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新型储能电站如何调节电力?

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锂电那些事今日第三条2024年08月29日 星期四


8月27日,《人民日报》“经济新方位·能源新业态”专栏以“新型储能电站如何调节电力”为题,深度报道南方电网公司宝塘储能站的功能作用、技术集成和精准管理。



   



用电高峰期,白天限电、晚上赶订单的“夜班工厂”生产模式,曾困扰着一些企业。在广东省佛山市南海区狮山镇,电力紧缺一度是制约发展的大问题。

如今,广州佛山之间、北江之畔,约5.5个标准足球场大小的场地内,一排排浅灰色的电池舱组成装机规模300兆瓦/600兆瓦时的新型储能电站,宛如一个超级“充电宝”,源源不断地为城市运行输送稳定电能。


   

     

     


     

     

   
这是宝塘电网侧独立电池储能站(以下简称“宝塘储能站”)——粤港澳大湾区最大规模新型储能电站,从这里,预计每年可向粤港澳大湾区输送4.3亿千瓦时清洁电能,减少二氧化碳排放30万吨。    

   

     

     
削峰填谷      
实现“毫秒级”响应电力系统调节需求    

“去年仅南海区西江片区500千伏环网的电力缺口就达到577兆瓦,在不增加供应的情况下,预计到2030年缺口将再翻一倍。”宝塘储能站项目前期策划负责人杨夏里说。

“理想的城市电力系统,需要随时处于动态平衡状态,高效、节能地实现‘充、储、放’功能。”南网储能科技公司运行中心总经理王劲介绍,新型储能电站作为调节电力负荷的大型“充电宝”,可在用电低谷时利用风能、太阳能等清洁能源进行“充电”,在用电高峰时将储存的“绿电”稳定可靠地输送到千家万户,实现“毫秒级”响应电力系统调节需求。

近年来,我国大力发展清洁能源,风电、光伏等新能源发电装机量快速提升。中国电力企业联合会发布的数据显示:截至6月底,我国新能源发电装机规模首次超过煤电;尤其在南方区域,新能源增长迅速,装机总量达1.58亿千瓦,成为南方电网第一大电源。

受气候、季节等自然因素影响,新能源发电往往要“看天吃饭”,随机性、间歇性、波动性明显,难以稳定可靠地持续供电。大规模消纳并网,需要建设储能电站进行调配。

“新型储能电站选址灵活、建设周期短、反应速度快,可以精确匹配区域电网负荷需要,帮助清洁能源大规模、高比例接入电网。”南网储能科技公司董事长汪志强说,相比于代表传统储能方式的抽水蓄能电站,包括新型锂电池、压缩空气、飞轮、重力储能等技术路线在内的新型储能电站发展更快,在构建以新能源为主的新型电力系统中发挥重要作用。

国家能源局的统计显示,截至今年上半年,我国已建成投运新型储能项目累计装机规模达4444万千瓦/9906万千瓦时,约为两个三峡水电站的装机容量。其中,已投运锂离子电池储能占比97%。

王劲介绍,宝塘储能站由88套可独立接受调度的磷酸铁锂储能系统组成。投运以来,发挥“削峰填谷”作用,储、放电量均已超过1亿千瓦时,让来自广东阳江的海上风电等清洁能源,成为珠三角腹地经济社会发展的澎湃动力。

技术集成      
搭配组合出9种差异化储能技术路线    

站上“风口”的新型储能产业,在安全、质量、效能等方面仍存在一些共性技术难题。比如,一条锂电池储能路线的性能好坏,与热管理、结构连接等多个因素有关,在业内尚无统一衡量标准。

如何才能选出最为高效可靠的路线?

“让多种储能技术在一个储能站里‘打擂台’!”汪志强说,聚焦热管理、结构连接、电池性能等三大主要技术领域,宝塘储能站搭配组合出9种差异化的磷酸铁锂电池储能技术路线,装机规模从5兆瓦到75兆瓦不等,相当于把9座不同技术特点的中型储能站聚到一起比优劣。

步入宝塘储能站,88套磷酸铁锂储能系统犹如一个个大小不等的集装箱,分区域整齐排列。

“外形都差不多,但里面各有乾坤。”宝塘储能站项目负责人周跃利介绍,按照不同的热管理方式,这些“集装箱”分别使用了给电池“吹空调”的风冷技术、“冷板接触降温”的板式液冷技术以及“冷却液直接浸泡电池”的全浸没式液冷技术等3种技术。

“全浸没式液冷技术最为高效,能将不同类型的电池温差控制在2摄氏度以内,温升不超过5摄氏度,有助于提高储放电效能、延长电池使用寿命。”周跃利说。

宝塘储能站所采用的结构连接技术多达5种。其中,作为南方电网首批“揭榜挂帅”科研项目的攻关成果,高压级联技术在宝塘储能站有了应用上的新突破。

宝塘储能站所采用的结构连接技术多达5种。其中,作为南方电网首批“揭榜挂帅”科研项目的攻关成果,高压级联技术在宝塘储能站有了应用上的新突破。

周跃利介绍,新型储能电站的电要接入电网,就需要通过变压器将电压提升至10千伏,而高压级联技术省去了变压器,仅通过模块级联,便可将储能系统电压提升,直接“挂网”运行。

“10年前,深圳宝清储能站首次使用了这项技术,当时2兆瓦时的装机规模占地面积达到上千平方米,现在一个集装箱大小的空间里装机规模就能达到3.5兆瓦时。”周跃利说,安装在宝塘储能站的高压级联系统,硬件结构及控制保护方面均实现了技术优化,使“挂网”电压更加安全稳定地提升至并网电压。

“这意味着,摆脱了变压器的限制后,移动式储能电站成为现实。”周跃利说,“在应急救援、大型户外活动等场景下,这座电池舱可以哪里需要去哪里,作为应急电力,随时‘挂网’送电。”

一站集成、以用促比。作为我国首个多技术路线锂电池储能站,宝塘储能站的“擂台赛”仍在继续,以运行实效促进技术精益化水平提升。


精准管理      
对210多万个电芯的数据进行实时监测    

如此大规模的储能电站,如何实现精准管理和运营维护?

走进宝塘储能站智慧控制中心,大屏幕上,数据闪烁不停。

“我们对全站210多万个电芯的电压、温度、容量等数据进行实时监测,一旦出现异常,系统会立即报警。”宝塘储能站技术工程师张敏介绍,电芯是储能站的最小单元,每26个电芯组成一个电池包,16个电池包组成一个电池簇,多个电池簇再构成电池舱。整个系统,像搭积木一样,从小到大,层层镶套。

储能站的核心设备是电池,尽可能保持电池性能一致性、优化电池控制方式是关键难题。张敏介绍,传统的电池舱,每一簇电池包都是串联的,同时充放电。因此,衰老最快、性能最差的电池包决定了整个电池簇的工作效率和使用寿命。

如何打破“木桶效应”?2020年,南方电网实施“揭榜挂帅”,广发“英雄帖”,开展关键技术攻关。

“采用全电流控制保护技术,我们在每个电池包间安装了控制器,实现了对电池的‘包级管理’,可以远程精准调节每个电池包的运行状况。”张敏说,如此,一个电池芯出问题,再不用像以前那样更换整个电池簇。眼下,宝塘储能站正在研究如何将“精准控制之手”向更小的电池芯延伸。

数字化运维的优势,还体现在精准安防上。

“每一个电池包里,都有‘多合一’消防探测器,可以敏锐地捕捉烟雾、挥发性有机物、可燃气体等,一旦发现异常,会自动触发火警信号与灭火装置,向故障电池包注入灭火介质,‘点对点’灭火。”张敏介绍,在灭火工作中,不会影响其他单元的正常运行,确保平稳供电。

“我们实时采集25项不同领域的关键技术指标,用数据说话,评定不同技术路线的运行性能。”王劲说,多个技术路线的运行数据,以及整个储能站的运维数据,日积月累汇成一个“数据富矿”,将为我国新型储能电站建设提供优化方案,为产业高质量发展积累宝贵经验。

         
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来源:锂电那些事
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首次发布时间:2024-09-15
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