国网上海电科院张宇:电化学储能电站设计标准的解读-中国国际储能大会
2024 03/20 13:53:16
来源:中国储能网

国网上海电科院张宇:电化学储能电站设计标准的解读

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作者:中国储能网新闻中心

  中国储能网讯:3月10-13日,由工业和信息化部节能与综合利用司指导,中国化学与物理电源行业协会主办并联合500余家机构共同支持的第十四届中国国际储能大会暨展览会(简称“CIES”)在杭州国际博览中心召开。

  CIES大会以“共建储能生态链,共创储能新发展”为主题,针对储能产业面临的机遇与挑战等重点、热点、难点问题展开充分探讨,分享可持续发展政策机制、资本市场、国际市场、成本疏导、智能化系统集成技术、供应链体系、商业模式、技术标准、示范项目应用案例、新产品以及解决方案的普及和深化应用。

  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2011余家产业链供应链企业, 53417位线上注册嘉宾将参加本届CIES大会,储能网视频号线上直播11万人参与观看与交流。其中300余家企业集中展示了储能产品,涵盖系统集成、电芯、PCS、BMS、集装箱、消防、检测认证、飞轮储能、液流电池、熔盐储热、压缩空气储能等新型储能全产业链。

  3月11日上午,国网上海市电力公司电力科学研究院高级技术专家张宇受邀在新型储能系统集成解决方案专场(中)分享主题报告,报告题目为《电化学储能电站设计标准的解读》。以下为报告主要内容:

  张宇:各位同行大家上午好!

  非常荣幸第二次参加中国国际储能大会。今天给大家分享的是一个电化学储能电站设计的标准解读。我们知道新型储能里面主要包括电化学、飞轮储能,还有压缩空气储能这三大类。在电化学里面现在也有几个主要的技术流派。锂电、液流电池、钠硫电池,其他还有新型的铅酸电池,还有钠电池等。

  电化学储能它是可以用“搭积木”的方式灵活的在各个业务场景里得到应用。今天给大家分享一下,在电化学储能标准化方面一些心得体会。有幸长期从事储能的科研和示范工作,深度的参与了国内国际电力储能领域的标准化工作。

  这是本人在标准化工作方面的个人工作历程。最早做国网公司的企标,后来又做上海市的地方标准,从团体标准开始做以后,又做了国内比较早的第一批储能团体标准。后面在国标委和中电联的领导下,又做了一些储能的行业标准。电化学储能电站接入电网设计规范,是在电化学储能领域关于并网设计的首个技术规范。

  大概2021年底,启动了电力储能术语标准的编制工作。也历时近两年的编写和报批过程,整个报批的流程比较长。术语标准一共写了大概将近200个词条,对整个行业将来技术术语的规范起到了打基础的作用。

  从2017年开始,做一些国际标准工作。2019年立项了国内第一个属于技术规范类的电力储能国际标准。关于功率性储能在电网里面应用的,在去年年初顺利出版,差不多花了10多年的时间,把所有系列的标准做了一遍。

  首先给大家介绍一下储能应用大的行业背景。我们知道双碳目标提出以后,能源是双碳目标重点的板块。所谓能源转型更多可再生能源替代常规的化石能源,带来的波动性,随机性问题给我们电网的调度带来了一些新的挑战。

  所以,我们认为在新型电力系统需要大量灵活性的资源。

  最近,大家也关注国家能源局刚出了关于配电网高质量发展的文件,187号文,在这里对我们配电网的承载力,灵活性提出了要求,提了主配微网多级协同。重点任务里提出了和储能相关的内容,推动电力系统新业态健康的发展。

  由于储能深度的融入新型电力系统,可能会催生一些新的应用场景,包括新的业态,或者新的商业模式。这个大家都可以关注。

  我们知道以新能源为主体的新型电力系统核心问题还是频率稳定问题,与常规化石能源为主的大惯量系统发生了根本性的变化。

  我们知道,新型电力系统从保供保安全,新能源消纳的角度,需要把源侧、网侧、荷侧的灵活性资源很好的聚合起来。常规的火电,包括水电、抽蓄它还是有很长的路要走。自身也面临着灵活性提升的一些重要使命。应该说即使是火电,它还是有很强的历史使命要完成,它是压舱石。

  还有用户侧也很灵活,虚拟电厂需求响应比较热。尤其像上海这样的特大城市, 我们也在做百万千瓦级虚拟电厂的工作。我们关注的储能是在各种灵活性资源里面,它是“万金油”一样的角色,它的调节范围、爬坡的速率、起停时间,在各种技术里是比较均衡的。从毫秒级,到分钟级到,日循环,我们缺的是长时间的储能。应对极端的天气。还有一些需要应急响应,需要周,月的能源供给。未来,需要电力储能在长时储能上发力。

  这是所有灵活性资源配置的组合案例。我们知道源和荷天然有一些不匹配,如果不干预体现在频率的波动上。我们可以通过高级量测系统,对负荷频率进行高密度的采集,把我们能够看到的,当下的包括预测不平衡量做一个数值滤波,把它分解成高频分量,中频分量和低频分量。低频分量就用最常规的燃煤机组来调。中频分量可以用燃气轮机来调。快速变化的部分可以用电化学,新型储能,包括飞轮储能来调。

  最后,把三种灵活性调节的手段结合起来,可以很好的把源荷不匹配调整到在零附近波动的水平。这就意味着电网的频率处在很稳定的水平。

  储能刚才也说了有各种各样的技术门类。它的类别还是很多的,各个技术也处于各自不同的发展阶段。未来也有很长的路要走。对我们用户来说,要根据自己的应用场景。可能带有一些喜好选择对自己最合理的储能技术。这也是专门可以开研讨的话题。

  新型储能给出了2022年底的数据。我们投运的规模高速的增长。抽蓄的比例首次跌破80%,意味着差不多1/4的都是新型储能。在新型储能里大概94%是锂电池。剩下是其他的技术瓜分饼图。随着新能源不断的增长,新型能源的比例还会逐步的增长。在不久的将来会看到和抽蓄差不多达到各占50%了。

  给大家分享一些储能的典型案例。在源侧,网侧,荷侧,包括一些界限比较模糊的综合性的场景里,都有一些典型的储能应用场景,在发电侧我们关注调频,新能源的消纳;用户侧峰谷套利,提高可靠性,新能源微网。综合性的有光储充,移动储能;电网侧调峰,电压调节和应急支撑。

  这是我们比较早在上海崇明岛做的风储联合的示范,也是国家级示范的一部分。这个项目投运以后一分钟,十分钟的波动率起到了抑制作用,还有有功,无功的策略,充放电的效率还是比较高的。应该说对提高区域电网新能源消纳率产生了积极的作用。

  这是我们近期关注的项目,广东珠海火储联合+黑启动的项目。采用了两种锂电池,磷酸铁锂和钛酸锂混合的。

  这是电网侧的案例,也是国内第一轮储能风起来的时候比较标杆的项目,昆山220千伏变电站,建了百兆瓦级的储能电站。它还具有比较多的功能,源网荷储接在省里,其他还有调频,无功,要对所有的功能做功能的排序,这也很重要,要排优先级。

  这是我们关注国外的案例,也是国内华能国际和中国电建上海电力设计院出海做的项目。也是调峰调频的电站,百兆瓦级,这个项目也比较有意思,也是混合储能,国外更激进一点,三元锂电池也用,国内在电网的储能项目里不鼓励大家用三元锂电池,这里面也用了,磷酸铁锂和三元锂电池。

  用户侧。和智能交通,充电耦合的一些场景还是比较多的,这是我们关注的项目,也是我们在南京做的比较有显示度的项目,光储充充电塔的项目。充电的元素还是挺丰富的,也有铅酸电池的储能,也有比较灵活的一些运行方式,包括丰富的运行功能。

  这是储能光储充系统的结构,是供交流母线接入的方式,也是我们最常见的方式。

  还有一些在弱电网或者离网型应用里,把柴机作为备用。生态岛对排放,包括对噪音有比较高的要求。通过光储充,柴作为备用,解决了海岛的要求。

  这是法国同行南美建的微网的工程,用的是比较小众的电池。

  最后给大家分享一下储能的并网设计。首先讲一下并网设计有哪些依据。一个是常规的技术资料,可研,包括形成的意见。还有一些法规,国家标准,团体标准。还有地方的法规,以及审查过程中的会议纪要,规划文件,共同作为设计的依据。

  设计的内容有基本条件到电气系统,还有分项的设计。最后做的是分项设计里面总规划,总平面图,总规模,电气的一次,二次,土建,消防系统,环境保护方面。

  这是新型储能的标准体系。它一共包括八个方面,今天给大家重点分享第二部分,规划设计部分。现在大概已经颁布了国标,行标200多个标准,标准体系已经初步建立起来了。有些自媒体说标准体系空缺,其实并不属实。

  和并网设计相关的标准有几个,一个是51048,我本人参与了这个标准的编制工作。2014年出版的,从2021年开始修订,现在在走报批程序,大家可以关注一下51048新版的标准。

  它还是比较全面的,是设计的通则,可能讲的不是太深。并网的通则是36547,电化学储能系统接入电网的技术规定。还有我们和江苏院一起牵头写的两个标准,一个是35kV及以上的标准,以及10千伏及以下的并网设计规范。

  其他的还有国际标准,本人也在TC120里面从事了6-7年的国际标准创设的工作,对整个标准的环境比较熟悉。现在在62933系列的电力储能的标准,3-1是我们所谓并网设计的母标准,3-2,3-2对功率密集型和能量密集型提出应用的技术规范。最新的也是本人牵头编的电化学系统设计原则,大家以后可以关注,这个标准计划今年年底会出版。

  这是3-1的标准,现在也在修订,正常明年年底会出版。规划设计一些通用的要求,还有一些子系统的设计要求,还有性能评估,还有和全寿命周期管理的一些要求,也在里面有所涉及。

  3-2,3-3在3-1的基础上提出更细致通用的要求,功率型的针对五个应用场景提出具体的规定,能量型是调峰,后备电源,还有微网。3-200提出电化学储能系统和关键子系统的功能规范,还有源侧,网侧,荷侧有一些典型的案例写了12个,有5个是中国的,7是全球的。还有设计方面的要素,包括6个方面。包括电池选择、定容、接入方案、平面布置、子系统设计,还有安全方面的考虑。

  储能是新型电力系统重要的支撑性技术,电化学储能又是新型储能的主力军。电化学储能将来在新型电力系统源网荷侧有一些丰富的应用场景,目前看似高速的发展,只是起步阶段,还有很长的路要走。

  要结合电网项目的实际情况,依据相关的标准开展电化学储能的设计工作。

  我的介绍就到这里,如果大家感兴趣可以会后进一步交流,谢谢大家!

【责任编辑:孟瑾】