鋰電池儲能有了“技術擂臺”
廣東佛山，地處珠三角洲腹地，是我國重要的制造業基地。2024年伊始，在這個粵港澳大灣區的重要節點城市，一座剛建成的儲能電站，將為我國戰略性新興產業發展增添新的助力。
1月3日，筆者從南方電網儲能股份有限公司(以下簡稱“南網儲能”)了解到，佛山寶塘電網側獨立電池儲能站(以下簡稱“寶塘儲能站”)投入運行，裝機規模為300兆瓦/600兆瓦時。這是粵港澳大灣區規模最大的儲能電站，也是我國一次性建成最大的電網側獨立儲能電站，直接提高廣東在運新型儲能總量約20%。電站在我國首次實現了多條鋰電池儲能技術路線的“一站集成”，將有力提升新型儲能產業的技術精益化水平。
每年可輸送4.3億千瓦時
清潔電能的“城市充電寶”
儲能，就像城市里的大型“充電寶”，可在用電低谷時利用風能、太陽能等清潔能源進行“充電”，用電高峰時將這些綠電穩定可靠地輸送到千家萬戶，是構建新型電力系統的重要技術和基礎裝備，是實現“雙碳”目標的重要支撐。
截至2023年9月底，我國已建成投運新型儲能項目累計裝機規模達2123萬千瓦，位居全球前列，產業生態初步形成。其中，以鋰電池為代表的電化學儲能在新型儲能中占比超過90%，處于絕對主導地位。
在占地面積58畝，相當于5個半標準足球場大小的寶塘儲能站里，88套磷酸鐵鋰儲能系統分7個區域整齊排列，兩層高的主控樓在中線矗立，兩回110千伏線路穿過鐵塔與供電片區相連。然而，這個看似由大小不等“集裝箱”構成的儲能電站，內部結構卻十分復雜，包括電池簇、電池管理系統、儲能變流器、能量管理系統等多個重要系統。電站運行時，實現電能在儲能系統中的“精準”充儲和放出，“毫秒級”地迅速響應電力系統調節需求。
按照每天“兩充兩放”測算，寶塘儲能站每年可向粵港澳大灣區輸送4.3億度清潔電能，滿足20萬戶居民的用電需求，減少二氧化碳排放30萬噸。“新型儲能具有響應快、布置靈活、建設周期短等優勢，能夠精確匹配電網負荷需要，最大程度體現其對電力系統的調節價值，幫助不穩定和波動性的清潔能源大規模、高比例接入電網”，南網儲能科技公司董事長汪志強介紹。
9條儲能技術路線
同臺競技的“大舞臺”
我國新型儲能在產業規模化發展的同時，技術同步呈現多元化發展趨勢。
寶塘儲能站項目2022年底啟動，按照國家現行標準，規模達到100兆瓦即為“大型儲能電站”。“如何把300兆瓦的規模用好”，是項目初期建設者們一直思考的問題。“除了給電網提供調節服務，我們還希望項目能對儲能行業的技術發展起到促進作用。為此，我們決定建設一座多技術路線的鋰電池儲能站。”汪志強表示。
當前，在我國鋰電池儲能領域，產業鏈上的創新主體聚焦安全、質量、效率等重大問題，不斷推進技術迭代升級。電池在運行的過程中會發熱，控制溫度的熱管理技術是影響儲能電站安全的重要因素。“寶塘儲能站運用三種熱管理技術，包括給電池‘吹空調’的風冷技術、‘冷板接觸電池降溫’的一般液冷技術和‘冷卻液直接浸泡電池’的浸沒式液冷技術。”南網儲能科技公司建設中心總經理劉邦金介紹。
在結構連接方面，寶塘儲能站的連接方式多達5種，組串式、雙極式、單極式、低壓級聯、高壓級聯。其中，“高壓級聯”是南方電網首批“揭榜掛帥制”科研項目的攻關技術，實體成果“我國首個高壓移動式儲能站”于2023年初在河北保定投運。這種新技術通過模塊級聯的方式將儲能系統電壓直接升至10千伏,在大幅減少儲能系統數量的情況下實現同等效率，省去變壓器的儲能系統可靈活移動，解決了傳統儲能應用場景受限的問題，迅速成為行業研發應用的“熱門”。“安裝在寶塘儲能站的兩套高壓級聯儲能系統，相對于河北保定系統，硬件結構及控制保護方面均實現了技術優化，綜合性能更優。”南網儲能高壓級聯攻關團隊成員李勇琦指著新投運的高壓級聯電池艙說。
據了解，寶塘儲能站電池供貨企業同樣多達5家，均為國內磷酸鐵鋰電池生產的“頭部企業”。電站通過對多家電池企業最優產品的“一站集成”，將以用促比，推動我國鋰電池制造質量的持續提升。
“我們聚焦鋰電池的熱管理、結構連接、電池性能3大主要技術領域，搭配組合不同技術方式，形成了9條技術路線，各路線裝機規模從5兆瓦到75兆瓦不等。這相當于把9座不同技術特點的中型儲能站聚合到了一起，形成一個技術性能對比的‘大擂臺’。”汪志強面對上百個“密集林立”的電池艙介紹。
涵蓋20項
關鍵技術指標的“數據富礦”
“大擂臺”搭建好了，如何評定不同技術路線的運行性能“高低”，關鍵技術指標數據“說了算”。
在寶塘儲能站的多技術路線驗證方案中，“指標”是“高頻詞”，既有熱管理、結構連接、電芯性能等不同領域的關鍵技術指標，也有儲能、電池、變流器等不同領域的關鍵技術指標，總數多達20項，將形成“數據富礦”。
以電池運行性能評價為例，寶塘儲能站運行人員在“同品牌、不同熱管理技術、同結構連接”“同品牌、同熱管理技術、不同結構連接”“不同品牌、同熱管理技術、同結構連接”的條件下，分別對比電池電壓一致性、電池溫度均勻性、系統可用能量、電池容量衰減4項關鍵指標。
“我們運用科學實驗的‘控制變量法’，在兩個技術領域的技術方式完全相同條件下，對比剩下一個技術領域的關鍵技術指標情況，將會非常直觀。”南網儲能科技公司運營中心總經理王勁在數據系統的屏幕前演示。
近日，我國公示了56個新型儲能試點示范項目，旨在推動新型儲能多元化發展。寶塘儲能站的多技術路線成套評價結果，將為我國新型儲能的技術應用和產業發展提供重要實證參考。
