西北电力设计院黄兴宇：钛酸锂电池储能电站的调峰能力及经济性分析

中国化学与物理电源行业协会储能应用分会产业政策研究中心统计数据显示，截止到2017年底，全球光热及风光发电并网储能项目共计246个，装机总规模达10.3GW。新能源发电侧建大型储能电站对促进可再生能源消纳，缓解日益突出的弃风、弃光问题，提高电网安全稳定运行水平意义重大，备受行业关注。

9月19日-20日，2018首届全国发电侧储能技术与应用高层研讨会在西安召开，就进一步推进储能在发电侧上的项目规划、安全施工、系统集成技术应用、运营模式、电网接入、标准体系、风光储电站考核机制、调度模式、储能项目备案、审批流程和体制机制等方面展开深入讨论。

中国工程顾问集团西北电力设计院有限公司总工程师黄兴宇出席会议并发表专题演讲《风电电源侧储能电站的应用案例》。

以下为发言实录：

黄兴宇：非常荣幸参加本次大会，也非常荣幸与大家分享电源侧储能电站的成果。

一、电源侧储能电站的应用

为了促进能源结构的转型升级，实现清洁低碳发展，我们大力开展清洁能源，装机容量占比日益提高，随着清洁能源高速发展的同时，在电源侧布置储能系统能有效的改善电能质量，我们总结了在电源侧储能电站主要是为了实现几方面的功能。一是快速响应调频调压，二是平滑功率输出，三是跟踪计划处力，四是削峰填谷。我们的项目主要是对风电场进行系统的研究，本次研究储能总共模式是20兆瓦时，根据相关数据配置了一个5兆瓦储能子系统，分析储能系统对风电出力的改善。风电场出力波动，存在着弃风现象，功率预测系统的准确率有待提高，储能电池为功率型电池，具有高倍率放电能力。风电与储能进行互补，平滑风电发电出力，降低出力波动率，储能系统介入风电，提高跟踪计划出力的能力及准备性。考虑到储能电站的调峰能力，我们根据电池的功率性特性，根据削峰填谷的特性来分析钛酸锂电池对储能电站的调峰能力。

二、项目概况及电池特性

本项目是风电场电源侧电池储能示范项目，风电场于2012年建成投产，储能电站分为四个子系统，每个子系统为五兆瓦时，主要功能是平滑功率曲线和跟踪计划出力。目前正在开展设计，业主同步在进行招标工作，计划2019年上半年投入运行。

项目建设的必要性，储能电站的建设符合国家的相关政策以及行业的发展规划，有利于节能减排，改善生态，保护环境，有助于推动地方经济的发展。建设地新能源装机规模大，综合开发条件好，有利于改善区域电网稳定性，推动新能源利用与消纳。示范和促进储能技术的发展，提升产业发展水平。目前我国储能行业呈现出了多元化发展的良好态势，技术开发已经应用加速，基本上具备了产业化的基础，在电池储能行业目前应用的电池种类较多，本项目用的是钛酸锂电池，钛酸锂电池主要是应用在电动公交车等方面，它具有大功率、高倍率的充放电，可满足3C—10C的恒流充放电需求和10C—60C的短时间脉冲充放电需求。还具有高安全性，长循环寿命，受外力破坏后不冒烟不起火，且在高倍率充放电下仍具有极高的安全性。而且在绝大部分地区使用不受到限制。钛酸锂电池的成本较高。本项目选用的是高倍率电芯，下一步电池厂家关于钛酸锂电池特性，设定相对的降低功率密度，提高能量密度，适当的降低电站建设成本。

这是几个电池测试数据，在零下40度的充放电可保持60%的可逆容量，3C循环8700次，容量保持高于88%。唯一可十分钟内完成充电的电池，通过针刺、短路、挤压、枪击、火焰的测试。

三、储能电站运行研究

我们选取的是风电场一期的资源以及实际的运行数据进行分析，配置了三个储能方案，为了更直观的显示储能电池对电站功率输出的平滑作用，分别选取了四个典型日的数据进行分析。蓝色曲线是风功率曲线，红色曲线是平滑出力波动以后的状态，从这些数据我们另外统计了全年的储能电站的运行情况，根据图表我们可以看出储能系统的配置，起到了很好的作用，对全年的数据应用进行统计，大概是4800兆瓦时，充放电次数是19700到19900多次。平滑出力分析，我们选取了5兆瓦时和7.5兆瓦时的两个数据进行比较，当储能系统容易增加，使得功率曲线的波动率更明显的降低。储能能量增加的时候，我们优先选择了相对规模较小的配置方案。此外，我们对电池储能系统跟踪计划出力能力进行了分析，因为很难准确预测它的功率曲线，我们根据2018年同期的实际发电数据进行比较分析，考虑把短期功率预测曲线进行优化，蓝色曲线是实际的发电功率曲线，红色曲线是对功率预测曲线进行了优化，绿化是配置了5兆瓦时储能系统后的功率预测曲线，配置了储能系统以后，能够基本按照设定的值平稳输出，充分体现了储能系统的作用，由图中橙色区域可以看出，储能增加的时候不足以带来解决成本的问题，所以对储能预测与实际功率一致性的改善作用是有限的。

我们利用能量可以实现“时空平移”的特点，从能量型电池的角度分析储能系统的调峰能力，在电网接纳风电受限时，利用储能系统存储电能，在电网接纳风电能力不受限时释放储能存储电能。我们进行了全年发电8760h生产模拟，以年经济效益最优作为目标，多变量寻优，分析系统规模。全年充电量约4338兆瓦时，充电次数564次，放电次数530次。按照目前储能系统的成本，项目将处于亏损状态，因此，需要需求合理的盈利模式。

四、储能电站设计方案

站区总平面，本项目为扩建项目，我们在原有的风电场的西侧进行扩展，储能电站采用固定建筑方案，规划容量是20兆瓦时，总占地0.94公顷，储能电站布置储能配电室和干式变压器。

电气系统，储能模块采用6.624KWh方案，采用柜式抽屉型布置，每个电池柜按防止12只电池模块设计，每面电池柜容量79.488KWh。储能子阵及储能子系统，每个储能单元配置4台500千瓦储能用变流器，由8个储能子阵构成一个储能子系统，最大输出功率16兆瓦，对应的时长0.32小时，充分利用了钛酸锂电池的功率特性进行配置。储能系统主接线，本工程分为四端母线，箱变4个一组在高压侧逐个串接后接入储能区35kv母线上，考虑到配置的灵活，我们在一二段之间设有联络开关。

消防系统，电站设消火栓及特殊消防系统，配置移动式灭火器，工程消防设计与总平面布置统筹考虑，保证消防车道、防火间距、安全出口等各项配置符合要求。按照相关规范两出口的距离不大于60米。室外设消防给水系统，储能配电室设置洁净气体灭火系统。

采暖空调，因为储能电池包括其他类型的电池设计，电池的发热量比较大，所以对热管理以及供暖通风的设计要求比较高，本项目因为选用的钛酸锂电池适应能力强一些，我们考虑的采暖空调是气瓶间、蓄电池室、配电室采用电暖器采暖方案，继电器室、控制室采用风冷热泵带电加热空调采暖方式。PCS室考虑自然进风。

五、储能业务开展情况

在能源规划研究、火力发电、智慧城市建设等诸多方面保持全行业的领先优势，已经与全球30多个国家和地区确立了业务往来关系。我院关于储能项目近年来在储能领域承担了一系列的项目总包设计工作，积累了丰富的工程经验和成果，可以提供涵盖网源核储综合能源的方案，在国家能源局确定的23个首批互补集成优化示范工程中，西北院承担了5个国内首批多能互补示范工程项目的设计工作。与清华大学、华北电力大学、西安交通大学等多家开展了多个横向研究课题，西北院自主开发了一系列的储能系统的研究软件，研发了多能互补系统的生产仿真软件、微电网规划设计软件、终端一体化多能互补系统分析及评价软件、新能源电站储能配置等应用软件，结合工程进度进行了不同程度的工程实践。

我的汇报就到此结束，谢谢大家！

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