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8月9—10日，由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應用分會聯(lián)合中國電力工程顧問集團西北電力設(shè)計院有限公司、西安北大科技園、中國科學院電工研究所儲能技術(shù)組、深圳市科陸電子科技股份有限公司等單位聯(lián)合主辦“第二屆全國發(fā)電側(cè)儲能技術(shù)與應用高層研討會”在陜西西安金磐酒店舉行。來自政府主管部門、能源監(jiān)管部門、行業(yè)專家、設(shè)計院、新能源發(fā)電業(yè)主單位、電力公司、系統(tǒng)集成商、項目承包商、投融資機構(gòu)等單位的260余位嘉賓出席了本次研討會。
主辦方邀請到科華恒盛股份有限公司新能源事業(yè)部高級技術(shù)經(jīng)理高志遠就“儲能在風光發(fā)電系統(tǒng)中的應用探討”做主題報告，以下為其報告主要內(nèi)容。
高志遠
一、儲能應用概況。
我們先來看一下儲能在整個電力系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)所起到的不同作用。在源側(cè)，也就是發(fā)電側(cè)，儲能的應用主要是與光伏電站、風電場和火電廠的聯(lián)合應用。1是與火電聯(lián)合調(diào)頻，主要集中在山西、內(nèi)蒙和廣東等地區(qū)，收益和應來自“兩個細則”的解讀；2是風儲、光儲應用，主要收益來自“棄電”，隨著“兩個細則”的對新能源場站的考核要求提高，新能源場站儲能應用正逐步解決“棄風棄光”驅(qū)動到“考核驅(qū)動”，尤其是“三北地區(qū)”；3是大型微電網(wǎng)和多能互補項目，儲能可以提供電網(wǎng)支撐，平衡負荷等功能。在電網(wǎng)側(cè)，儲能可以起到調(diào)頻調(diào)峰、黑啟動的作用，主要以各省綜合能源公司主導，隨著大規(guī)模儲能建設(shè)暫緩，但是值得關(guān)注的是“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”建設(shè)中，“多站融合”中的儲能站，這應該是新的儲能應用形式。在用戶側(cè)，儲能可以解決擴容、應急供電等，目前儲能的收益主要來自于峰谷電價套利，減少電網(wǎng)擴容費、變壓器容改需等。
會議現(xiàn)場
隨著可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中比重不斷提高，截至2018年底，全國風電、光伏裝機3.6億千瓦，占比接近20%。根據(jù)我國《能源生產(chǎn)和消費革命戰(zhàn)略（2016-2030）》，非化石能源比重提至50%以上，光伏和風電占比會繼續(xù)增加，對大電網(wǎng)造成的頻率和電壓波動會引起電網(wǎng)的穩(wěn)定。從國家能源局7月份召開的全國能源形勢發(fā)布會上的數(shù)據(jù)來看，新能源裝機持續(xù)增多，截至2019年上半年，全國風電累計裝機1.93億千瓦，其中“三北”地區(qū)累計占65%；光伏新增裝機1140萬千瓦，新增裝機“三北”地區(qū)占61%。同時，可喜的是2019年上半年，全國風電平均棄風率同比下降4.0%，光伏棄光率同比下降1.2%。
但是，依然嚴峻的是，2019年上半年，棄電限電依然，其中最嚴重的新疆棄風率17.0%，棄光率11%。
以新能源裝機滲透率達到100%的西北地區(qū)為例，“兩個細則”對風光考核加強，從西北能監(jiān)局發(fā)布的數(shù)據(jù)來看，2019年4月份青海、寧夏、新疆的大部分光伏電站考核補償結(jié)果中，兌現(xiàn)獎金為負的，最多是單月80多萬。如何在解決棄電回收的同時降低考核費用甚至變負為正，這其中儲能作用顯得更加凸顯。粗略估算，假定到2020年，僅考慮大型光伏電站（105GW）、風電（210GW）累計裝機容量，合計配備10%儲能，儲能需求的市場規(guī)模達上千億元，僅從可再生能源發(fā)電的市場來看儲能空間廣闊。
二、風光發(fā)電儲能應用解決方案
我們在座的各位都知道，隨著平價上網(wǎng)的推進，光伏和風電電站規(guī)模大型化。光伏發(fā)電相對比較好預測，白天發(fā)電，類似拋物線，但是風電的波動就非常大，而且是24小時不間斷發(fā)電，儲能的配置相對復雜。在發(fā)電單元配置儲能，通過儲能來解決棄風棄光的利用，平滑功率輸出、跟蹤計劃曲線來降低考核分，可以很好的可以解決光伏和風電發(fā)電特性帶來的不穩(wěn)定問題。
首先來看一下光伏儲能方案。第一種方案是交流母線，通過在光伏電站獨立上一套儲能系統(tǒng)，這個方案的優(yōu)勢在調(diào)度靈活，快速響應電網(wǎng)指令，也可以更好的參與電網(wǎng)輔助服務市場，但是涉及到高壓接入，對舊電站要對原間隔改造，適用于大型儲能和新建項目。
另外一種是光伏直流母線方案，我們知道光伏組件出來的電是直流電，相比交流方案，可以將光伏發(fā)的電直接存到儲能電池里面，不需要逆變和變壓設(shè)備，效率比較高，降低高壓接入設(shè)備投入成本。直流方案也存在三種設(shè)計模式：第一種是在光伏逆變器的直線母線側(cè)上加裝DC-DC，原逆變器工作在 MPPT模式 ，新增額DC/DC為恒功率模式模式，該方案特點是有效解決棄光問題，減少電池放電次數(shù)，適用于原有電站改造，解決組件超配問題；第二種是逆變器工作在恒功率模式，新增DC/DC設(shè)備為 MPPT模式，由于交流輸出功率恒定，可以很好的平滑輸出功率，但是控制相對復雜，適用于新建電站；第三種是逆變器為恒功率模式，光伏組件通過DC/DC接入逆變器直流側(cè)，DC-DC為MPPT模式，電池直接掛在逆變器母線上。該方案特點是控制簡單，但電池系統(tǒng)管理相對復雜，對母線影響大。這三種方案各有特點，可解決不同的主要矛盾。
下邊講一下風電儲能方案。首先是集中交流母線，類似于光伏電站，在風電站獨立配置一個儲能電站，接入35kV母線。方案特點是集中控制和靈活調(diào)度，適合大規(guī)模的儲能建設(shè)，包括未來參與到服務的調(diào)控。另外一種方案是分散式一樁一儲，如果是鋰電、鉛碳電池等，可以電池接入PCS逆變器接入風電的690V-35kV箱變的低壓側(cè)。如果是應用液流電池，根據(jù)液流電池低電壓、大電流的特點，電池需要加DC-DC進行升壓，然后再接入PCS逆變器接入交流低壓側(cè)。一樁一儲和集中交流儲能的方案各有利弊，在交流側(cè)配置獨立儲能電站，由于多風機的發(fā)電系統(tǒng)脈動性小于單一風機，儲能的配置容量會適當降低。
風電儲能還有一種方式。海上風電快速發(fā)展，但是海上風電儲能并受制于成本問題，暫時沒有得到大規(guī)模應用。通過在海上風機平臺上儲能替代柴發(fā)，可以有效解決臺風天偏航系統(tǒng)供電、平滑風機功率曲線和節(jié)能環(huán)保、響應風機配套儲能的指標的要求。
最后，多能互補和微網(wǎng)中也有儲能的應用，由直流微網(wǎng)和交流母線微網(wǎng)兩種方案。直流方案中光伏、風電、儲能和部分直流負荷在直流母線上，負載通過逆變器進行用電。交流方案中，光伏、風電、儲能共交流母線，同時還有考慮柴油發(fā)電機的并聯(lián)接入和系統(tǒng)的母線平衡問題。
通過以上方案的分析探討，下邊以一個實際的光伏電站調(diào)研為例。這是在西北地區(qū)某20MW光伏電站的調(diào)研數(shù)據(jù)。首先看一下發(fā)電曲線，電站PR值85%計算，理論可最大輸出17MW，根據(jù)實際調(diào)研數(shù)據(jù)，最大發(fā)電限值是12MW，限發(fā)比例是60%，棄光功率5MW，按照日照時間是4小時（考慮陰雨天），儲能系統(tǒng)可日吸收電量為8MWh，據(jù)統(tǒng)計：由于光功率預測精度不夠，該站點每月被考核140-160分，考核金額14-16萬元。右邊的這個曲線圖可以看出來問題，上面兩個藍線是發(fā)這是允許發(fā)電功率曲線上、下限，綠色這條線是光功率預測曲線，紅色是實際發(fā)電曲線，可以清楚的看出來限發(fā)，包括陰雨天氣導致功率比較過低，個別時間發(fā)電上限。通過設(shè)計一套2MW/8MW的儲能系統(tǒng)，35kV接入預留的備用間隔。從收益上可以看一下，保守估算，儲能按照4000次循環(huán)，2元/WH造價，單價1元/kWH,如果純靠棄光太低，加上減少的考核罰款，每月按照14萬元算，一年就1000多萬收益。我算的比較保守了，包括投資成本按照2塊兆瓦時，電池這塊可以在電池壽命更多情況下，靜態(tài)收益達到20%左右。影響回報率的三個核心因素：電價、考核收益和設(shè)備成本，初步計算上網(wǎng)電價降低20%，回報率降至19%，考核收益降低20%，回報率降至20%，設(shè)備成本降低10%，回報率升至24%。
我們來總結(jié)一下，儲能系統(tǒng)匯報率受到政策因素影響大，同時，作為業(yè)主和設(shè)計單位如何降低成本，集中接入還是分散接入，包括容量配置、運維成本和效果評判。另外是就是場景分析和盈利模式，尤其電網(wǎng)對新能源考核力度加大儲能收益，同時參與到電網(wǎng)輔助服務也是未來的收益增長點。
講完上邊的方案，我們來看一下這種規(guī)?；瘍δ芟到y(tǒng)中的一些關(guān)鍵技術(shù)要素。首先我們看一下大型儲能系統(tǒng)的幾個關(guān)鍵部分：PCS（含升壓變），電池組（含BMS系統(tǒng)）、EMS系統(tǒng)包括站控和工程等。電池部分，目前在發(fā)電側(cè)是磷酸鐵鋰比較多，PCS多采用非隔離型的單級拓撲；EMS包括間隔層、通訊層和站控層。通過整個策略EMS策略運算，指令下發(fā)，與AGC等站控系統(tǒng)聯(lián)動。
另外就是規(guī)?；瘍δ艿耐ㄓ嵎绞?，由于對儲能對快速性要求非高，原有通信方式BMS和PCS的485和以太網(wǎng)可能滿足不了時間要求，去年包括之前在西部做的光伏電站，也要滿足快速調(diào)頻，儲能這塊BMS和PCS的快速通訊行要求就高，如61850協(xié)議等新方式。
作為儲能核心部件，PCS在大規(guī)模儲能中有幾個核心技術(shù)：第一個是VSG技術(shù)，是交流母線光儲/風儲/多能互補系統(tǒng)中PCS應用的關(guān)鍵技術(shù)，通過模擬傳統(tǒng)同步發(fā)電機的運動方程，以增加電力系統(tǒng)的虛擬慣性和阻尼，使新能源發(fā)電站更“友好”的接入電網(wǎng)。第二個黑啟動技術(shù)，適用于交流母線風儲/光儲/多能互補系統(tǒng)中；第三個是無縫切換技術(shù)，從并網(wǎng)到離網(wǎng)，從離網(wǎng)到并網(wǎng)復雜的判斷和切換過程；第四個是多機并聯(lián)技術(shù)時，解決大規(guī)模并網(wǎng)運行的要求，這是我們在實驗室的測試平臺，這是10臺并聯(lián)測試。直流母線中應用的DC-DC也存在下垂控制和并聯(lián)網(wǎng)切換技術(shù)。我們來總結(jié)一下，在規(guī)?；瘍δ芟到y(tǒng)中，需要考慮的幾個因素，從設(shè)計考慮、結(jié)構(gòu)設(shè)計、散熱設(shè)計、電池設(shè)計、安全設(shè)計上和BMS、EMS的要求細化對儲能系統(tǒng)的精細設(shè)計。
基于以上的技術(shù)沉淀，科華恒盛儲能解決方案覆蓋發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)等多種應用場景，并積累了大量的應用實踐，我這邊有一些案例跟大家分享，截止19年上半年，科華恒盛PCS已完成350MW的裝機，獲得工信部賽迪智庫頒發(fā)的“2018-2019中國儲能市場用戶側(cè)市場占有率第一”、2019年度“儲能產(chǎn)業(yè)十大儲能雙向變流器供應商”，2019年度“中國十大儲能PCS企業(yè)”首位等市場榮譽。下邊我們看看案例，在發(fā)電側(cè)，這是在在北美和印度的光伏儲能應用（DC-DC和PCS），還有國內(nèi)銅川、長治光伏技術(shù)領(lǐng)跑基地（進行直流加交流的儲能項目應用），在風電一光一儲應用，明陽大慶的風電廠配置1套儲能。在配電側(cè)，先后參與了國家能源局甘肅720MWH大規(guī)模儲能電站，河南電網(wǎng)100MW/100MWH項目，湖南電網(wǎng)60MW/120MWH項目，上海多站合一項目，南方電網(wǎng)的項目等，在用戶側(cè)，積累了大量的應用案例，包括和電池廠家項目、工業(yè)和商業(yè)場景應用等。另外就是微網(wǎng)項目，包括在國內(nèi)外的微網(wǎng)、離網(wǎng)項目。
下邊我簡答介紹一下科華恒盛，我們公司成立于1988年，至今31年，一致專注于電力電子產(chǎn)品研發(fā)和集成，2 010年在深圳A股上市，主要有智慧電能、云基礎(chǔ)服務和新能源三大業(yè)務板塊，2016以來在儲能應用探索出多種解決方案并形成了大量的案例應用，我們也歡迎行業(yè)各位朋友與我們一起就儲能在不同場景應用等進行研討，我的演講內(nèi)容就這些，謝謝大家的耐心聆聽。
原標題：高志遠：儲能在風光發(fā)電系統(tǒng)中的應用探討
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