新型儲能電站如何調(diào)節(jié)電力

坐落于約五個半標(biāo)準(zhǔn)足球場大小的場地內(nèi)——

用電高峰期，白天限電、晚上趕訂單的“夜班工廠”生產(chǎn)模式，曾困擾著一些企業(yè)。在廣東省佛山市南海區(qū)獅山鎮(zhèn)，電力緊缺一度是制約發(fā)展的大問題。

如今，廣州佛山之間、北江之畔，約5.5個標(biāo)準(zhǔn)足球場大小的場地內(nèi)，一排排淺灰色的電池艙組成裝機(jī)規(guī)模300兆瓦/600兆瓦時的新型儲能電站，宛如一個超級“充電寶”，源源不斷地為城市運行輸送穩(wěn)定電能。

這是寶塘電網(wǎng)側(cè)獨立電池儲能站（以下簡稱“寶塘儲能站”）——粵港澳大灣區(qū)最大規(guī)模新型儲能電站，從這里，預(yù)計每年可向粵港澳大灣區(qū)輸送4.3億千瓦時清潔電能，減少二氧化碳排放30萬噸。

削峰填谷

實現(xiàn)“毫秒級”響應(yīng)電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)需求

去年僅南海區(qū)西江片區(qū)500千伏環(huán)網(wǎng)的電力缺口就達(dá)到577兆瓦，在不增加供應(yīng)的情況下，預(yù)計到2030年缺口將再翻一倍。

理想的城市電力系統(tǒng)，需要隨時處于動態(tài)平衡狀態(tài)，高效、節(jié)能地實現(xiàn)“充、儲、放”功能。新型儲能電站作為調(diào)節(jié)電力負(fù)荷的大型“充電寶”，可在用電低谷時利用風(fēng)能、太陽能等清潔能源進(jìn)行“充電”，在用電高峰時將儲存的“綠電”穩(wěn)定可靠地輸送到千家萬戶，實現(xiàn)“毫秒級”響應(yīng)電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)需求。

近年來，我國大力發(fā)展清潔能源，風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電裝機(jī)量快速提升。中國電力企業(yè)聯(lián)合會發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示：截至6月底，我國新能源發(fā)電裝機(jī)規(guī)模首次超過煤電；尤其在南方區(qū)域，新能源增長迅速，裝機(jī)總量達(dá)1.58億千瓦，成為南方電網(wǎng)第一大電源。

受氣候、季節(jié)等自然因素影響，新能源發(fā)電往往要“看天吃飯”，隨機(jī)性、間歇性、波動性明顯，難以穩(wěn)定可靠地持續(xù)供電。大規(guī)模消納并網(wǎng)，需要建設(shè)儲能電站進(jìn)行調(diào)配。

新型儲能電站選址靈活、建設(shè)周期短、反應(yīng)速度快，可以精確匹配區(qū)域電網(wǎng)負(fù)荷需要，幫助清潔能源大規(guī)模、高比例接入電網(wǎng)。相比于代表傳統(tǒng)儲能方式的抽水蓄能電站，包括新型鋰電池、壓縮空氣、飛輪、重力儲能等技術(shù)路線在內(nèi)的新型儲能電站發(fā)展更快，在構(gòu)建以新能源為主的新型電力系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。

國家能源局的統(tǒng)計顯示，截至今年上半年，我國已建成投運新型儲能項目累計裝機(jī)規(guī)模達(dá)4444萬千瓦/9906萬千瓦時，約為兩個三峽水電站的裝機(jī)容量。其中，已投運鋰離子電池儲能占比97%。

寶塘儲能站由88套可獨立接受調(diào)度的磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)組成。投運以來，發(fā)揮“削峰填谷”作用，儲、放電量均已超過1億千瓦時，讓來自廣東陽江的海上風(fēng)電等清潔能源，成為珠三角腹地經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的澎湃動力。

技術(shù)集成

搭配組合出9種差異化儲能技術(shù)路線

站上“風(fēng)口”的新型儲能產(chǎn)業(yè)，在安全、質(zhì)量、效能等方面仍存在一些共性技術(shù)難題。比如，一條鋰電池儲能路線的性能好壞，與熱管理、結(jié)構(gòu)連接等多個因素有關(guān)，在業(yè)內(nèi)尚無統(tǒng)一衡量標(biāo)準(zhǔn)。

如何才能選出最為高效可靠的路線？

讓多種儲能技術(shù)在一個儲能站里“打擂臺”！聚焦熱管理、結(jié)構(gòu)連接、電池性能等三大主要技術(shù)領(lǐng)域，寶塘儲能站搭配組合出9種差異化的磷酸鐵鋰電池儲能技術(shù)路線，裝機(jī)規(guī)模從5兆瓦到75兆瓦不等，相當(dāng)于把9座不同技術(shù)特點的中型儲能站聚到一起比優(yōu)劣。

步入寶塘儲能站，88套磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)猶如一個個大小不等的集裝箱，分區(qū)域整齊排列。

外形都差不多，但里面各有乾坤。按照不同的熱管理方式，這些“集裝箱”分別使用了給電池“吹空調(diào)”的風(fēng)冷技術(shù)、“冷板接觸降溫”的板式液冷技術(shù)以及“冷卻液直接浸泡電池”的全浸沒式液冷技術(shù)等3種技術(shù)。

全浸沒式液冷技術(shù)最為高效，能將不同類型的電池溫差控制在2攝氏度以內(nèi)，溫升不超過5攝氏度，有助于提高儲放電效能、延長電池使用壽命。

寶塘儲能站所采用的結(jié)構(gòu)連接技術(shù)多達(dá)5種。其中，作為南方電網(wǎng)首批“揭榜掛帥”科研項目的攻關(guān)成果，高壓級聯(lián)技術(shù)在寶塘儲能站有了應(yīng)用上的新突破。

新型儲能電站的電要接入電網(wǎng)，就需要通過變壓器將電壓提升至10千伏，而高壓級聯(lián)技術(shù)省去了變壓器，僅通過模塊級聯(lián)，便可將儲能系統(tǒng)電壓提升，直接“掛網(wǎng)”運行。

10年前，深圳寶清儲能站首次使用了這項技術(shù)，當(dāng)時2兆瓦時的裝機(jī)規(guī)模占地面積達(dá)到上千平方米，現(xiàn)在一個集裝箱大小的空間里裝機(jī)規(guī)模就能達(dá)到3.5兆瓦時。安裝在寶塘儲能站的高壓級聯(lián)系統(tǒng)，硬件結(jié)構(gòu)及控制保護(hù)方面均實現(xiàn)了技術(shù)優(yōu)化，使“掛網(wǎng)”電壓更加安全穩(wěn)定地提升至并網(wǎng)電壓。

這意味著，擺脫了變壓器的限制后，移動式儲能電站成為現(xiàn)實。在應(yīng)急救援、大型戶外活動等場景下，這座電池艙可以哪里需要去哪里，作為應(yīng)急電力，隨時“掛網(wǎng)”送電。

一站集成、以用促比。作為我國首個多技術(shù)路線鋰電池儲能站，寶塘儲能站的“擂臺賽”仍在繼續(xù)，以運行實效促進(jìn)技術(shù)精益化水平提升。

精準(zhǔn)管理

對210多萬個電芯的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)測

如此大規(guī)模的儲能電站，如何實現(xiàn)精準(zhǔn)管理和運營維護(hù)？

走進(jìn)寶塘儲能站智慧控制中心，大屏幕上，數(shù)據(jù)閃爍不停。

我們對全站210多萬個電芯的電壓、溫度、容量等數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)測，一旦出現(xiàn)異常，系統(tǒng)會立即報警。電芯是儲能站的最小單元，每26個電芯組成一個電池包，16個電池包組成一個電池簇，多個電池簇再構(gòu)成電池艙。整個系統(tǒng)，像搭積木一樣，從小到大，層層鑲套。

儲能站的核心設(shè)備是電池，盡可能保持電池性能一致性、優(yōu)化電池控制方式是關(guān)鍵難題。張敏介紹，傳統(tǒng)的電池艙，每一簇電池包都是串聯(lián)的，同時充放電。因此，衰老最快、性能最差的電池包決定了整個電池簇的工作效率和使用壽命。

如何打破“木桶效應(yīng)”？2020年，南方電網(wǎng)實施“揭榜掛帥”，廣發(fā)“英雄帖”，開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。

采用全電流控制保護(hù)技術(shù)，我們在每個電池包間安裝了控制器，實現(xiàn)了對電池的“包級管理”，可以遠(yuǎn)程精準(zhǔn)調(diào)節(jié)每個電池包的運行狀況。如此，一個電池芯出問題，再不用像以前那樣更換整個電池簇。眼下，寶塘儲能站正在研究如何將“精準(zhǔn)控制之手”向更小的電池芯延伸。

數(shù)字化運維的優(yōu)勢，還體現(xiàn)在精準(zhǔn)安防上。

每一個電池包里，都有‘多合一’消防探測器，可以敏銳地捕捉煙霧、揮發(fā)性有機(jī)物、可燃?xì)怏w等，一旦發(fā)現(xiàn)異常，會自動觸發(fā)火警信號與滅火裝置，向故障電池包注入滅火介質(zhì)，“點對點”滅火。在滅火工作中，不會影響其他單元的正常運行，確保平穩(wěn)供電。

我們實時采集25項不同領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，用數(shù)據(jù)說話，評定不同技術(shù)路線的運行性能。多個技術(shù)路線的運行數(shù)據(jù)，以及整個儲能站的運維數(shù)據(jù)，日積月累匯成一個“數(shù)據(jù)富礦”，將為我國新型儲能電站建設(shè)提供優(yōu)化方案，為產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展積累寶貴經(jīng)驗。
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