"該電池儲能站位于保定國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)，功率6兆瓦(MW)，容量超過7.2兆瓦時(MWh)，轉(zhuǎn)換效率達(dá)到98%。電站的投運標(biāo)志著我國高壓級聯(lián)關(guān)鍵技術(shù)研究取得成功，有效解決了電池儲能站應(yīng)用場景固定限制的難題。"
我國首個移動式大容量全場景電池儲能站—南方電網(wǎng)河北保定電池儲能站正式投入商業(yè)運行。 受訪單位供圖
不久前，我國首個移動式大容量全場景電池儲能站——南方電網(wǎng)河北保定電池儲能站正式投入商業(yè)運行。該電池儲能站位于保定國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)，功率6兆瓦(MW)，容量超過7.2兆瓦時(MWh)，轉(zhuǎn)換效率達(dá)到98%。電站的投運標(biāo)志著我國高壓級聯(lián)關(guān)鍵技術(shù)研究取得成功，有效解決了電池儲能站應(yīng)用場景固定限制的難題。
此前，我國電池儲能站主要采用低壓380伏(V)儲能系統(tǒng)，經(jīng)變壓器升壓至10千伏(kV)后并入電網(wǎng)儲能發(fā)電。不同于傳統(tǒng)儲能站，南方電網(wǎng)河北保定電池儲能站應(yīng)用了高壓級聯(lián)鏈?zhǔn)絻δ茏兞髌魍負(fù)洌瑢㈦姵亟M通過模塊級聯(lián)方式直接接入10kV高壓交流系統(tǒng)。該儲能站采取集裝箱設(shè)計，各電池加裝運輸?shù)鬃蔀槲覈谝蛔鶡o須配套變壓器的移動式電池儲能站，可隨時靈活“動”起來。
實現(xiàn)我國電化學(xué)儲能領(lǐng)域的三個首次
“十四五”時期是我國新型儲能發(fā)展的重要戰(zhàn)略機(jī)遇期。《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》明確提出，到2025年，新型儲能由商業(yè)化初期步入規(guī)模化發(fā)展階段，具備大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用條件;到2030年，新型儲能全面市場化發(fā)展。
新型儲能是指除抽水蓄能以外的新型儲能技術(shù)，是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要技術(shù)和基礎(chǔ)裝備，是實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的重要支撐。
“未來我國大規(guī)模的新能源并網(wǎng)消納需要大電網(wǎng)的支撐，尤其是隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)不斷推進(jìn)，儲能電站應(yīng)用場景不斷豐富，同時提出了儲能系統(tǒng)可移動性能的新要求。在此背景下，我們開展了移動式大容量全場景電池儲能站的研發(fā)。”南網(wǎng)儲能公司儲能科研院院長、高壓級聯(lián)項目負(fù)責(zé)人陳滿介紹。該儲能站的特點是大容量、可移動，不僅實現(xiàn)了儲能高效率的目標(biāo)，還豐富了移動式大容量儲能電站作為“有源式”并網(wǎng)測試平臺等應(yīng)用場景。
“這好比原來開的是小汽車，受限于馬力，每次只能拉10噸貨。現(xiàn)在這個大容量全場景電池儲能站是大卡車，直接拉50噸貨甚至更多。”對于大容量，陳滿打了一個形象的比喻。
據(jù)介紹，南方電網(wǎng)河北保定電池儲能站的示范建設(shè)，實現(xiàn)了我國電化學(xué)儲能領(lǐng)域的三個首次：首次運用了“H橋”的級聯(lián)結(jié)構(gòu)，可在大幅減少儲能系統(tǒng)數(shù)量的情況下，實現(xiàn)同等儲能效率;首次研究應(yīng)用電池簇間熱阻隔技術(shù)，對電池柜作耐壓絕緣和防火隔熱處理，在電池陣列之間加裝隔熱板，大幅延長火災(zāi)等極端情況下的救援緩沖時間至60分鐘;首次攻克了移動式大容量電池儲能站黑啟動關(guān)鍵技術(shù)，可為局部電網(wǎng)提供靈活、快速、可靠的黑啟動電源服務(wù)。
大容量和可移動兩種性能完美結(jié)合
如何突破大容量和可移動兩種條件的相互制約，是研發(fā)團(tuán)隊遇到的最為棘手的問題。
“一方面，移動式電站在空間上的特點限制了硬件結(jié)構(gòu)，如何在有限的空間內(nèi)將電池、變流器、控制柜等設(shè)備高效地排列，同時保證電氣絕緣可靠和熱管理安全性，這是一個難題。另一方面，則是大容量、大功率儲能系統(tǒng)設(shè)備繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜對移動性能的限制，如何在運輸全過程中對集裝箱及其內(nèi)部設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測、保障其可靠性，也是必須解決的難題。”南網(wǎng)儲能公司儲能科研院高壓級聯(lián)項目技術(shù)專家李勇琦介紹。
為此，團(tuán)隊對移動式大容量高壓級聯(lián)電池儲能系統(tǒng)的絕緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行解剖，創(chuàng)新性地將“H橋”級聯(lián)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于移動式電站，可在大幅減少儲能系統(tǒng)數(shù)量的情況下，實現(xiàn)同等儲能效率，從而首次將儲能電站大容量和可移動兩種性能完美結(jié)合。
隨著電化學(xué)儲能蓬勃發(fā)展，電池?zé)崾Э氐膯栴}被暴露在聚光燈下，儲能系統(tǒng)安全性能是電化學(xué)儲能發(fā)展的底線。
“我們不僅對‘事前’措施進(jìn)行了創(chuàng)新和高效的設(shè)計，還首次采用了不燃耐火材料，對集裝箱式儲能電站做了簇間熱阻隔設(shè)計，延長了‘事后’救援緩沖時間，實現(xiàn)了在有限的空間內(nèi)采用最高效的安全措施。”李勇琦表示，這可在最大程度避免出現(xiàn)火燒連環(huán)船的情景。他們首次應(yīng)用了電池簇間熱阻隔技術(shù)，相當(dāng)于在船與船之間加上阻燃板。一旦其中一艘船著火了，在一定時間內(nèi)，仍可讓火勢不蔓延到旁邊船只，為延長電池?zé)崾Э鼐仍畷r間提供了新的思路。
大面積停電后的系統(tǒng)自恢復(fù)被通俗地稱為黑啟動。針對儲能電站的黑啟動要求儲能系統(tǒng)具有離網(wǎng)運行模式，且需具備零起升壓、二次調(diào)頻調(diào)壓、頻率范圍控制等能力，對儲能變流器提出較高要求。為此，團(tuán)隊逐一攻克了移動式大容量電池儲能站黑啟動的各關(guān)鍵技術(shù)難題。這是黑啟動在移動式儲能電站的首次應(yīng)用，未來可為局部電網(wǎng)提供靈活、快速、可靠的黑啟動電源服務(wù)。
可應(yīng)用于各類電化學(xué)儲能場景
“這樣一座控制技術(shù)成熟、安全性能穩(wěn)定的移動式大容量電池儲能站，可應(yīng)用于各類電化學(xué)儲能場景。”陳滿說。
在電源側(cè)，該電站可平滑新能源出力波動，提供備用容量;在電網(wǎng)側(cè)，該電站可改善輸配電網(wǎng)絡(luò)功率分布，滿足設(shè)備檢修和線路融冰等特殊時期的臨時供電需求;在用戶側(cè)，該電站能夠有效調(diào)節(jié)季節(jié)性區(qū)域內(nèi)負(fù)荷，作為電網(wǎng)突發(fā)事故、春運等時段性事件的應(yīng)急電源。此外，該電站還可以作為儲能產(chǎn)品并網(wǎng)的性能測試平臺，為不同儲能產(chǎn)品性能對比提供大容量電源。
新能源“看天吃飯”的先天屬性使其帶有間歇性、波動性的特征，而電網(wǎng)又要保持電源和負(fù)荷的實時平衡。“該儲能站所用到的高壓級聯(lián)關(guān)鍵技術(shù)，使電站具有單機(jī)容量大的優(yōu)勢，能為新型電力系統(tǒng)提供更好的調(diào)節(jié)服務(wù)，使得整個電網(wǎng)更加安全穩(wěn)定。”陳滿表示。
值得一提的是，自2020年起，南方電網(wǎng)公司在企業(yè)內(nèi)部大力推動科技項目“揭榜掛帥制”落地實施，面向國家重大科研需求、行業(yè)科技前沿等領(lǐng)域發(fā)動科研人員技術(shù)攻關(guān)。該儲能站的“高壓級聯(lián)儲能系統(tǒng)規(guī)模化應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究”是首批科技項目“揭榜掛帥制”試點項目之一，由南網(wǎng)儲能公司“掛帥”攻關(guān)，與北京四方公司、上海交通大學(xué)等單位合作研究，推動產(chǎn)學(xué)研用一體融合實踐。目前，項目已發(fā)表論文9篇、完成各類專利受理授權(quán)30余項，下一步項目將實現(xiàn)更大容量的高壓級聯(lián)，推廣升級前景廣闊。
當(dāng)前，我國新型儲能技術(shù)正加快發(fā)展，新型鋰離子電池、液流電池、飛輪、壓縮空氣、氫(氨)儲能、熱(冷)儲能等材料領(lǐng)域技術(shù)的相繼涌現(xiàn)，帶動產(chǎn)業(yè)熱度的持續(xù)升溫。預(yù)計到2025年末，新型儲能在電力系統(tǒng)中的裝機(jī)規(guī)模將達(dá)到3000萬千瓦以上，年均增長50%以上。高壓級聯(lián)作為儲能領(lǐng)域集成應(yīng)用技術(shù)的創(chuàng)新突破，將持續(xù)助推儲能產(chǎn)業(yè)模式的優(yōu)化完善，為服務(wù)構(gòu)建新型電力系統(tǒng)發(fā)揮積極示范作用。
