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      我國首座無須配套變壓器的移動式電池儲能站建成 大容量電池儲能站實現“說走就走”

      作者:【未知】

      2023-02-28 19:55:25 來源:科技日報  瀏覽量:

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        98%

        該電池儲能站位于保定國家高新技術產業開發區,功率6兆瓦(MW),容量超過7.2兆瓦時(MWh),轉換效率達到98%。電站的投運標志著我國高壓級聯關鍵技術研究取得成功,有效解決了電池儲能站應用場景固定限制的難題。

        不久前,我國首個移動式大容量全場景電池儲能站——南方電網河北保定電池儲能站正式投入商業運行。該電池儲能站位于保定國家高新技術產業開發區,功率6兆瓦(MW),容量超過7.2兆瓦時(MWh),轉換效率達到98%。電站的投運標志著我國高壓級聯關鍵技術研究取得成功,有效解決了電池儲能站應用場景固定限制的難題。

        此前,我國電池儲能站主要采用低壓380伏(V)儲能系統,經變壓器升壓至10千伏(kV)后并入電網儲能發電。不同于傳統儲能站,南方電網河北保定電池儲能站應用了高壓級聯鏈式儲能變流器拓撲,將電池組通過模塊級聯方式直接接入10kV高壓交流系統。該儲能站采取集裝箱設計,各電池加裝運輸底座,成為我國第一座無須配套變壓器的移動式電池儲能站,可隨時靈活“動”起來。

        實現我國電化學儲能領域的三個首次

        “十四五”時期是我國新型儲能發展的重要戰略機遇期?!丁笆奈濉毙滦蛢δ馨l展實施方案》明確提出,到2025年,新型儲能由商業化初期步入規?;l展階段,具備大規模商業化應用條件;到2030年,新型儲能全面市場化發展。

        新型儲能是指除抽水蓄能以外的新型儲能技術,是構建新型電力系統的重要技術和基礎裝備,是實現碳達峰碳中和目標的重要支撐。

        “未來我國大規模的新能源并網消納需要大電網的支撐,尤其是隨著新型電力系統建設不斷推進,儲能電站應用場景不斷豐富,同時提出了儲能系統可移動性能的新要求。在此背景下,我們開展了移動式大容量全場景電池儲能站的研發?!蹦暇W儲能公司儲能科研院院長、高壓級聯項目負責人陳滿介紹。該儲能站的特點是大容量、可移動,不僅實現了儲能高效率的目標,還豐富了移動式大容量儲能電站作為“有源式”并網測試平臺等應用場景。

        “這好比原來開的是小汽車,受限于馬力,每次只能拉10噸貨?,F在這個大容量全場景電池儲能站是大卡車,直接拉50噸貨甚至更多?!睂τ诖笕萘?,陳滿打了一個形象的比喻。

        據介紹,南方電網河北保定電池儲能站的示范建設,實現了我國電化學儲能領域的三個首次:首次運用了“H橋”的級聯結構,可在大幅減少儲能系統數量的情況下,實現同等儲能效率;首次研究應用電池簇間熱阻隔技術,對電池柜作耐壓絕緣和防火隔熱處理,在電池陣列之間加裝隔熱板,大幅延長火災等極端情況下的救援緩沖時間至60分鐘;首次攻克了移動式大容量電池儲能站黑啟動關鍵技術,可為局部電網提供靈活、快速、可靠的黑啟動電源服務。

        大容量和可移動兩種性能完美結合

        如何突破大容量和可移動兩種條件的相互制約,是研發團隊遇到的最為棘手的問題。

        “一方面,移動式電站在空間上的特點限制了硬件結構,如何在有限的空間內將電池、變流器、控制柜等設備高效地排列,同時保證電氣絕緣可靠和熱管理安全性,這是一個難題。另一方面,則是大容量、大功率儲能系統設備繁多、結構復雜對移動性能的限制,如何在運輸全過程中對集裝箱及其內部設備狀態進行監測、保障其可靠性,也是必須解決的難題?!蹦暇W儲能公司儲能科研院高壓級聯項目技術專家李勇琦介紹。

        為此,團隊對移動式大容量高壓級聯電池儲能系統的絕緣結構進行解剖,創新性地將“H橋”級聯結構應用于移動式電站,可在大幅減少儲能系統數量的情況下,實現同等儲能效率,從而首次將儲能電站大容量和可移動兩種性能完美結合。

        隨著電化學儲能蓬勃發展,電池熱失控的問題被暴露在聚光燈下,儲能系統安全性能是電化學儲能發展的底線。

        “我們不僅對‘事前’措施進行了創新和高效的設計,還首次采用了不燃耐火材料,對集裝箱式儲能電站做了簇間熱阻隔設計,延長了‘事后’救援緩沖時間,實現了在有限的空間內采用最高效的安全措施?!崩钣络硎?,這可在最大程度避免出現火燒連環船的情景。他們首次應用了電池簇間熱阻隔技術,相當于在船與船之間加上阻燃板。一旦其中一艘船著火了,在一定時間內,仍可讓火勢不蔓延到旁邊船只,為延長電池熱失控救援時間提供了新的思路。

        大面積停電后的系統自恢復被通俗地稱為黑啟動。針對儲能電站的黑啟動要求儲能系統具有離網運行模式,且需具備零起升壓、二次調頻調壓、頻率范圍控制等能力,對儲能變流器提出較高要求。為此,團隊逐一攻克了移動式大容量電池儲能站黑啟動的各關鍵技術難題。這是黑啟動在移動式儲能電站的首次應用,未來可為局部電網提供靈活、快速、可靠的黑啟動電源服務。

        可應用于各類電化學儲能場景

        “這樣一座控制技術成熟、安全性能穩定的移動式大容量電池儲能站,可應用于各類電化學儲能場景?!标悵M說。

        在電源側,該電站可平滑新能源出力波動,提供備用容量;在電網側,該電站可改善輸配電網絡功率分布,滿足設備檢修和線路融冰等特殊時期的臨時供電需求;在用戶側,該電站能夠有效調節季節性區域內負荷,作為電網突發事故、春運等時段性事件的應急電源。此外,該電站還可以作為儲能產品并網的性能測試平臺,為不同儲能產品性能對比提供大容量電源。

        新能源“看天吃飯”的先天屬性使其帶有間歇性、波動性的特征,而電網又要保持電源和負荷的實時平衡?!霸搩δ苷舅玫降母邏杭壜撽P鍵技術,使電站具有單機容量大的優勢,能為新型電力系統提供更好的調節服務,使得整個電網更加安全穩定?!标悵M表示。

        值得一提的是,自2020年起,南方電網公司在企業內部大力推動科技項目“揭榜掛帥制”落地實施,面向國家重大科研需求、行業科技前沿等領域發動科研人員技術攻關。該儲能站的“高壓級聯儲能系統規?;瘧藐P鍵技術研究”是首批科技項目“揭榜掛帥制”試點項目之一,由南網儲能公司“掛帥”攻關,與北京四方公司、上海交通大學等單位合作研究,推動產學研用一體融合實踐。目前,項目已發表論文9篇、完成各類專利受理授權30余項,下一步項目將實現更大容量的高壓級聯,推廣升級前景廣闊。

        當前,我國新型儲能技術正加快發展,新型鋰離子電池、液流電池、飛輪、壓縮空氣、氫(氨)儲能、熱(冷)儲能等材料領域技術的相繼涌現,帶動產業熱度的持續升溫。預計到2025年末,新型儲能在電力系統中的裝機規模將達到3000萬千瓦以上,年均增長50%以上。高壓級聯作為儲能領域集成應用技術的創新突破,將持續助推儲能產業模式的優化完善,為服務構建新型電力系統發揮積極示范作用。(記者 葉青)

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