广州智光储能付金建：如何突破储能单机功率瓶颈

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。

广州智光储能科技有限公司副总经理付金建出席会议并发表主题演讲《高压大功率储能技术研究》。

以下为发言实录：

付金建：非常感谢组委会给我一个机会跟大家在高压直挂方面跟大家进行分享。现在高压还只是应用在初期的阶段，应该让大家更多的知道

一、储能技术发展趋势

1、多机并联。

我们在这方面做了研究，在电力设备的发展里面，不可避免的都有这样的发展历程和经历，储能也是一样，会有这样的发展规律。首先我们不可避免的单机容量，比如要做一个储能项目，有很多的专家做系统的并联技术的研究，今天会议的安排有相应的专家会对这些技术做一些介绍，所以我在这里只分析在整个发展的过程中，不管是高压还是低压的，都需要去研究并联的技术。因为时间的关系今天我在这里不把并联技术做深入的阐述。

2、单机容量更大、电压更高。

我们做所有的电源系统和电气设备的时候有一个发展的趋势，希望把单机的电压做的更高，功率可以做的更大。最早做发电机的时候只是几千瓦，随着用电量大规模上升以后，做到了一千兆瓦甚至更大的功率。做储能也是一样的，初期我们的应用都是几百个千瓦时，功率可能只有几个千瓦，甚至几十个千瓦，几百个千瓦，现在有一些项目已经到了上百兆瓦的储电站，整个发展过程中储电站的规模越来越大，单机容量上从开始几千瓦到现在为止最大的单机低压储存功率我见的都是几百千瓦，可以把交流电压做到690伏，单机功率做到了两兆瓦。这时我们需要的功率是更大的，我们在国内建设的几个大型项目，可能都是30兆瓦、20兆瓦，甚至有更大的项目进行建设，这些项目里面在小容量的应用过程中，有大量很多数量的设备要并联或者同时运行，这样导致我们对全系统的控制，在控制策略上面是比较复杂的。如果把单机的容量可以做的更大，在多台设备协调控制的时候，可以把设备的数量减少。这样有利于我们整个大系统的稳定运行，而降低整个系统控制的难度。所以我们做高压直挂很大的目的就是要提高单机的容量，而且通过这样的方式可以提高系统整体的效率，降低损耗，包括我们做以往的发电机系统的发展技术研究的过程中，做大容量也是有这方面的考虑。

二、高压大功率储能技术

我们现在整个行业内主要用的器件参数最高是做到电压6500伏，电流做到了3600安，通过这些器件采用直流1500伏和交流690伏，可以把单机做到两兆瓦。但是有一个问题，为什么我们的储能没有做到两兆瓦这么大的单机功率呢？就来自于我们电池包的设计开发还有一些技术上的瓶颈，大家现在看储能方案和系统，知道很多电池包的直流电压是在1000伏以下。前端时间了解行业内有一些专家同行已经研究直流电源1000伏，甚至有人考虑1500伏或者3000负，已经在考虑这些问题。就现在的情况而言，还没有人把这个做出来，还受到一些材料因素的影响，以及单体电池的电压比较低因素的影响，比较难把直流电压提的比较高。当我们把功率做大以后，需要大量的电池包容量也要做的很大，电池的电流会很大，就需要大量的电池并联，这对电池系统的管理会提高它的控制难度。因为这些因素的制约，我们现在能看到的直接输出300多伏或者更高电压的储能系统，单机功率还很难做的比较大。

我们低压的方案，一般来说主流的是用三电平技术，常规三电平方案把直流电压做到850伏，交流电压小于400伏，功率做到500千瓦，也有同行做到了630千瓦。这时候我们要做大型的储能电站，就需要带变压器并联来满足我们的运行要求，并联的数量会比较多。用变压器并联的方式可以把运行效率降低，充电和放电各会降低1.5%到2%。还有一种方案，我记得上次听同行研究一个方向，把直流电压提高，把交流电压也提高，器件的水平和控制的水平都可以达到，但现在的制约主要是电池达不到。以锂电池为例，电压都是3点几伏，需要大量的电池串联起来，还有电池单体的电流，一高度倍率最大做到100A左右，如果是0.5C的电池是做到300A以内，要提高2000A这样大的电流，需要大量的电池并联，当这些电池并联在一起以后，我们知道电池在制造生产的过程中都有一个参数不是完全一样，越多的电池并联在一起工作，对整个电池管理的要求会越高，难度也会越大。所以在这方面受到的制约最主要是电池，而不是PCS的技术。我们怎么研究一种技术，既能让PCS的技术能够达到，又能用成熟的器械，还能让我们的电池包能够满足我们应用的需求，这是我们所要去做的。

在高压直挂方面我们采用的方案，我们用的是一个个功率和电池容量并不是特别大的储能单元，我们主要开发了直流电压是在520伏到850伏，电流控制在300A以内，AC控制在350V，功率控制在250千瓦以内，现在主要是开发这样储能的单元。所以相关的技术是更成熟、器件更成熟。我们把直流电流从1000A降到300A，降下来以后意味着需要并联的电池数量可以大幅度的减少。做0.5C的系统并联的数量两组最多三组就可以了，在这种情况下，可以把电池包的制造难度降低，电池包电池管理的难度也可以降下来。如果仅仅这样一个功率单元很难实现兆瓦级甚至10兆瓦级更大功率的输出，行业内有做储能单元来运行，提高功率单元的方案。在已有的方案里面大家主要采用交流并联的方式，而我们采用的是交流串联的方式，这种方式在所涉足的其他行业，比如说做了十几年的高压电瓶行业广泛采用了这种思路，用单元串联的方式。每一个功率单元如果做到250千瓦，通过不同数量的功率单元组合后，就很容易给做到9兆瓦到15兆瓦这样的功率。如果进一步把功率单元的单机功率扩充，将来电池技术发展更好以后，再进一步扩充，可以用相同的控制技术实现更大的单机容量设备的配置。整个系统的工作原理是每一个工作单元输出比较低的交流电压，把这些串联起来以后，就可以输出很高的交流电压，通过不同的组合，可以输出6000伏、10千伏的电压，这样就可以不采用变压器来提高整个运行的效率。

系统在工作的时候，每一个储能子模块输出的电压是两变频的电压，这样就可以输出一个接近正向波的电压，免除预波装置的配置。这个系统也是比较容易维护的，每一个模块都是完全通用的，不管是电池包还是PC室，所以他们之间有良好的互换性，单个电池包的规模做的并不大，重量并不重也容易进行替换。在每个储能的子单元旁边做了一个旁路的配置，当有部分的单元出现问题的时候可以自动的切除，来维持整个系统的长期连续的运行。在电池均衡方面我们也做了一些工作，由于时间关系就不展开了。

大功能储能技术的安全设计是很重要的，电池本身是一个容量体，如果要做到绝对安全需要能量彻底释放，但我们实际应用的时候是做不到绝对安全的，只能想办法控制它让它相对安全，我们在事故前要检测，提前预知电池的状态，判断电池的健康状况。我们要约束事件发生故障的规模，万一所有东西都失控了，出问题以后我们能不能想办法限制下来，不让规模扩大，这样我们就要降低整个电池系统能量的密度。如果出现了这样的问题要及时的救火，有大量的消防方面的阐述，我就不展开了，主要讲一下怎么降低电池包的容量。

如果一个大的电池包我们没有办法降低密度的话，用的思路就是切块进行设置。我们系统每个储能包需要的直流电流比较小，只需要300A，而且直流电压和常规的电池包的直流电压是一致的，是在一个范围和一个区间，我们可以把整个电池包的容量做到很小。需要1000A的系统把电池包的容量只需要做到它的三分之一或者更小，有利于控制事故发生后的规模，更有利与消防控制。除了约束规模还要进行电池的均衡控制，大量的电池工作的时候我们怎么对它进行良好的监管，对单个电池包的规模进行减少，数量少了以后需要相互之间均衡就下来了，我们就可以对它进行很好的限制了。在这个基础工作之上还要考虑，我们说的这个系统这里面有大量的储能子单元，这些系统虽然在一个系统里面运行，但是有的是在A项，有的是在B项，就要实现这些电池包之间的均衡。可以通过控制每个不同的电池包输出的功率大小不同来解决这个问题，我们把整个不同的电池包之间均衡的电流做的很大。这样一套系统可以让某一个组完全不输出功率，也可以让某一个组输出一个很小的功率，其他的组输出很大的功率。用这样的方式我们可以做到几十安甚至更大的电流，能力和快速性会有很大的提升。

三、高压大功率储能技术应用

南方电网深圳宝清电池储能电站二期的项目，把我们的这些技术都进行了验证。这个项目获得了很多的奖项，去年获得了广东省科技进步二等奖，是院士专家鉴定这个技术是国际领先的项目。这是测试过程中测试的数据，在不同系统之间切换的时间非常短，所以它的工作方式非常灵活，这个更有利于电网的运行。

我们正在建设的两个项目给大家也介绍一下。第一个项目是在我们厂区建设了云埔基地储能实验项目。这个高压系统我们在10月底可以建设完成，到时候如果有机会欢迎大家到广州去我们厂实地看一下，高压储能究竟是什么样的？它的表现是什么样的？第二个项目是五沙电场AGC调频项目，到时候也有请各位专家到现场进行指导工作。

谢谢大家！

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