新型儲能電站如何調節電力
來源：國家能源局網站
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發(fa)布時間(jian)：2024-09-06
坐落于約五個(ge)半標準足(zu)球場大小的場地內(nei)——
電高峰期，白天限電、晚上趕訂(ding)單的“夜班(ban)工廠”生產(chan)模式，曾困擾著一(yi)些企業。在廣東(dong)省(sheng)佛山市南海區獅山鎮，電力(li)緊缺一(yi)度(du)是制約發展(zhan)的大問題(ti)。
如今，廣州佛山之間(jian)、北(bei)江之畔(pan)，約5.5個(ge)(ge)標準足球場大(da)小的(de)(de)場地內，一排(pai)排(pai)淺灰色的(de)(de)電(dian)(dian)池艙(cang)組成裝(zhuang)機規模300兆瓦(wa)/600兆瓦(wa)時(shi)的(de)(de)新型儲能電(dian)(dian)站，宛如一個(ge)(ge)超級(ji)“充電(dian)(dian)寶(bao)”，源源不斷(duan)地為城市運行輸送穩定電(dian)(dian)能。
這是寶塘電(dian)(dian)(dian)網側獨立電(dian)(dian)(dian)池儲能(neng)站（以(yi)下簡稱“寶塘儲能(neng)站”）——粵(yue)港(gang)澳(ao)大(da)灣區最大(da)規模新型(xing)儲能(neng)電(dian)(dian)(dian)站，從這里，預計每年可向粵(yue)港(gang)澳(ao)大(da)灣區輸送4.3億千瓦(wa)時清潔電(dian)(dian)(dian)能(neng)，減(jian)少二(er)氧化碳排放30萬噸。
削峰填谷
實現“毫秒(miao)級”響應電力系統(tong)調節(jie)需求
“去年僅南海區(qu)西江片區(qu)500千伏環網的(de)電力缺口(kou)就(jiu)達到(dao)577兆瓦(wa)，在不(bu)增加供(gong)應的(de)情(qing)況下，預(yu)計到(dao)2030年缺口(kou)將再翻一倍。”寶塘儲能站項目(mu)前期策(ce)劃(hua)負責人楊夏里說。
“理想的(de)(de)城市電(dian)(dian)力(li)系統，需要隨時處于動態平衡狀態，高效、節能(neng)(neng)地(di)實(shi)現‘充(chong)(chong)、儲(chu)、放(fang)’功能(neng)(neng)。”南網儲(chu)能(neng)(neng)科(ke)技公司(si)運行(xing)中心總經(jing)理王(wang)勁介(jie)紹，新型儲(chu)能(neng)(neng)電(dian)(dian)站作(zuo)為調(diao)節電(dian)(dian)力(li)負(fu)荷的(de)(de)大型“充(chong)(chong)電(dian)(dian)寶”，可在用(yong)電(dian)(dian)低谷時利(li)用(yong)風能(neng)(neng)、太陽能(neng)(neng)等(deng)清潔能(neng)(neng)源進行(xing)“充(chong)(chong)電(dian)(dian)”，在用(yong)電(dian)(dian)高峰時將儲(chu)存的(de)(de)“綠電(dian)(dian)”穩定可靠(kao)地(di)輸(shu)送到千家萬戶，實(shi)現“毫秒(miao)級”響應電(dian)(dian)力(li)系統調(diao)節需求。
近年來，我(wo)國(guo)大(da)(da)力(li)發展清潔能(neng)源(yuan)(yuan)，風(feng)電(dian)、光(guang)伏等新能(neng)源(yuan)(yuan)發電(dian)裝(zhuang)機(ji)量(liang)快速提升(sheng)。中國(guo)電(dian)力(li)企(qi)業聯合(he)會發布的數據顯示(shi)：截至6月底，我(wo)國(guo)新能(neng)源(yuan)(yuan)發電(dian)裝(zhuang)機(ji)規模首次(ci)超過(guo)煤電(dian)；尤其(qi)在南方區域，新能(neng)源(yuan)(yuan)增長(chang)迅速，裝(zhuang)機(ji)總(zong)量(liang)達(da)1.58億千(qian)瓦，成為南方電(dian)網(wang)第(di)一大(da)(da)電(dian)源(yuan)(yuan)。
受氣候、季節等自然(ran)因(yin)素影響，新能(neng)源發電往(wang)(wang)往(wang)(wang)要(yao)“看天吃飯”，隨機性、間歇性、波動性明(ming)顯，難以穩定可靠(kao)地持(chi)續供(gong)電。大規模消納并網，需要(yao)建設儲(chu)能(neng)電站進行調配(pei)。
“新型(xing)儲能(neng)(neng)(neng)電(dian)站選(xuan)址靈活、建設(she)周(zhou)期短(duan)、反應速度(du)快(kuai)，可(ke)以精確匹配區域電(dian)網負荷需要，幫助(zhu)清(qing)潔能(neng)(neng)(neng)源大規模、高比例接入電(dian)網。”南(nan)網儲能(neng)(neng)(neng)科(ke)技(ji)(ji)公(gong)司董事長汪志強說(shuo)，相比于代(dai)表傳統(tong)儲能(neng)(neng)(neng)方式的抽水蓄(xu)能(neng)(neng)(neng)電(dian)站，包括新型(xing)鋰電(dian)池(chi)、壓(ya)縮空氣、飛(fei)輪、重力儲能(neng)(neng)(neng)等技(ji)(ji)術路線在(zai)內的新型(xing)儲能(neng)(neng)(neng)電(dian)站發展更快(kuai)，在(zai)構建以新能(neng)(neng)(neng)源為主的新型(xing)電(dian)力系統(tong)中發揮重要作用。
國(guo)家能源局的(de)統計(ji)顯示，截(jie)至今年上(shang)半年，我國(guo)已建(jian)成投(tou)運新型儲能項目(mu)累計(ji)裝機(ji)規模達4444萬千(qian)瓦/9906萬千(qian)瓦時，約為兩個三(san)峽(xia)水電站的(de)裝機(ji)容(rong)量。其(qi)中，已投(tou)運鋰離子(zi)電池儲能占比(bi)97%。
王勁介紹，寶塘儲(chu)能站由88套可(ke)獨立(li)接受調度的(de)磷酸鐵鋰儲(chu)能系統(tong)組成(cheng)。投運以(yi)來(lai)，發揮“削峰填谷”作用，儲(chu)、放電量均(jun)已超過1億千(qian)瓦時，讓來(lai)自(zi)廣(guang)東陽江的(de)海上風電等清(qing)潔能源，成(cheng)為珠三角腹地經濟社會發展(zhan)的(de)澎(peng)湃動力。
技術集成
搭配組合(he)出9種差異化(hua)儲能技術路線
站上“風口”的(de)新型儲(chu)能(neng)(neng)產業(ye)，在安全、質量、效能(neng)(neng)等方面仍(reng)存在一(yi)(yi)(yi)些(xie)共性技(ji)術(shu)難題。比如(ru)，一(yi)(yi)(yi)條(tiao)鋰(li)電池儲(chu)能(neng)(neng)路線(xian)的(de)性能(neng)(neng)好壞，與熱管理、結(jie)構連接等多個因(yin)素(su)有(you)關(guan)，在業(ye)內尚(shang)無統一(yi)(yi)(yi)衡量標準。
如何(he)才(cai)能選出(chu)最為高效可靠的路線？
“讓多種儲(chu)(chu)能技(ji)術在(zai)一(yi)(yi)個儲(chu)(chu)能站里‘打擂臺’！”汪志強(qiang)說，聚焦熱(re)管理、結構連接、電池性能等(deng)三大主要技(ji)術領(ling)域，寶(bao)塘儲(chu)(chu)能站搭配(pei)組(zu)合出9種差異化的磷酸鐵鋰(li)電池儲(chu)(chu)能技(ji)術路線，裝機(ji)規模從5兆瓦到(dao)75兆瓦不(bu)等(deng)，相當于把9座不(bu)同技(ji)術特點的中型儲(chu)(chu)能站聚到(dao)一(yi)(yi)起比優(you)劣。
步(bu)入寶(bao)塘儲(chu)能站，88套磷酸鐵鋰儲(chu)能系統猶如一個個大小(xiao)不等的集裝箱(xiang)，分區(qu)域(yu)整(zheng)齊排列。
“外形都差不多，但(dan)里(li)面各有乾坤。”寶塘儲能站項目負責人周躍利介紹，按照(zhao)不同的(de)(de)熱管理方式，這些“集裝(zhuang)箱”分別使用了給電池(chi)“吹空(kong)調”的(de)(de)風冷(leng)(leng)技(ji)(ji)術(shu)、“冷(leng)(leng)板接觸降溫”的(de)(de)板式液(ye)冷(leng)(leng)技(ji)(ji)術(shu)以及“冷(leng)(leng)卻液(ye)直接浸泡電池(chi)”的(de)(de)全浸沒式液(ye)冷(leng)(leng)技(ji)(ji)術(shu)等3種技(ji)(ji)術(shu)。
“全浸沒式液冷技術最為高(gao)效，能(neng)將不同類型的電(dian)池(chi)溫差控制在2攝氏度以內(nei)，溫升不超過5攝氏度，有助于提高(gao)儲放電(dian)效能(neng)、延長電(dian)池(chi)使(shi)用壽(shou)命。”周躍利說(shuo)。
寶塘儲(chu)(chu)能站(zhan)所(suo)采(cai)用的(de)結構連接(jie)技(ji)(ji)術多(duo)達5種。其中，作為(wei)南(nan)方電網首批“揭榜掛帥(shuai)”科研項目的(de)攻關成果，高壓級(ji)聯技(ji)(ji)術在寶塘儲(chu)(chu)能站(zhan)有了應用上的(de)新(xin)突破。
周(zhou)躍利介紹(shao)，新型儲(chu)能(neng)電站(zhan)的(de)電要接(jie)入(ru)電網，就(jiu)需要通過變壓(ya)器(qi)將(jiang)電壓(ya)提升(sheng)至10千(qian)伏，而高壓(ya)級(ji)聯(lian)技術(shu)省去了變壓(ya)器(qi)，僅通過模(mo)塊級(ji)聯(lian)，便可(ke)將(jiang)儲(chu)能(neng)系統電壓(ya)提升(sheng)，直接(jie)“掛網”運行。
“10年前，深圳寶清(qing)儲(chu)能站(zhan)首次使(shi)用了(le)這項技術，當時2兆(zhao)瓦時的裝機規(gui)模(mo)占地面積達(da)到(dao)上千平方(fang)米，現在一(yi)個集(ji)裝箱大小的空間里裝機規(gui)模(mo)就能達(da)到(dao)3.5兆(zhao)瓦時。”周躍利(li)說，安裝在寶塘(tang)儲(chu)能站(zhan)的高壓(ya)級聯系統，硬件(jian)結構及控制保(bao)護(hu)方(fang)面均實現了(le)技術優化(hua)，使(shi)“掛網”電壓(ya)更(geng)加安全穩定地提升至并網電壓(ya)。
“這意(yi)味著，擺脫了變壓器的限制后，移動式儲(chu)能電(dian)(dian)站成為(wei)(wei)現實(shi)。”周躍利(li)說，“在應(ying)急救(jiu)援、大型(xing)戶外活(huo)動等場(chang)景下，這座電(dian)(dian)池艙(cang)可以哪里需要去(qu)哪里，作為(wei)(wei)應(ying)急電(dian)(dian)力，隨時‘掛網(wang)’送(song)電(dian)(dian)。”
一(yi)站(zhan)集成、以(yi)用促比。作為我國(guo)首個(ge)多技術路線鋰電(dian)池儲(chu)能(neng)站(zhan)，寶塘儲(chu)能(neng)站(zhan)的“擂臺賽”仍在繼續，以(yi)運行實效促進技術精(jing)益化水平(ping)提升。
精準管理
對210多萬個電芯(xin)的(de)數據進(jin)行實時(shi)監(jian)測
如(ru)此(ci)大規模的儲能電站，如(ru)何實現精準管理和運營維護？
走進寶塘儲(chu)能(neng)站智(zhi)慧(hui)控制中(zhong)心，大屏(ping)幕上，數據閃爍不停。
“我們對全站(zhan)210多(duo)萬個(ge)(ge)電(dian)(dian)芯的電(dian)(dian)壓(ya)、溫度(du)、容量等(deng)數據進(jin)行(xing)實時監測，一(yi)旦出現(xian)異(yi)常，系統會立即報警。”寶(bao)塘儲(chu)能站(zhan)技術工程(cheng)師(shi)張敏(min)介紹，電(dian)(dian)芯是儲(chu)能站(zhan)的最(zui)小(xiao)(xiao)單元，每26個(ge)(ge)電(dian)(dian)芯組(zu)成(cheng)一(yi)個(ge)(ge)電(dian)(dian)池包(bao)(bao)，16個(ge)(ge)電(dian)(dian)池包(bao)(bao)組(zu)成(cheng)一(yi)個(ge)(ge)電(dian)(dian)池簇，多(duo)個(ge)(ge)電(dian)(dian)池簇再構(gou)成(cheng)電(dian)(dian)池艙。整個(ge)(ge)系統，像搭積木一(yi)樣，從小(xiao)(xiao)到大，層層鑲套。
儲能(neng)站的(de)核心設備是(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)，盡可(ke)能(neng)保持電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)性(xing)能(neng)一致性(xing)、優化電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)控制(zhi)方(fang)式是(shi)關鍵難題(ti)。張敏介紹，傳統(tong)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)艙，每一簇(cu)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)包都是(shi)串聯的(de)，同時充(chong)放(fang)電(dian)(dian)(dian)(dian)。因此(ci)，衰老最快、性(xing)能(neng)最差的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)包決定了(le)整(zheng)個電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)簇(cu)的(de)工作效率和使用壽命。
如何打破“木桶效應”？2020年，南方電網實施“揭榜(bang)掛帥”，廣發“英(ying)雄帖”，開展關(guan)鍵(jian)技術攻關(guan)。
“采用全電(dian)(dian)流控(kong)制(zhi)(zhi)保護技術，我們在每(mei)個(ge)(ge)(ge)電(dian)(dian)池(chi)包間(jian)安裝(zhuang)了控(kong)制(zhi)(zhi)器，實(shi)現了對(dui)電(dian)(dian)池(chi)的(de)‘包級管理(li)’，可以遠(yuan)程(cheng)精準調(diao)節每(mei)個(ge)(ge)(ge)電(dian)(dian)池(chi)包的(de)運行狀(zhuang)況。”張敏說(shuo)，如(ru)此，一個(ge)(ge)(ge)電(dian)(dian)池(chi)芯出問題，再不用像(xiang)以前那(nei)樣更(geng)換整個(ge)(ge)(ge)電(dian)(dian)池(chi)簇。眼下，寶塘儲能(neng)站正在研究如(ru)何將(jiang)“精準控(kong)制(zhi)(zhi)之手(shou)”向更(geng)小的(de)電(dian)(dian)池(chi)芯延(yan)伸(shen)。
數字(zi)化運(yun)維的優(you)勢，還體現在(zai)精(jing)準安防上。
“每(mei)一個(ge)電(dian)池包里，都有(you)‘多合(he)一’消防探測器，可以(yi)敏(min)銳(rui)地(di)捕捉煙(yan)霧、揮發(fa)性有(you)機(ji)物、可燃(ran)氣體等，一旦發(fa)現異(yi)常(chang)，會自動(dong)觸發(fa)火警信號與滅(mie)(mie)火裝(zhuang)置，向故障電(dian)池包注入滅(mie)(mie)火介(jie)質，‘點對點’滅(mie)(mie)火。”張敏(min)介(jie)紹，在滅(mie)(mie)火工(gong)作(zuo)中，不會影響其他單元的正(zheng)常(chang)運(yun)行，確(que)保平穩供電(dian)。
“我們實(shi)時采集25項不同(tong)領域的關(guan)鍵技(ji)(ji)術(shu)(shu)指標，用數(shu)據說(shuo)話，評定(ding)不同(tong)技(ji)(ji)術(shu)(shu)路線(xian)(xian)的運(yun)(yun)行(xing)性能。”王勁說(shuo)，多個(ge)技(ji)(ji)術(shu)(shu)路線(xian)(xian)的運(yun)(yun)行(xing)數(shu)據，以(yi)及整個(ge)儲能站的運(yun)(yun)維數(shu)據，日積月累(lei)匯成一個(ge)“數(shu)據富礦”，將(jiang)為我國新型儲能電站建設提供優(you)化方案(an)，為產業高質量(liang)發展積累(lei)寶(bao)貴經(jing)驗。