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新能源侧储能的“顶配”陷阱

来源:能源杂志 作者:李帅 人气: 发布时间:2020-05-08
摘要:新能源配储能似乎已经成了标配。 截至目前,包括湖南、安徽、新疆、内蒙古、河南、山东、江西在内的七个省都发布了要求新能源配套储能的政策或规划,尽管政策或规划背后充斥着争议,但新能源配储能已然势在必行。 3月23日,国网湖南电力下发《关于做好储能项

新能源配储能似乎已经成了“标配”。

截至目前,包括湖南、安徽、新疆、内蒙古、河南、山东、江西在内的七个省都发布了要求新能源配套储能的政策或规划,尽管政策或规划背后充斥着争议,但新能源配储能已然势在必行。

3月23日,国网湖南电力下发《关于做好储能项目站址初选工作的通知》,一次性公开了28个风电配套储能项目,项目规模、配置储能比例和时长的明确也意味着新能源配储能已进入实战状态。

据《能源》记者不完全统计,2020年至今,已有11个新能源配储能项目开始落地执行,其中以“风电+储能”项目为主。

储能与风电、光伏等新能源相结合,具有平抑可再生能源发电波动、跟踪发电计划出力、电量时移等作用。但是在实际结合过程中,仍不乏这样或那样的问题。

例如,在现阶段的储能系统招标中,发电企业更多考虑价格、参数、并网、质保等因素,却没有较好的方法去印证储能系统本身是否可以高效率、长寿命的运行。

在业内人士看来,新能源配储能不能把精力仅放在追求储能电池、设备参数的“顶配”,以及储能系统的价格,关系到系统使用寿命的储能系统架构设计也至关重要,它直接影响新能源侧储能的系统稳定性和投资收益率。

标书之变

2020年以来,尽管受新冠疫情影响,绝大部分行业发展节奏都放缓了下来,但是在新能源配储能项目方面,相关询价、工程招标公告却越来越多。

4月24日,华能包头新能源发布华能赤峰300MWp光伏+储能项目投资机会研究报告、竞争配置方案报告询价公告;4月13日,三峡新能源发布青海省锡铁山流沙坪二期风电场100MW储能项目EPC总承包工程招标公告……

在中科院电工所储能技术组组长陈永翀看来,新能源配储能的发展是一个螺旋式的过程。最早新能源配储能的应用是分布式光伏加铅酸电池和超级电容,后来随着锂电池成本大幅度下降,加上锂电池本身性能比较综合,现在磷酸铁锂电池已成为新能源配储能的主力,能起到更好的调节作用。

从已有的招投标项目来看,随着储能业务的增多,发电企业对储能系统的需求逐步升级,关注点从“满足并网考核”逐步向“全生命周期回报”转变,更注重储能系统的“实用性”。比如用“交流侧放电能量”取代“系统安装能量”, “电池系统真实寿命”取代“电芯理论寿命”,同时对电池的全生命周期保障也提出更高要求。

以最新安徽某风场配套储能项目为例,已经体现出对于实用性的需求和储能新技术应用的重视。

实用性方面,该项目明确要求了“交流侧放电能量”不低于10MWh,必须保证验收测试时达标;对电池系统的质保期明确提出了“系统5年全免费质保”的要求,还对系统的全寿命周期能量保证(20年)做了明确的要求。

储能新技术应用方面,该项目提出了“为提高电池一致性,储能系统应采用两级变换”,即在原有的630kW储能变流器直流侧和电池簇之间引入了125kWDC/DC转换器(目前各厂商储能变流器主流功率包括200kW、250kW、500kW、630kW,不同的储能技术方案会选择不同的变流器型号),将电池簇分隔开,使之相互独立,形成电池直流侧电池簇无并联的结构。而在新技术之前,新能源所配的储能系统架构是电池簇集中并联汇流之后接入变流器。

一方面,多簇电池并联会引起电池簇之间的不均衡,久而久之并联电池簇中会出现一部分电池实际出力不足,而另一部分超出倍率使用的现象,造成“劣币驱逐良币”效应;另一方面,电池簇并联后,如果某个电池簇出现电芯内部短路,存在故障快速蔓延失控,单个电芯短路引起整个“电池堆”发生事故的风险。

“新技术”则避免了电池簇并联产生一致性差异后出现的不均衡和环流现象,降低了电池簇间“木桶效应”对整体储能系统的影响,提高了系统的利用率和使用寿命。

尽管在商业储能项目中,系统价格是决定性因素之一,但随着储能系统的需求向实用性方向的转变,储能系统提供商需要在系统价格和实用性之间找到平衡点,才能更好的满足新能源侧市场的需求,推动产业从高速发展阶段转向高质量发展。

然而,上述项目要求增加了DC/DC转换器的“新技术”也并非最完美的方案,新的系统电气结构复杂度更高、控制繁琐、占地面积更大、成本更高,还会增加系统损耗和故障点。如何设计一种效率高、结构简单、占地小、故障率低的系统架构,满足新能源场站对储能系统的应用需求已成为当务之急。

最优方案

对于储能系统架构而言,电池簇不并联的优势和劣势均很明显,如何扬长避短寻求最优解呢?显然,如果电池簇的能量可以与变流器功率按照1:1的比例配置,那么就可以做到直流侧不并联。

“通常,储能变流器的功率越小,单位成本越高,并且交流侧并机数量越多,带来的多机并联控制难度越大,所以经过测算之后,我们认为200kW/250kW变流器是最合适的一个功率段。”金风科技储能产品线总经理刘巍巍告诉《能源》记者。

储能系统在进行了上述架构优化之后,在与偏重参数、并网、质保等的“顶配”方案和增加大量DC/DC转换器的“新技术”方案相比,在系统效率、变流器造价、占地面积、故障损失、系统寿命和安全性,性价比显然要更高一些。

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