林洋亿纬何振宇:支撑新型电力系统的新型储能电站系统集成及运营支撑关键技术-中国国际储能大会
2023 06/21 10:33:02
来源:中国储能网

林洋亿纬何振宇:支撑新型电力系统的新型储能电站系统集成及运营支撑关键技术

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作者:中国储能网新闻中心

  中国储能网讯:5月24~26日,由工业和信息化部节能与综合利用司与国家能源局能源节约和科技装备司联合指导,中国化学与物理电源行业协会主办并联合240余家机构共同支持的第十三届中国国际储能大会在杭州召开。

  来自行业主管机构、国内外驻华机构、科研单位、电网企业、发电企业、系统集成商、金融机构等不同领域的1011余家产业链供应链企业,5417位嘉宾参加了本届大会,其中245家企业展示了储能产品,可谓盛装出席,涵盖系统集成、电芯、PCS、BMS、集装箱、消防、检测认证等新型储能全产业链。

  5月25日上午,江苏林洋亿纬储能科技有限公司研发总监何振宇受邀在新型储能系统集成解决方案专场分享了主题报告,报告题目为《支撑新型电力系统的新型储能电站系统集成及运营支撑关键技术》。以下是报告主要内容:

  何振宇:各位领导,各位专家,非常荣幸协会能提供这样一个交流和汇报的机会,我汇报的题目是:支撑新型电力系统新型储能电站系统集成及运营支撑关键技术。

  开始我的正式汇报之前,我先说一下林洋为什么要布局储能这样一个领域,我们的布局根植于这样一个大的背景,新能源在整个电力系统中的占比越来越高,可以看到去年在整个新增装机量里,新能源占比已经接近了50%。在这样一个大的背景之下,除了能源的发电方式,整个消纳端和运行端都要相应地做出调整。储能的发展一定是和新能源发展相匹配的,从21年到23年整个爆炸式发展也印证了这一点。

  和传统能源系统不同,传统能源系统从生产端、到传输端、到消费端,主要架构写在上面,它的整个流动是单相不可逆的,整个发输变配用体系相对井然有序,业务模式也稍微单一一点。随着整个能源系统向能源互联网演进,源网荷储各个要素之间的互动更为充分,每个要素内部也变得更为复杂。所以在这样一个大的背景之下,储能在发电侧、电网侧和电源侧,它的作用也就更为突出。我们大致总结了这样一个“B+X”的储能融合应用场景,我们把它大致归为以下几类:传统火电厂,火储联调。后面是两个比较火热的新能源配套储能和集中式共享储能,这两个大型的储能。还有两个现在少一点,电网侧的大型独立储能电站,还有大型工业企业的配套储能。另外三个稍微小一点,微电网、一般工商业户储这样一些场景。这些场景对于储能的需求区别是比较大的,目前林洋重点发力点是在新能源配套储能和共享储能这两个比较典型的场景,我们一般是提供兆瓦时级别的能产品进行覆盖。另外,我们也在一般工商业和微电网这两个领域开始发力了,针对这两个场景我们是提供all in one式,一体机式的小型产品。

  随着整个储能应用模式和应用量的铺开,它对于储能系统的要求现在也逐步清晰起来,我们把其中最为关注的6点凝练汇总出来:

  1.高安全性。刚才张总也大概提到了目前整个国家标准,还有地标、行标对于安全性强调都是放在第一要素,包括协会前天正在编制的4点标准里,也是把安全放在第一要素进行考虑的。

  2.长寿命。这一点也是储能和车载场景区别最大的一点,像现在车厂提出百万英里或者百万公里的续航,实际折到电池寿命也就是3千次-4千次的循环寿命,但这个循环寿命放在储能上是算不过来账的,现在典型一般储能项目对于电池寿命要求大概是在6千次左右,也有一些要求比较严苛的储能电站,要求是8千次或者1万次的储能寿命。折算到日历寿命的话,大概也到10年—13年了,这个不管是电池本体的性能还是后面集成设计,相对来说它的挑战是比较大的。

  3.高效率。高效率和系统收益率是直接挂钩的,一般来说对于交流侧的效率要求是85%左右,一些领先的厂家也能做到88%,或者90%,目前林洋在实验室级别测出来大概在87%—88%左右,效率也会影响它的边际收益,尤其是在计算峰谷差套利用户侧场景更为关注。

  4.低衰减。

  5.智能化。

  6.高收益

  后面三点是前面三点实现形式或直接体现。针对这6大要求,林洋作为一个系统集成商,我们在产品制造、技术研发、应用模式这3点进行发力,着力满足这6点要求。

  在产品制造方面,我们重点是打造端到端的数字化产业链平台,主要是对3块数字链条进行打通:一是电芯方面;二是从Pack到系统集成商方面,系统端;三是储能电站应用端,也叫电站端。在电芯方面主要是依托和亿纬锂能合资工厂实现电池数据互联互通。在系统端,我们依托林洋自投的系统集成工厂,把所有系统集成生产的数据、下电质检的数据集合起来,做一个Pack生产与系统集成iMES系统。在电站端,我们依托自持的储能电站构建了基于储能电站数字孪生的iEMS系统,这个系统中我们一些电站的远程监控、远程运维,这些数据收上来做到远程的控制。我们把这三端数据进行打通之后,就可以实现从电芯下线开始到系统端、电站端,所有数据的互联互通,就可以为后续更精细化储能电站管理和运行构建基础。

  这是我们实现更经济化储能管理的一个理念,除了刚才提到的核心算法,把3S进行融合之外,我们还应用了核心的一些核心设备,像Pack的控制器和簇级控制器,着力构建一个更精细化管理的储能电站,这种电站肯定比堆级控制或者集中式控制的储能电站初始投资成本稍微高一些。我稍微解释一下为什么要做这件事情,因为随着2022年下半年到2023年上半年,我们发现这种只配不建,或者只建不调的储能电站越来越少了。现在一些大型新能源侧电站都是以共享储能的形式在进行建设,我们认为未来年调度量300次或者600次以上的储能电站将会逐步成为主流,而且现在对于储能电站收益模式,还有它的调度法则都是越来越清晰了。在这种背景之下,更经济化管理的储能电站更高放电、更优投资、极简运维和安全可靠的特性将来就会凸显出来。

  为了保障两大块理念,我们构建了八个方面的技术研发布局:

  关键技术1:电池的散热及均温控制技术。这一块着力于降低电池的温升及温差,这一点也是和电池寿命发挥和效率直接挂钩起来的。针对不同的应用场景和站址,我们采用了合适的技术方案,方案目前选择还是比较多的,目前比较成熟的是风冷的冷却技术,还有冷满式的液冷技术。另外我们也提前布局了一些浸没式液冷、环式液冷方案,最终还是要向客户推荐合适的技术方案。比如一些在西北的储能电站,我们认为从秋天开始,外部的冷量就可以很好导入到舱内,降低热管理系统能耗,我们就构建了低能耗环温散热的技术。另外,我们在一些沿海地区、热带地区的储能电站,它外部的环境腐蚀性比较大,我们构建了内循环式的冷却技术。技术的应用多种多样的,最关键的一点还是向客户依据实际需求推荐合适的配置。

  关键技术2:电池状态全监测及内部机理分析。我们知道电池最开始进行生产时,都会对它进行配组,刚配组一致的电站运行初期电池一致性是比较好的,但随着运行时间的推移,电芯移散度会逐步加大,这就需要对产品的状态进行及时并且精确的跟踪,我们的理念就是对海量的电芯数据进行分层分级的管理,结合一些内部的机理分析快速判断模块到簇级的状态。对于我们认为在合理的不一致性范围之内这些模块或者簇,我们就对它进行Pack级,或者是簇级的控制优化,来提升它的运行效率。对于一些已经明显超出合理不一致性范围的模块或者簇,我们就进行人工的补链均衡,或者干脆把Pack或者簇更换掉,拉升整个系统的运行短板。

  关键技术3:储能电站数字孪生技术。它和辅助决策技术其实是同一个技术的表里,数字孪生技术更侧重于对于电站本身状态精确地控制和把握。

  关键技术4辅助决策系统。基于对电站的运行和把握,对电站运营方或者使用方,对它进行决策方面的支撑。这一点在大型储能电站方面意义不是特别大,因为这种储能电站要不然听调度,要不然专人进行值守。工商业或者小型用户侧场景,一个电站也就几十度电或者几百度电,往往没有专人运维或者值守的,这种电站往往对于自己的状态不能精准把握,不知道怎么样做一个很好的运行。往往我制定一个固定的曲线,它就来跟踪,这样对于收益率来说不太好的,所以我们就制定了智能辅助决策系统,重点是把峰谷策略、最大需量策略和开放策略提前植入起来,通过远程运维的形式体现到用户那边,增加用户的收益。

  关键技术5:多时间尺度的复合控制技术。这个也是和共享储能电站占比逐步增大趋势相匹配的,现在储能规模化系统应用场景逐步多样化和复合化,同一个储能电站需要满足多种功能需求,比如说调频、调峰、紧急控制、波动平抑,这些功能对于时间尺度要求是不一样的。像紧急控制,就是毫秒级需求。削峰填谷明显就是分钟级、小时级需求,这种就造成原本单一控制与通讯架构难以支撑更大规模的储能功能,我们通常把控制网络和监测网络分开,实现多尺度复合控制的特性。

  关键技术6:多场景应用的能源路由器。实质上在整个储能系统里,我们储能本身能量存储是靠直流侧的电池来实现,但一些涉网的特性,比如并网和控制主要通过PCS实现的,借用能源互联网的概念就把它称作能源路由器,主要寓意是像控制信息流一样便捷操作能源流,那就带来PCS一些新的要求,主要是灵活的架构、灵活的配置,高精度的响应。此外还有多级并联,安全机制这些新的技术,都是在逐步地应用过程中。

  关键技术7:储能电站的3S融合控制终端主要功能和主要机构

  这两页主要想讲一下3S融合控制终端主要功能和主要架构。BMS+PCS+EMS系统融合通讯和控制做一个深度架构,重点是解决多系统融合中参数不匹配和控制较难,还有应用模式不清晰的问题。我们通过3S融合控制终端,可以在整个微电网架构之下实现能量管理、负荷预测、发电功率预测这些所有的功能。

  关键技术8:储能电站的3S融合控制架构系统。这一点我们是把3S融合控制终端和分区控制理念耦合起来,重点就是把每一个区在3S融合这里变成一个独立的节点,然后再把整个区域,再由整个区域进行环网的控制,这一点可以实现多单元的协调控制和多时间尺度,这两个控制的功能。同一个储能电站可以分区响应不同的功能,对于整个场站,不管是灵活性还是后期的收益率,都是有比较明显的提升。

  我的主要汇报就这么多,感谢各位,有时间的话请各位专家领导到林洋储能电站莅临指导,谢谢!

【责任编辑:欧阳勇】