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储能微电网的9大关键技术现在美国有一个统计,目前最便宜的电价电源是风电,其次是光伏。去年在阿布扎比未来能源公司在 中东的出口电价是每千瓦时1 79美分,这个价格已经远远低于传统能源的电价。国内实施的“光伏领跑者计划”,北控在江苏宝应的投标价为0.47元/kwh,那边的平均上网电价是0.399元当时光伏的组件是按2。7 元/W计算,现在组件已降到了 2。2元、2。3元。按照这个趋势 发展下去,不管是光伏还是风电,平价上网的目标很快就会到来。可再生能源的经济性是有的,但是解决 不了的一个问题就是它的波动性。能源革命的终极目标是全世界100%的能源来自于光伏、风电、氢能燃料电池等可再生能源。主要 有三种供给方式:一是集中式光伏、风电新能源+储能的能源供给方式,二是大型的独立储能电站化学储能、抽水蓄能等,三是以用户侧区域性微电网群(虚拟电厂)为架构的模式.当新能源+储能的度电成本低于传统的化石能源时,微电网群和集中式新能源+储能的这种模式将会 爆发式增长。而作为能源革命的关键技术,微电网及微电网群控制EMS系统、储能系统BMS、PCS系 统将是能源革命成功与否的关键。关键技术1-一项目顶层设计大规模的储能系统有着不同的应用场景和商业模式,有的储能系统是单一的电网调峰,有的是调峰、 调频和调压等多重应用场景的结合根据不同的项目,大规模储能系统功率的配置和电池的配置、选型也 是完全不同的,这个系统目标函数要系统安全、稳定、可靠,要有经济性。大功率储能系统的顶层设计是非常重要的,涉及到储能功率配置、储能Pack成组和储能容量配置 等诸多因素。一个光伏电站平均的储能时间是10分钟还是20分钟、还是50分钟,这个电网是有要求 的比如现在青海要求光伏、风电有10%的储能容量的配比,不同的地方配比是不一样的。另外充放电 电流大小、BMS均衡电流大小、调峰容量需求以及一次、二次调频所需时间,这些约束条件和最后要 达到的目标之间要确保整个流程设计是闭环的。关键技术2-储能系统集成根据储能系统的顶层规划,储能系统集成需要从最底端的电芯选型到电池模组、电池包和电池簇再到 储能系统的配置进行全方位的把控包含了 BMS分时均衡的电池个数、均衡电流大小、集装箱内部热管 理系统、PCS工作模式、PCS底端控制逻辑及上层EMS控制策略的制定等.原来的储能电池是来自于汽车的动力电池,一个电动汽车的电芯数大约几百个最多一千个,大功率储能系统包含的电芯个数是以万来计甚至以十万来计,最大的问题就是它的不一致性。它是具备短板效 应的,我管几百个电芯还可以,同时让几万、几十万个电芯要达到一致性是非常难的。关键技术3BMS均衡技术大功率储能系统单体容量大,所以在顶层设计时一定要从BMS开始。电芯刚出厂后,我可以对所有 电芯进行一次性选择尽量保持一致性。但是运行一段时间后,电化学电池对温度的反应非常敏感,它的 不一致性又增加了,差异性又出来了,那在这个过程中怎么控制,怎么把有一些性能变差的电芯怎么找出 来,在运行过程的周期中进行均衡,让它再恢复一致性。这个在整体的控制策略中要考虑到.储能系统的高效率低成本一个是系统集成的成本,另一个是运行中的成本电芯成组后不一致性会倍增, BMS均衡控制难度加大。大容量的储能系统需要电芯并联进行容量扩充,BMS对并联电芯的检测手段难 以准确判定问题电芯和问题Pack,个电芯如果是40安培的话,需要并联的组串就比较多,这个时候怎 么检测,运行一段时间后再怎么进行均衡,均衡的电流要配多大,其实这跟你的成本息息相关。在电池运行过程中,由于各类因素的影响导致不同的Pack其衰减曲线不一致,从而扩大储能系统内部的 不一致性,怎么解决这个问题? BMS的硬件设计、在线均衡策略必须和Pack设计以及整个储能系统功能 参数紧密结合。BMS均衡能整体提升储能系统的充、放电容量,降低系统的短板效应。首先是电芯级的SOC估算精度。包括电芯电压变化率小于BMS电压采集精度时候的自我修正和SOC 错误标定后的自我修正。其次是电芯级的SOH估算精度。实时快速的确定每个电芯的SOH是对均衡策略一个重要指导,可 对系统进行在线维护和电芯更换提供数据支撑。包括BMU内电芯均衡、跨BMU之间的电芯均衡、电 池簇之间的均衡,为全面的电芯电压、SOC、SOH电芯温度制定出最优的均衡策略.现在我们国家的储能系统、微电网系统最缺的就是对系统研究比较透彻的系统集成商,这是个系统 工程,并不是我买个厂家替我做BMS就可以了,这块需要我们大家共同努力。关键技术4-PCS多级V/F并联技术传统的PQ控制方式不足以体现储能系统灵活、快速、稳定的电源特性,传统的V/F控制方式难以 实现多机并联,电压源容量和支撑能力的扩充受限.对于大规模储能系统,PCS多级V/F并联技术一直是业界急需攻克的难题。PCS多级V/F并联技术可以 大幅度降低系统造价,简化系统设计,提高系统瞬时反应能力。关键技术5PCS无缝切换技术PCS以V/F的形式并网运行,给电网提供一次调频、调压等电力辅助服务。在电网故障时,它无需 进行PQ和VF的切换直接进入到孤网运行模式,为孤网提供电压和频率的设定值(reference ),从而 确保重要负荷的不间断供电该项技术的使用可以使PCS系统替代传统的UPS系统,同时可以提供传统 UPS系统不能实现的一次调频、二次调频和无功调节等电力辅助服务.该项技术可以广泛应用于数据中心和对电能质量要求高的客户,同时对提高微电网供电可靠性有着 重要作用。关键技术6智能化能量管理系统EMS智能化EMS系统能够对未来系统运行状态进行预判,从而提前调整系统控制策略,使得系统不断 的自我优化。必须遵循以下三点:我们已经在运行的一个电站,EMS能够根据电池BMS的采集数据、光伏发电实际和预测数据以及 电网调度指令,通过人工智能算法在线对储能系统进行充放电修正。在数据每天都不一样的情况下,可以 实现对PCS的工作模式进行自由切换。如果在调频阶段就切换成V/F模式,如果在一般阶段就用PQ 源模式,所有的工作状况是根据现场的实际情况在不停切换的,从而确保电池在各种工况下循环寿命最 大化.关键技术7“新能源+储能”的协调控制通过不同的EMS控制策略,“新能源+储能”可以参与电网调频、调峰并能够提前24小时对新能 源发电出力进行预测,预测精度能够达到85%以上,高于火电等常规机组的调节性能。这个技术的实现 使得光伏、风电配置储能系统后将转变为一个可控能源,随着新能源和储能系统度电成本的不断降低, 新能源将全面替代化石能源最终实现能源革命,而且这个是可以远程操控的。关键技术8-微电网及微电网集群控制未来的发展趋势是以微电网为单元,微电网集群为区域的供电方式,大电网将逐步退至后备电源的地位。由此衍生出的虚拟电厂、云端大数据调度平台以及各种人工智能算法,大数据挖掘技术将成为微电网及微电网集群EMS的一个发展趋向。关键技术9,分布式发电与大电网的关系,从单方面依赖转变为合作互赢。区域能源管理平台可实现对多个微电 网的运行控制,建立多微电网间的竞价机制将来通过云计算,我们把这些分散化的分布式电源,不管是 光伏、风电还是储能电站也好,统一把它们调度起来,这是我们研究的一个方向。未来会把供暖、供冷和供电等多样能源的转换,通过各种储能技术(储电、储热和储冷),利用能 源最优调配进行EMS来实现。
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