鉅大LARGE | 點擊量:958次 | 2020年06月12日
新能源側儲能的“頂配”陷阱
新能源配儲能似乎已經成了標配。
截至目前,包括湖南、安徽、新疆、內蒙古、河南、山東、江西在內的七個省都公布了要求新能源配套儲能的政策或規劃,盡管政策或規劃背后充斥著爭議,但新能源配儲能已然勢在必行。
三月二十三日,國網湖南電力下發《有關做好儲能項目站址初選工作的通知》,一次性公開了28個風電配套儲能項目,項目規模、配置儲能比例和時長的明確也意味著新能源配儲能已進入實戰狀態。
據《能源》記者不完全統計,2020年至今,已有11個新能源配儲能項目開始落地執行,其中以風電+儲能項目為主。
儲能與風電、光伏等新能源相結合,具有平抑可再生能源發電波動、跟蹤發電計劃出力、電量時移等用途。但是在實際結合過程中,仍不乏這樣或那樣的問題。
例如,在現階段的儲能系統招標中,發電公司更多考慮價格、參數、并網、質保等因素,卻沒有較好的方法去印證儲能系統本身是否可以高效率、長壽命的運行。
在業內人士看來,新能源配儲能不能把精力僅放在追求儲能電池、設備參數的頂配,以及儲能系統的價格,關系到系統使用壽命的儲能系統架構設計也至關重要,它直接影響新能源側儲能的系統穩定性和投資收益率。
標書之變
2020年以來,盡管受新冠疫情影響,絕大部分行業發展節奏都放緩了下來,但是在新能源配儲能項目方面,相關詢價、工程招標通告卻越來越多。
四月二十四日,華能包頭新能源公布華能赤峰300MWp光伏+儲能項目投資機會研究報告、競爭配置方法報告詢價通告四月十三日,三峽新能源公布青海省錫鐵山流沙坪二期風電場100MW儲能項目EPC總承包工程招標通告helliphellip
在中科院電工所儲能技術組組長陳永翀看來,新能源配儲能的發展是一個螺旋式的過程。最早新能源配儲能的應用是分布式光伏加鉛酸電池和超級電容,后來隨著鋰離子電池成本大幅度下降,加上鋰離子電池本身性能比較綜合,現在磷酸鐵鋰離子電池已成為新能源配儲能的主力,能起到更好的調節用途。
從已有的招投標項目來看,隨著儲能業務的增多,發電公司對儲能系統的需求逐步升級,關注點從滿足并網考核逐步向全生命周期回報轉變,更重視儲能系統的實用性。比如用交流側放電能量取代系統安裝能量,電池系統真實壽命取代電芯理論壽命,同時對電池的全生命周期保障也提出更高要求。
以最新安徽某風場配套儲能項目為例,已經體現出關于實用性的需求和儲能新技術應用的重視。
實用性方面,該項目明確要求了交流側放電能量不低于10MWh,必須保證驗收測試時達標對電池系統的質保期明確提出了系統5年全免費質保的要求,還對系統的全壽命周期能量保證(20年)做了明確的要求。
儲能新技術應用方面,該項目提出了為提高電池一致性,儲能系統應采用兩級變換,即在原有的630kW儲能變流器直流側和電池簇之間引入了125kWDC/DC轉換器(目前各廠商儲能變流器主流功率包括200kW、250kW、500kW、630kW,不同的儲能技術方法會選擇不同的變流器型號),將電池簇分隔開,使之相互獨立,形成電池直流側電池簇無并聯的結構。而在新技術之前,新能源所配的儲能系統架構是電池簇集中并聯匯流之后接入變流器。
一方面,多簇電池并聯會引起電池簇之間的不均衡,久而久之并聯電池簇中會出現一部分電池實際出力不足,而另一部分超出倍率使用的現象,造成劣幣驅逐良幣效應另一方面,電池簇并聯后,假如某個電池簇出現電芯內部短路,存在故障快速蔓延失控,單個電芯短路引起整個電池堆發生事故的風險。
新技術則防止了電池簇并聯出現一致性差異后出現的不均衡和環流現象,降低了電池簇間木桶效應對整體儲能系統的影響,提高了系統的利用率和使用壽命。
盡管在商業儲能項目中,系統價格是決定性因素之一,但隨著儲能系統的需求向實用性方向的轉變,儲能系統供應商要在系統價格和實用性之間找到平衡點,才能更好的滿足新能源側市場的需求,推動產業從高速發展階段轉向高質量發展。
然而,上述項目要求新增了DC/DC轉換器的新技術也并非最完美的方法,新的系統電氣結構復雜度更高、控制繁瑣、占地面積更大、成本更高,還會新增系統損耗和故障點。如何設計一種效率高、結構簡單、占地小、故障率低的系統架構,滿足新能源場站對儲能系統的應用需求已成為當務之急。
最優方法
關于儲能系統架構而言,電池簇不并聯的優勢和劣勢均很明顯,如何揚長避短尋求最優解呢?顯然,假如電池簇的能量可以與變流器功率按照1:1的比例配置,那么就可以做到直流側不并聯。
通常,儲能變流器的功率越小,單位成本越高,并且交流側并機數量越多,帶來的多機并聯控制難度越大,所以經過測算之后,我們認為200kW/250kW變流器是最合適的一個功率段。金風科技儲能產品線總經理劉巍巍告訴《能源》記者。
儲能系統在進行了上述架構優化之后,在與偏重參數、并網、質保等的頂配方法和新增大量DC/DC轉換器的新技術方法相比,在系統效率、變流器造價、占地面積、故障損失、系統壽命和安全性,性價比顯然要更高一些。
三種不同的儲能系統架構的比較
此外,假如按照一個電池簇(gt200kWh)對應一臺200kW變流器,5簇電池簇對應5臺變流器,交流側并機形成1組1MW/1MWh的儲能單元,2組儲能單元通過接入2MW雙分裂變壓器即可組成一套完整的2MW/2MWh儲能系統。
事實上,選擇200kW變流器有三方面的優勢:一是架構簡單,實現電池簇不并聯二是電池簇與PCS變流器的逐個對應,電池簇獨立管理三是2MW/2MWh儲能系統為風電場需求能量的公因數,可以滿足現有項目的需求。
華東儲能領跑者聯盟副理事長李建林認為,現在大家關于電池容量有一個基本的共識,65Ah是一個門檻。關于許多小的電池廠家而言,產品線已經定型,只能通過電池簇并聯的方式增大電流,但這個已經不是主流路線。我個人不提倡電池簇并聯,即便是并聯,也不宜并太多,最多兩個并在一起。
儲能系統的架構設計關系到系統的使用壽命和全壽命周期內的可用能量,直接影響新能源側儲能的系統穩定性和投資收益率,情況甚者將無法收回儲能投資。
如何防范風險保證儲能系統穩定性和投資收益,現階段有兩種方式可以參考:第一種是在系統設計上考慮規避風險,建議采用電池簇不并聯方式,即使并聯越少越好第二種是通過合理有效的商務條款進行約束來降低項目風險。
隨著新能源配儲能項目越來越多地落地,安徽項目或許只是一個開始。在價格因素之外,為了保證儲能系統全生命周期的價值,包括系統架構在內的許多實用性需求如何滿足將成為重中之重。
關于新能源與儲能的未來,陳永翀認為:隨著能源結構的進一步調整和電池技術的發展,容量配置和技術類型還將有新的變化。但總的來說,近期電化學儲能首先承擔的是分布式功率型lsquo提質rsquo用途,未來隨著儲能度電成本的大幅下降,才有可能與火電的容量性調節相競爭,承擔大規模的容量型lsquo保量rsquo用途。
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