運籌帷幄看儲能 探索多種電池儲能技術

    鋰電世界  8月14日，記者從國家風光儲輸示范工程獲悉，截至目前，該工程累計發電量已超過2億千瓦時。說起國家風光儲輸示范工程，許多人認為儲能電站只是把風能、光伏發出的電儲存起來以后再送出，其實并非如此，而是儲能電站通過實時充放電使得風電、光伏發電在接入電力系統時變得穩定可靠。那么，這種實時充放電是如何操作的呢?如何統籌平抑風電、光伏發電呢?8月14日，記者到國家風光儲輸示范工程的核心和大腦——儲能電站和聯合發電監控中心進行了采訪。

    圖為國家風光儲輸示范工程中的垂直軸風機。這在世界范圍內首次突破了風輪空氣動力、新型磁懸浮支撐、電磁力剎車、風輪減阻和變流技術等兆瓦級垂直軸風機的核心關鍵技術，已具備規模化生產條件。

    探索多種電池儲能技術

    8月14日，塞外高原天氣有些陰，從河北省張北縣向西約半小時車程后，就可看到一排排風電機組高聳在地平線上，白色的風機與一望無際的高原形成一道美麗的風景線。體型龐大的垂直軸風機、永磁直驅型風機以及多晶硅、單晶硅、非晶薄膜等多類型光伏電站正源源不斷地輸送著電能……這里就坐落著目前世界上規模最大，集風電、光伏發電、儲能及智能調度輸電于一體的新能源友好并網綜合示范項目——國家風光儲輸示范工程。

    其中，最神秘且著名的莫過于儲能電站和聯合發電監控中心。記者隨即先來到儲能電站3號廠房，首先映入眼簾的是一排排有序排列著的白色電池柜，當中的磷酸鐵鋰電池單體模塊格外醒目。

    “這里一共有4種單體電池，最小容量20安時，最大容量200安時。大家所看到的電池室采用的是200安時電池構成的模塊，整個房間有1890個模塊，整個儲能電站3號廠房共有6萬8千多個單體電池，整個磷酸鐵鋰儲能電站共有27.5萬節電池。”國網新源張家口風光儲示范電站有限公司儲能專責牛虎介紹，“200安時的單體容量相當于100多塊我們常用的手機鋰離子電池。如果能把這種電池容量應用在手機上，實現一個月待機就較容易了。”

    據了解，儲能電站采用磷酸鐵鋰電池14兆瓦、鈉硫電池4兆瓦、液流電池2兆瓦，總容量95兆瓦時，多類型儲能系統協調應用規模居世界首位。牛虎說：“目前液流電池和鈉硫電池還沒有投運，但未來肯定要把這三種電池放在儲能電站里綜合使用。當然，未來三種電池一起使用后如何和風光配合，如何聯合運行，都還需要探索。而且，未來儲能電站可能還會引用新型電池。”其中，液流電池擴容性好，充放電壽命長，循環次數多;鈉硫電池是高溫電池，比能量高，占地小。

    有研究表明，沒有任何一種儲能技術可以全面滿足智能電網接納分布式能源的需求，單一的儲能技術很難同時滿足能量密度、功率密度、儲能效率、使用壽命、成本等性能指標，如果將兩種或兩種以上性能互補性強的儲能技術結合，可以取得較好的技術經濟性能。

    智慧的“大腦”運籌帷幄

    國家風光儲輸示范工程最重要的創新技術之一，是將風電、光伏發電與儲能進行智能互補，再送至220千伏智能變電站，使平穩的電能送到千家萬戶。國網新源張家口風光儲示范電站有限公司副總經理徐明強調：“國家風光儲輸示范工程的技術路線就是讓風電、光伏發電在接入電力系統時變得穩定可靠，其中儲能電站的作用并不單純是把風能、光伏發出的電儲存起來以后再送出，而是通過實時充放電對風電、光伏所發出的電進行平抑，甚至接近常規的火電，使得對電力系統的影響會越來越低。同時，風電和儲能可以互補，光伏發電和儲能可以互補，三者也可以互補，測點會檢測到該時間需要電池如何運行才能保證出力平滑。”

    那么，如何實現新能源發電的平滑輸出、計劃跟蹤、削峰填谷等控制目標呢?為此，記者隨后來到國家風光儲輸示范工程另一個技術亮點和難點——示范工程聯合發電監控中心，看到大屏幕上清楚的顯示著“當天總發電量：336MWH”等數據，同時全景控制系統正全方位的控制著示范工程內的所有信息，掌握每一臺風機的運行狀態、出力情況等數據，對每一塊光伏電池板、每一節儲能電池的運營參數進行實時監控，實現電源、電網的全景監控、實時互動，就像是智慧的大腦，做到了足不出戶，運籌帷幄。

    在其中一塊監控風力發電機的電腦屏幕上，一副衛星遙感地圖上標注著紅色和藍色的風機標志。工作人員向記者介紹：“紅色的代表正在正常運行的風機，藍色的就是沒有正常運行的風機。”只見徐明輕點其中一個紅色光標，一臺風機的詳細運行數據立即呈現出來。工作人員只要坐在電腦前，就可以通過視頻清楚地掌握這臺風機的運行情況，實時監控風機的風速、發電機轉速、電壓等多個運行數據。同時，監控系統根據這些數據變化即時監控這臺風機的運行情況，極大提高了工作效率。

    全景控制能量配比

    據介紹，國家風光儲輸示范工程投產的一期工程由10萬千瓦風電、4萬千瓦光伏發電和2萬千瓦儲能組成。對此，徐明介紹：“風、光、儲容量的配比，是通過科學研究張北地區的氣象數據、其他風場的運行數據等后再仿真計算出來的，10∶4∶2的容量比例是比較經濟的。如果在甘肅建風光儲項目，容量比例可能會更小。”

    研究顯示，在張北地區的風光資源條件下，單純輸出風電的出力波動為30%，而風電與光伏發電以1：1比例一起發電時的聯合出力波動為12%。這大大降低了出力波動。如果再加上儲能電站的作用，波動會更小。當儲能在整個項目中的配比容量小于10%時，聯合發電出力波動超過9%;當儲能配比大于20%時，出力波動偏差小于5%;當儲能容量配比達30%時，出力波動基本由儲能系統吸收，出力偏差小于3%。

    據了解，風到正午時，隨著空氣中溫度基本一致，風速變化越小，出力就會小，風電就難以支撐電網所需要的負荷，此時光伏正好出力大發。風在晚上、凌晨溫度變化較大，風電大發，此時光伏不出力。工作人員進一步介紹，當風力較大或陽光較強時，儲能裝置可以把多余的能量儲存起來，儲能顯示的就是負數;反之，儲能顯示的是正數，就需要釋放能量，這么做有助于整體電能輸出更加平穩。

    牛虎表示：“畢竟是示范項目，從容量來看沒有優勢，但其反應速度快，且具有彈性。相比之下，如果火電機組出力壓低到一定程度，不僅將對火電機組的安全運行產生危害，且煤耗也不經濟，而儲能則不存在這個問題。從小規模來看，儲能比火電安全，在不考慮建設成本的前提下，經濟性要高一些。我們預期鋰離子電池壽命在10—15年后，電池還具有70%—80%的容量。”

    此外，就儲能技術而言，目前抽水蓄能技術相對成熟，功率和儲能容量規模可以做得很大，但受地勢影響大，多建在南方有山有水的地方，且響應速度較慢、建設周期長。相比之下，儲能電站建設周期較短。據悉，目前甘肅、內蒙古都在做一些風光儲的規劃，但儲能投資還較高，如果未來價格降下來后，將更具潛力。國家電網公司副總經理舒印彪近日也指出：“目前儲能成本較高，達3.5—5萬人民幣/千瓦時，因此大規模儲能技術要實現商業化還有待發展。”