超級"充電寶"調節電力不簡(jiǎn)單

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

(相關(guān)資料圖)

如今，廣州佛山之間、北江之畔，約5.5個(gè)標準足球場(chǎng)大小的場(chǎng)地內，一排排淺灰色的電池艙組成裝機規模300兆瓦/600兆瓦時(shí)的新型儲能電站，宛如一個(gè)超級“充電寶”，源源不斷地為城市運行輸送穩定電能。

這是寶塘電網(wǎng)側獨立電池儲能站(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“寶塘儲能站”)——粵港澳大灣區最大規模新型儲能電站，從這里，預計每年可向粵港澳大灣區輸送4.3億千瓦時(shí)清潔電能，減少二氧化碳排放30萬(wàn)噸。削峰填谷實(shí)現“毫秒級”響應電力系統調節需求

“去年僅南海區西江片區500千伏環(huán)網(wǎng)的電力缺口就達到577兆瓦，在不增加供應的情況下，預計到2030年缺口將再翻一倍。”寶塘儲能站項目前期策劃負責人楊夏里說(shuō)。

“理想的城市電力系統，需要隨時(shí)處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，高效、節能地實(shí)現‘充、儲、放’功能。”南網(wǎng)儲能科技公司運行中心總經(jīng)理王勁介紹，新型儲能電站作為調節電力負荷的大型“充電寶”，可在用電低谷時(shí)利用風(fēng)能、太陽(yáng)能等清潔能源進(jìn)行“充電”，在用電高峰時(shí)將儲存的“綠電”穩定可靠地輸送到千家萬(wàn)戶(hù)，實(shí)現“毫秒級”響應電力系統調節需求。

近年來(lái)，我國大力發(fā)展清潔能源，風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電裝機量快速提升。中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì )發(fā)布的數據顯示：截至6月底，我國新能源發(fā)電裝機規模首次超過(guò)煤電；尤其在南方區域，新能源增長(cháng)迅速，裝機總量達1.58億千瓦，成為南方電網(wǎng)第一大電源。

受氣候、季節等自然因素影響，新能源發(fā)電往往要“看天吃飯”，隨機性、間歇性、波動(dòng)性明顯，難以穩定可靠地持續供電。大規模消納并網(wǎng)，需要建設儲能電站進(jìn)行調配。

“新型儲能電站選址靈活、建設周期短、反應速度快，可以精確匹配區域電網(wǎng)負荷需要，幫助清潔能源大規模、高比例接入電網(wǎng)。”南網(wǎng)儲能科技公司董事長(cháng)汪志強說(shuō)，相比于代表傳統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(xiàn)在內的新型儲能電站發(fā)展更快，在構建以新能源為主的新型電力系統中發(fā)揮重要作用。

國家能源局的統計顯示，截至今年上半年，我國已建成投運新型儲能項目累計裝機規模達4444萬(wàn)千瓦/9906萬(wàn)千瓦時(shí)，約為兩個(gè)三峽水電站的裝機容量。其中，已投運鋰離子電池儲能占比97%。

王勁介紹，寶塘儲能站由88套可獨立接受調度的磷酸鐵鋰儲能系統組成。投運以來(lái)，發(fā)揮“削峰填谷”作用，儲、放電量均已超過(guò)1億千瓦時(shí)，讓來(lái)自廣東陽(yáng)江的海上風(fēng)電等清潔能源，成為珠三角腹地經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展的澎湃動(dòng)力。技術(shù)集成搭配組合出9種差異化儲能技術(shù)路線(xiàn)

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(xiàn)的性能好壞，與熱管理、結構連接等多個(gè)因素有關(guān)，在業(yè)內尚無(wú)統一衡量標準。

如何才能選出最為高效可靠的路線(xiàn)？

“讓多種儲能技術(shù)在一個(gè)儲能站里‘打擂臺’！”汪志強說(shuō)，聚焦熱管理、結構連接、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(xiàn)，裝機規模從5兆瓦到75兆瓦不等，相當于把9座不同技術(shù)特點(diǎn)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猶如一個(gè)個(gè)大小不等的集裝箱，分區域整齊排列。

“外形都差不多，但里面各有乾坤。”寶塘儲能站項目負責人周躍利介紹，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”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(méi)式液冷技術(shù)等3種技術(shù)。

“全浸沒(méi)式液冷技術(shù)最為高效，能將不同類(lèi)型的電池溫差控制在2攝氏度以?xún)?，溫升不超過(guò)5攝氏度，有助于提高儲放電效能、延長(cháng)電池使用壽命。”周躍利說(shuō)。

寶塘儲能站所采用的結構連接技術(shù)多達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用上的新突破。

周躍利介紹，新型儲能電站的電要接入電網(wǎng)，就需要通過(guò)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(guò)模塊級聯(lián)，便可將儲能系統電壓提升，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)，當時(shí)2兆瓦時(shí)的裝機規模占地面積達到上千平方米，現在一個(gè)集裝箱大小的空間里裝機規模就能達到3.5兆瓦時(shí)。”周躍利說(shuō)，安裝在寶塘儲能站的高壓級聯(lián)系統，硬件結構及控制保護方面均實(shí)現了技術(shù)優(yōu)化，使“掛網(wǎng)”電壓更加安全穩定地提升至并網(wǎng)電壓。

“這意味著(zhù)，擺脫了變壓器的限制后，移動(dòng)式儲能電站成為現實(shí)。”周躍利說(shuō)，“在應急救援、大型戶(hù)外活動(dòng)等場(chǎng)景下，這座電池艙可以哪里需要去哪里，作為應急電力，隨時(shí)‘掛網(wǎng)’送電。”

一站集成、以用促比。作為我國首個(gè)多技術(shù)路線(xiàn)鋰電池儲能站，寶塘儲能站的“擂臺賽”仍在繼續，以運行實(shí)效促進(jìn)技術(shù)精益化水平提升。精準管理對210多萬(wàn)個(gè)電芯的數據進(jìn)行實(shí)時(shí)監測

如此大規模的儲能電站，如何實(shí)現精準管理和運營(yíng)維護？

走進(jìn)寶塘儲能站智慧控制中心，大屏幕上，數據閃爍不停。

“我們對全站210多萬(wàn)個(gè)電芯的電壓、溫度、容量等數據進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，一旦出現異常，系統會(huì )立即報警。”寶塘儲能站技術(shù)工程師張敏介紹，電芯是儲能站的最小單元，每26個(gè)電芯組成一個(gè)電池包，16個(gè)電池包組成一個(gè)電池簇，多個(gè)電池簇再構成電池艙。整個(gè)系統，像搭積木一樣，從小到大，層層鑲套。

儲能站的核心設備是電池，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，傳統的電池艙，每一簇電池包都是串聯(lián)的，同時(shí)充放電。因此，衰老最快、性能最差的電池包決定了整個(gè)電池簇的工作效率和使用壽命。

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

“采用全電流控制保護技術(shù)，我們在每個(gè)電池包間安裝了控制器，實(shí)現了對電池的‘包級管理’，可以遠程精準調節每個(gè)電池包的運行狀況。”張敏說(shuō)，如此，一個(gè)電池芯出問(wèn)題，再不用像以前那樣更換整個(gè)電池簇。眼下，寶塘儲能站正在研究如何將“精準控制之手”向更小的電池芯延伸。

數字化運維的優(yōu)勢，還體現在精準安防上。

“每一個(gè)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)性有機物、可燃氣體等，一旦發(fā)現異常，會(huì )自動(dòng)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(diǎn)對點(diǎn)’滅火。”張敏介紹，在滅火工作中，不會(huì )影響其他單元的正常運行，確保平穩供電。

“我們實(shí)時(shí)采集25項不同領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)指標，用數據說(shuō)話(huà)，評定不同技術(shù)路線(xiàn)的運行性能。”王勁說(shuō)，多個(gè)技術(shù)路線(xiàn)的運行數據，以及整個(gè)儲能站的運維數據，日積月累匯成一個(gè)“數據富礦”，將為我國新型儲能電站建設提供優(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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