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新型儲能電站如何調(diào)節(jié)電力
坐落于約五個半標(biāo)準(zhǔn)足球場大小的場地內(nèi)——
用電高峰期,白天限電、晚上趕訂單的“夜班工廠”生產(chǎn)模式,曾困擾著一些企業(yè)。在廣東省佛山市南海區(qū)獅山鎮(zhèn),電力緊缺一度是制約發(fā)展的大問題。
如今,廣州佛山之間、北江之畔,約5.5個標(biāo)準(zhǔn)足球場大小的場地內(nèi),一排排淺灰色的電池艙組成裝機規(guī)模300兆瓦/600兆瓦時的新型儲能電站,宛如一個超級“充電寶”,源源不斷地為城市運行輸送穩(wěn)定電能。
這是寶塘電網(wǎng)側(cè)獨立電池儲能站(以下簡稱“寶塘儲能站”)——粵港澳大灣區(qū)最大規(guī)模新型儲能電站,從這里,預(yù)計每年可向粵港澳大灣區(qū)輸送4.3億千瓦時清潔電能,減少二氧化碳排放30萬噸。
削峰填谷
實現(xiàn)“毫秒級”響應(yīng)電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)需求
去年僅南海區(qū)西江片區(qū)500千伏環(huán)網(wǎng)的電力缺口就達到577兆瓦,在不增加供應(yīng)的情況下,預(yù)計到2030年缺口將再翻一倍。
理想的城市電力系統(tǒng),需要隨時處于動態(tài)平衡狀態(tài),高效、節(jié)能地實現(xiàn)“充、儲、放”功能。新型儲能電站作為調(diào)節(jié)電力負荷的大型“充電寶”,可在用電低谷時利用風(fēng)能、太陽能等清潔能源進行“充電”,在用電高峰時將儲存的“綠電”穩(wěn)定可靠地輸送到千家萬戶,實現(xiàn)“毫秒級”響應(yīng)電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)需求。
近年來,我國大力發(fā)展清潔能源,風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電裝機量快速提升。中國電力企業(yè)聯(lián)合會發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示:截至6月底,我國新能源發(fā)電裝機規(guī)模首次超過煤電;尤其在南方區(qū)域,新能源增長迅速,裝機總量達1.58億千瓦,成為南方電網(wǎng)第一大電源。
受氣候、季節(jié)等自然因素影響,新能源發(fā)電往往要“看天吃飯”,隨機性、間歇性、波動性明顯,難以穩(wěn)定可靠地持續(xù)供電。大規(guī)模消納并網(wǎng),需要建設(shè)儲能電站進行調(diào)配。
新型儲能電站選址靈活、建設(shè)周期短、反應(yīng)速度快,可以精確匹配區(qū)域電網(wǎng)負荷需要,幫助清潔能源大規(guī)模、高比例接入電網(wǎng)。相比于代表傳統(tǒng)儲能方式的抽水蓄能電站,包括新型鋰電池、壓縮空氣、飛輪、重力儲能等技術(shù)路線在內(nèi)的新型儲能電站發(fā)展更快,在構(gòu)建以新能源為主的新型電力系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。
國家能源局的統(tǒng)計顯示,截至今年上半年,我國已建成投運新型儲能項目累計裝機規(guī)模達4444萬千瓦/9906萬千瓦時,約為兩個三峽水電站的裝機容量。其中,已投運鋰離子電池儲能占比97%。
寶塘儲能站由88套可獨立接受調(diào)度的磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)組成。投運以來,發(fā)揮“削峰填谷”作用,儲、放電量均已超過1億千瓦時,讓來自廣東陽江的海上風(fēng)電等清潔能源,成為珠三角腹地經(jīng)濟社會發(fā)展的澎湃動力。
技術(shù)集成
搭配組合出9種差異化儲能技術(shù)路線
站上“風(fēng)口”的新型儲能產(chǎn)業(yè),在安全、質(zhì)量、效能等方面仍存在一些共性技術(shù)難題。比如,一條鋰電池儲能路線的性能好壞,與熱管理、結(jié)構(gòu)連接等多個因素有關(guān),在業(yè)內(nèi)尚無統(tǒng)一衡量標(biāo)準(zhǔn)。
如何才能選出最為高效可靠的路線?
讓多種儲能技術(shù)在一個儲能站里“打擂臺”!聚焦熱管理、結(jié)構(gòu)連接、電池性能等三大主要技術(shù)領(lǐng)域,寶塘儲能站搭配組合出9種差異化的磷酸鐵鋰電池儲能技術(shù)路線,裝機規(guī)模從5兆瓦到75兆瓦不等,相當(dāng)于把9座不同技術(shù)特點的中型儲能站聚到一起比優(yōu)劣。
步入寶塘儲能站,88套磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)猶如一個個大小不等的集裝箱,分區(qū)域整齊排列。
外形都差不多,但里面各有乾坤。按照不同的熱管理方式,這些“集裝箱”分別使用了給電池“吹空調(diào)”的風(fēng)冷技術(shù)、“冷板接觸降溫”的板式液冷技術(shù)以及“冷卻液直接浸泡電池”的全浸沒式液冷技術(shù)等3種技術(shù)。
全浸沒式液冷技術(shù)最為高效,能將不同類型的電池溫差控制在2攝氏度以內(nèi),溫升不超過5攝氏度,有助于提高儲放電效能、延長電池使用壽命。
寶塘儲能站所采用的結(jié)構(gòu)連接技術(shù)多達5種。其中,作為南方電網(wǎng)首批“揭榜掛帥”科研項目的攻關(guān)成果,高壓級聯(lián)技術(shù)在寶塘儲能站有了應(yīng)用上的新突破。
新型儲能電站的電要接入電網(wǎng),就需要通過變壓器將電壓提升至10千伏,而高壓級聯(lián)技術(shù)省去了變壓器,僅通過模塊級聯(lián),便可將儲能系統(tǒng)電壓提升,直接“掛網(wǎng)”運行。
10年前,深圳寶清儲能站首次使用了這項技術(shù),當(dāng)時2兆瓦時的裝機規(guī)模占地面積達到上千平方米,現(xiàn)在一個集裝箱大小的空間里裝機規(guī)模就能達到3.5兆瓦時。安裝在寶塘儲能站的高壓級聯(lián)系統(tǒng),硬件結(jié)構(gòu)及控制保護方面均實現(xiàn)了技術(shù)優(yōu)化,使“掛網(wǎng)”電壓更加安全穩(wěn)定地提升至并網(wǎng)電壓。
這意味著,擺脫了變壓器的限制后,移動式儲能電站成為現(xiàn)實。在應(yīng)急救援、大型戶外活動等場景下,這座電池艙可以哪里需要去哪里,作為應(yīng)急電力,隨時“掛網(wǎng)”送電。
一站集成、以用促比。作為我國首個多技術(shù)路線鋰電池儲能站,寶塘儲能站的“擂臺賽”仍在繼續(xù),以運行實效促進技術(shù)精益化水平提升。
精準(zhǔn)管理
對210多萬個電芯的數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測
如此大規(guī)模的儲能電站,如何實現(xiàn)精準(zhǔn)管理和運營維護?
走進寶塘儲能站智慧控制中心,大屏幕上,數(shù)據(jù)閃爍不停。
我們對全站210多萬個電芯的電壓、溫度、容量等數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測,一旦出現(xiàn)異常,系統(tǒng)會立即報警。電芯是儲能站的最小單元,每26個電芯組成一個電池包,16個電池包組成一個電池簇,多個電池簇再構(gòu)成電池艙。整個系統(tǒng),像搭積木一樣,從小到大,層層鑲套。
儲能站的核心設(shè)備是電池,盡可能保持電池性能一致性、優(yōu)化電池控制方式是關(guān)鍵難題。張敏介紹,傳統(tǒng)的電池艙,每一簇電池包都是串聯(lián)的,同時充放電。因此,衰老最快、性能最差的電池包決定了整個電池簇的工作效率和使用壽命。
如何打破“木桶效應(yīng)”?2020年,南方電網(wǎng)實施“揭榜掛帥”,廣發(fā)“英雄帖”,開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。
采用全電流控制保護技術(shù),我們在每個電池包間安裝了控制器,實現(xiàn)了對電池的“包級管理”,可以遠程精準(zhǔn)調(diào)節(jié)每個電池包的運行狀況。如此,一個電池芯出問題,再不用像以前那樣更換整個電池簇。眼下,寶塘儲能站正在研究如何將“精準(zhǔn)控制之手”向更小的電池芯延伸。
數(shù)字化運維的優(yōu)勢,還體現(xiàn)在精準(zhǔn)安防上。
每一個電池包里,都有‘多合一’消防探測器,可以敏銳地捕捉煙霧、揮發(fā)性有機物、可燃氣體等,一旦發(fā)現(xiàn)異常,會自動觸發(fā)火警信號與滅火裝置,向故障電池包注入滅火介質(zhì),“點對點”滅火。在滅火工作中,不會影響其他單元的正常運行,確保平穩(wěn)供電。
我們實時采集25項不同領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo),用數(shù)據(jù)說話,評定不同技術(shù)路線的運行性能。多個技術(shù)路線的運行數(shù)據(jù),以及整個儲能站的運維數(shù)據(jù),日積月累匯成一個“數(shù)據(jù)富礦”,將為我國新型儲能電站建設(shè)提供優(yōu)化方案,為產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展積累寶貴經(jīng)驗。
國電中星作為一家電力檢測設(shè)備廠家,密切關(guān)注電力行業(yè)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展動態(tài),更多資訊歡迎訪問dubmansion.com。