合,都需要一套EMS進行綜合的管理。我們的EMS可以適應不同的應用場景,和光伏、風電、負荷、微電網等等,自發自用,削峰填谷,所有的控制策略都在里面。

故障定位,這是最基本的一些功能要求。因為整個儲能系統電芯非常多,故障點非常多,所以快速的故障定位,可以提高我們的系統修復的時間,也降低我們的系統故障所帶來的經濟損失。

我們有一套基于阿里云的智能管理系統,可以進行大數據的管理,可以進行遠程的運維。包括手機的APP,這些對一些大用戶比較有價值。因為我的光伏,我的風電,我的儲能系統可能遍布全國,甚至遍布全球,怎么進行統一的集中管理,需要這樣一套軟件。

最后做一點廣告,陽光電源我們97年成立,22年一直致力于在可再生能源領域成為電力電子全球的優秀企業。目前,我們營收超過100個億,員工大概3500人,我們的主營業務主要是在光伏之風電、儲能還有和光伏風電相關的領域,我們叫兩個協同,一個叫市場協同,一個叫技術協同。市場協同,就是在可再生能源這個領域里面,技術協同就是我們的電力電子技術,也衍生了一些其他業務。在全球我們連續四年全球第一,自從有排名以來,我們就一直是第一。我們的產品出口到全球60多個國家和地區,全球的裝機量突破80個GW。在儲能系統我們可以提供全方位的“交鑰匙”的工程,這是我們的儲能工廠在合肥,歡迎大家來參觀考察。

我們在系統集成領域連續三年排名第一,在全球我們做過800多個項目,積累了非常多的經驗,也吸取了非常多的教訓。風電+儲能的系統,它主要是分析在不同的風電限電條件下,如何去進行能量的搬移,包括風電的平滑輸出,它這個儲能配置是按照15%的功率,2個小時來進行配置的。這是光伏和儲能結合的項目,這是我們在美國光儲結合的一個項目。我們在日本做過一個光儲結合的項目,日本很有意思,他是限制交流側的容量,一個50千瓦的分布式光伏發電,他配了多少組件呢?配了750千瓦的組件,配置了1.1兆瓦時的儲能,從而實現了24小時的連續穩定的供電。這是德國的一個獨立調頻的項目,海外的調頻項目比較多,主要是像美國、歐洲它的電力輔助服務市場是比較成熟的。包括剛才李教授講的,因為我們的分享機制還沒有,調頻的電價也沒有,所以為我們國家的輔助服務,儲能系統進入電網進行輔助服務,設置了這樣一個門檻。我的報告就到這里。謝謝!

關鍵字:風光儲并網

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