儲能技術或影響商業模式 電池儲能依賴於能源互聯網

國家電網公司優秀專家人才、教授級高工、新能源與儲能運行控制國家重點實驗室、儲能與電工新技術研究所、中國電力科學研究院專家李相俊教授就《大規模電池儲能系統控制與應用關鍵技術及其發展趨勢》發表演講，以下為演講實錄：

尊敬的各位領導、專家、朋友們，下午好!因為這次是電動汽車和相關技術論壇，下面我主要還是針對大規模儲能來做相關的報告。

報告分為五個部分：首先是報告應用的背景，大家都知道隨著智能電網提出以後，能源互聯網作為一個新的發展方式，從一個比較單向的結構變成了雙向互動，這樣也帶來了很多新的問題，之前沒有碰到問題的也能解決。傳統意義上儲能是不能存儲的，現在隨著新型的電池儲能，儲能以後如何應用也是面臨著一些新的問題，能源互聯網可以進行分散式有效利用。隨著IT、信息和通信技術的快速發展，可以通過信息、物理和能源融合形成這樣一種分散式分散接入的廣域網。

這是從全球能源戰略發展白皮書的摘錄：到了2030年將會實現能源機隊的開發和電網的互聯，2050年實現洲距的互聯。儲能其中也會發揮重要的作用，因此縱觀現在能源發展不管是局域、區域的互聯到全球的互聯，儲能現在備受大家的關注。

這是有一些統計結果，十年來我們風電電網增長了一百倍，但是最近五年間光伏就已經增長了一百倍，說明新能源大規模接入已經成為了第三大主力電源，預計在2030年會超過水電成為第二大主力電源，新能源本身具備發電的隨機性和波動性，但是大規模給電網接入也會帶來一些安全穩定的運行，作為聯合發電的方式也是大家需要關注的。

我國預計在2020年非水電的可再生能源將達到2億千瓦，我們回顧一下全國棄光比例非常多，不管是西北部還是東北部，大家可以通過網上的數據查到。統計數據顯示2015年全國氣光量接近1100億千瓦時，有些棄光的時候可以存儲和釋放，通過這種形可以減少棄光。有些說就不裝儲能，寧可棄掉也可以比儲能帶來更大的效益，但儲能的成本在逐漸下降，10萬千瓦新能源棄電也在應用，將來肯定會作為有效手段，發電的時候也會大規模應用。

這是我們國家風光署2011年底投運了將近10兆瓦的儲能，2012年到2013年形成了20兆瓦、80兆瓦的儲能規模，配合新能源進行跟蹤調度計劃功能，後面的典型案例當中會有一個介紹。儲能電站和大規模儲能系統能夠有效改善併網新能源的質量，提升電網的安全穩定水平，對促進新能源消納是有積極作用的。

現在廣義上的儲能有幾種類型，我們提到的儲能除了抽續之外只是電儲能多一些，今天我報告的內容主要是以電池儲能的控制應用進行技術發展性的展望。電網有發電、輸電、配電、用電等幾個方面，「十二五」期間主要是在發電側做了儲能，結合新能源場站波動評議，幫助他們一塊跟蹤調研，比如遼寧、青海都有一些試點示範應用。輸電上還沒有大規模應用，因為輸電上需要大功率。配電之前有百千瓦級，微網的也有，用戶側從「十三五」開始，國網公司也列了兩個分散式儲能應用的項目，2017年我們在江蘇也有一些儲能，用戶側也達到了好幾十兆瓦的規模，說明江蘇這些省也非常關注儲能在用戶側的應用，包括配電側，這是我們「十三五」發展的一個重要的領域。發電側也需要繼續關注，作為一種新興技術。

我們分析了幾種儲能類型，除了抽續之外電力儲能占的比例還是很多的，包括鋰電池、鉛酸液、硫鈉硫，鋰離子電池現在增長的速度還是非常快的，而且也是由於電動汽車的應用都是鋰離子系列的電池，所以也反過來帶動了這種電池技術的發展，推動了在儲能領域的一些應用。這裡還有輔助服務和輸配電，現在各個領域還是以發電為主，「十二五」期間應用的比例非常大，未來的一兩年內分散式的規模會增長得非常快。

儲能要大規模應用可能有幾個關鍵技術要考慮：因為電池是由一定的單體組成，單體需要組成模塊，模塊又要進行組串，組串又要進行並聯，通過DCAC交換，這樣就涉及到儲能電池大量的集成技術。原來百千瓦級可能是一個PC就可以了，但是大量集中以後就會有多個併流器，裡面涉及到集成、監控和保護。因為電池本身由電力兩個部分組成：一部分是變流器，另一部分是電池存儲能量。舉個例子，我們投入的14兆瓦儲能電站當中有接近46個變流器，這樣50多個變流器之間需要進行功率的實時控制，還有後面電池不一樣的情況下怎樣進行能量的優化調度，這就需要進行能量管理。

如果儲能配合發電側的話又要結合新能源的波動，還有跟蹤調動指定的需求進行優化控制，所以這兩個部分的控制應用也是需要解決的關鍵問題。「十二五」期間我們基本上解決了這個問題，可以實現儲能電池快速穩定和可靠的要求。儲能設備從單體、模塊和系統集成是一個過程，現在我們正在展望的是百兆瓦級的，規模是比現在還要大。舉個例子，現在以100兆瓦來說，因為我們常規的儲能用的變流器是500千瓦，要有200台PCS，這個規模是相當大的。整站的處理也有要求，這裡的監控體系架構需要關注。後面還有這麼多的電池，如果要是配容量稍微大一點的話也有數十萬或者百萬級的數量來管理，這樣傳統的數據管理方法可能也並不適用，需要新的海量平台的數據管理，這項技術也需要特別關注。

這是我們風光用的就業監控方案，1個變壓器下面有6台PCS，這是就地監控。如果規模大的話這樣的單元會有數十個，又有就地的控制，又有協調的控制，還有整站時間的控制，所以就需要關注控制架構。我們的響應時間是900毫秒，也是完全滿足實際應用的要求。這是我們用的監控架構，設備上主要是變流器和電池，這裡還有站際監控和協調控制器的調度，就是這樣的分層架構。

如果是10兆瓦到百兆瓦又有什麼問題出現?首先是單體數量到百萬級了，現在的HADOOP海量的數據存儲技術可以得到應用，不然的話現在數據快速讀取存儲這些問題還是不可避免的，這麼多變流器多並聯的時候有些電力電子方面的問題，包括一些相關的導入和穩定性的問題也要考慮。這麼大的電池組成百兆瓦的電流，也有一些不一次性出現的概率增大，如何進行預測和管理，實現整個的控制，這也是需要關注的，不然的話無法實現電站的高效準確處理，因為對響應時間也有要求。

除了站內的控制之外還要滿足新能源的要求，新能源側也要求具備虛擬同步功能，這樣也需要毫秒級的控制，儲能還要配合它的虛擬同步進行穩態控制，所以它的控制也是更加複雜的，又有功率又有能量，規模大了以後要求也更多，所以這個方面也需要關注。

大家現在比較關注云技術，海量信息可以通過購買私有雲和公有雲進行數據共享，而且經過幾年的運行發現，數據是非常值錢的，電池運行一段時間以後現在怎麼變化，這也是業主或者我們投資商非常關注的情況，什麼樣的運行工況會對它有些影響，壽命是按照什麼情況衰減。之前我們做的研究包括學校裡面有些實驗室，對小規模單體也有幾個模塊組，有些工況並不是我們電網實際的工況。我們這幾年掌握了不同運營工況下的典型儲能運行工況，將來我們應該把工況作為實驗測試，這個測試才有更大的含金度。將來結合運行工況的數據，還有百萬級數量以後數據如何進行存儲和將來的應用，這是我們對它的性能評估方面非常重要的一點。

經過幾年的按照我們也發現，數據採集的精度、顆粒度和存儲的頻率如何進行優化，這是直接和儲能設備投運的成本相關。別看數據存儲單元，容量大到一定數量級以後成本也是非常大的，可能到了幾年以後也到壽命需要替換了，從這個角度來說，如果我們要合理進行數據存儲的話也能夠降低一定的運行維護成本。

這是我們2016年負責的國家重點研發計劃，這裡用的是新型鋰離子電池，可以實現它的加固集成應用。我們也關注了幾個方面：儲能配合新能源的虛擬同步機功能，儲能如何進行建模，還有進行技術性評價，這和將來的運行模式和商業模式也是相關的。如何進行系統的測試和平台實驗搭建，如何進行海量電池特性的評估，如何進行統一的調度，因為到了這樣的數量級，以前我們小規模不能發現問題也會應運而生需要解決，還要進行動態一致性和安全控制，因為安全也是至關重要的，電池系統的安全性、經濟性和是否能夠長壽運行等等。

結合這個研究基礎，我們需要進行示範驗證。考慮的場景是在青海。青海現在有些海西多能示範工程，風電是400，光伏是200，儲能是50，光熱也會考慮，說明國家也非常重視多能互補、電網儲能、光儲和儲熱的研究。因為現在這個工程正在籌備建設期，以後如果有相關成果的話再和大家報告。

來源:電力頭條APP