我國(guó)首個(gè)移動(dòng)式大容量全場(chǎng)景電池儲(chǔ)能站—南方電網(wǎng)河北保定電池儲(chǔ)能站正式投入商業(yè)運(yùn)行。 受訪單位供圖

 

不久前，我國(guó)首個(gè)移動(dòng)式大容量全場(chǎng)景電池儲(chǔ)能站——南方電網(wǎng)河北保定電池儲(chǔ)能站正式投入商業(yè)運(yùn)行。該電池儲(chǔ)能站位于保定國(guó)家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)，功率6兆瓦(MW)，容量超過7.2兆瓦時(shí)(MWh)，轉(zhuǎn)換效率達(dá)到98%。電站的投運(yùn)標(biāo)志著我國(guó)高壓級(jí)聯(lián)關(guān)鍵技術(shù)研究取得成功，有效解決了電池儲(chǔ)能站應(yīng)用場(chǎng)景固定限制的難題。

 

此前，我國(guó)電池儲(chǔ)能站主要采用低壓380伏(V)儲(chǔ)能系統(tǒng)，經(jīng)變壓器升壓至10千伏(kV)后并入電網(wǎng)儲(chǔ)能發(fā)電。不同于傳統(tǒng)儲(chǔ)能站，南方電網(wǎng)河北保定電池儲(chǔ)能站應(yīng)用了高壓級(jí)聯(lián)鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器拓?fù)洌瑢㈦姵亟M通過模塊級(jí)聯(lián)方式直接接入10kV高壓交流系統(tǒng)。該儲(chǔ)能站采取集裝箱設(shè)計(jì)，各電池加裝運(yùn)輸?shù)鬃蔀槲覈?guó)第一座無須配套變壓器的移動(dòng)式電池儲(chǔ)能站，可隨時(shí)靈活“動(dòng)”起來。

 

實(shí)現(xiàn)我國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域的三個(gè)首次

 

“十四五”時(shí)期是我國(guó)新型儲(chǔ)能發(fā)展的重要戰(zhàn)略機(jī)遇期。《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》明確提出，到2025年，新型儲(chǔ)能由商業(yè)化初期步入規(guī)?；l(fā)展階段，具備大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用條件；到2030年，新型儲(chǔ)能全面市場(chǎng)化發(fā)展。

 

新型儲(chǔ)能是指除抽水蓄能以外的新型儲(chǔ)能技術(shù)，是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要技術(shù)和基礎(chǔ)裝備，是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的重要支撐。

 

“未來我國(guó)大規(guī)模的新能源并網(wǎng)消納需要大電網(wǎng)的支撐，尤其是隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)不斷推進(jìn)，儲(chǔ)能電站應(yīng)用場(chǎng)景不斷豐富，同時(shí)提出了儲(chǔ)能系統(tǒng)可移動(dòng)性能的新要求。在此背景下，我們開展了移動(dòng)式大容量全場(chǎng)景電池儲(chǔ)能站的研發(fā)。”南網(wǎng)儲(chǔ)能公司儲(chǔ)能科研院院長(zhǎng)、高壓級(jí)聯(lián)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人陳滿介紹。該儲(chǔ)能站的特點(diǎn)是大容量、可移動(dòng)，不僅實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能高效率的目標(biāo)，還豐富了移動(dòng)式大容量?jī)?chǔ)能電站作為“有源式”并網(wǎng)測(cè)試平臺(tái)等應(yīng)用場(chǎng)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。現(xiàn)在這個(gè)大容量全場(chǎng)景電池儲(chǔ)能站是大卡車，直接拉50噸貨甚至更多。”對(duì)于大容量，陳滿打了一個(gè)形象的比喻。

 

據(jù)介紹，南方電網(wǎng)河北保定電池儲(chǔ)能站的示范建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域的三個(gè)首次：首次運(yùn)用了“H橋”的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，可在大幅減少儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)量的情況下，實(shí)現(xiàn)同等儲(chǔ)能效率；首次研究應(yīng)用電池簇間熱阻隔技術(shù)，對(duì)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(zhǎng)火災(zāi)等極端情況下的救援緩沖時(shí)間至60分鐘；首次攻克了移動(dòng)式大容量電池儲(chǔ)能站黑啟動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)，可為局部電網(wǎng)提供靈活、快速、可靠的黑啟動(dòng)電源服務(wù)。

 

大容量和可移動(dòng)兩種性能完美結(jié)合

 

如何突破大容量和可移動(dòng)兩種條件的相互制約，是研發(fā)團(tuán)隊(duì)遇到的最為棘手的問題。

 

“一方面，移動(dòng)式電站在空間上的特點(diǎn)限制了硬件結(jié)構(gòu)，如何在有限的空間內(nèi)將電池、變流器、控制柜等設(shè)備高效地排列，同時(shí)保證電氣絕緣可靠和熱管理安全性，這是一個(gè)難題。另一方面，則是大容量、大功率儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)備繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜對(duì)移動(dòng)性能的限制，如何在運(yùn)輸全過程中對(duì)集裝箱及其內(nèi)部設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、保障其可靠性，也是必須解決的難題。”南網(wǎng)儲(chǔ)能公司儲(chǔ)能科研院高壓級(jí)聯(lián)項(xiàng)目技術(shù)專家李勇琦介紹。

 

為此，團(tuán)隊(duì)對(duì)移動(dòng)式大容量高壓級(jí)聯(lián)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的絕緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行解剖，創(chuàng)新性地將“H橋”級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于移動(dòng)式電站，可在大幅減少儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)量的情況下，實(shí)現(xiàn)同等儲(chǔ)能效率，從而首次將儲(chǔ)能電站大容量和可移動(dòng)兩種性能完美結(jié)合。

 

隨著電化學(xué)儲(chǔ)能蓬勃發(fā)展，電池?zé)崾Э氐膯栴}被暴露在聚光燈下，儲(chǔ)能系統(tǒng)安全性能是電化學(xué)儲(chǔ)能發(fā)展的底線。

 

“我們不僅對(duì)‘事前’措施進(jìn)行了創(chuàng)新和高效的設(shè)計(jì)，還首次采用了不燃耐火材料，對(duì)集裝箱式儲(chǔ)能電站做了簇間熱阻隔設(shè)計(jì)，延長(zhǎng)了‘事后’救援緩沖時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了在有限的空間內(nèi)采用最高效的安全措施。”李勇琦表示，這可在最大程度避免出現(xiàn)火燒連環(huán)船的情景。他們首次應(yīng)用了電池簇間熱阻隔技術(shù)，相當(dāng)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(shí)間內(nèi)，仍可讓火勢(shì)不蔓延到旁邊船只，為延長(zhǎng)電池?zé)崾Э鼐仍畷r(shí)間提供了新的思路。

 

大面積停電后的系統(tǒng)自恢復(fù)被通俗地稱為黑啟動(dòng)。針對(duì)儲(chǔ)能電站的黑啟動(dòng)要求儲(chǔ)能系統(tǒng)具有離網(wǎng)運(yùn)行模式，且需具備零起升壓、二次調(diào)頻調(diào)壓、頻率范圍控制等能力，對(duì)儲(chǔ)能變流器提出較高要求。為此，團(tuán)隊(duì)逐一攻克了移動(dòng)式大容量電池儲(chǔ)能站黑啟動(dòng)的各關(guān)鍵技術(shù)難題。這是黑啟動(dòng)在移動(dòng)式儲(chǔ)能電站的首次應(yīng)用，未來可為局部電網(wǎng)提供靈活、快速、可靠的黑啟動(dòng)電源服務(wù)。

 

可應(yīng)用于各類電化學(xué)儲(chǔ)能場(chǎng)景

 

“這樣一座控制技術(shù)成熟、安全性能穩(wěn)定的移動(dòng)式大容量電池儲(chǔ)能站，可應(yīng)用于各類電化學(xué)儲(chǔ)能場(chǎng)景。”陳滿說。

 

在電源側(cè)，該電站可平滑新能源出力波動(dòng)，提供備用容量；在電網(wǎng)側(cè)，該電站可改善輸配電網(wǎng)絡(luò)功率分布，滿足設(shè)備檢修和線路融冰等特殊時(shí)期的臨時(shí)供電需求；在用戶側(cè)，該電站能夠有效調(diào)節(jié)季節(jié)性區(qū)域內(nèi)負(fù)荷，作為電網(wǎng)突發(fā)事故、春運(yùn)等時(shí)段性事件的應(yīng)急電源。此外，該電站還可以作為儲(chǔ)能產(chǎn)品并網(wǎng)的性能測(cè)試平臺(tái)，為不同儲(chǔ)能產(chǎn)品性能對(duì)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(dòng)性的特征，而電網(wǎng)又要保持電源和負(fù)荷的實(shí)時(shí)平衡。“該儲(chǔ)能站所用到的高壓級(jí)聯(lián)關(guān)鍵技術(shù)，使電站具有單機(jī)容量大的優(yōu)勢(shì)，能為新型電力系統(tǒng)提供更好的調(diào)節(jié)服務(wù)，使得整個(gè)電網(wǎng)更加安全穩(wěn)定。”陳滿表示。

 

值得一提的是，自2020年起，南方電網(wǎng)公司在企業(yè)內(nèi)部大力推動(dòng)科技項(xiàng)目“揭榜掛帥制”落地實(shí)施，面向國(guó)家重大科研需求、行業(yè)科技前沿等領(lǐng)域發(fā)動(dòng)科研人員技術(shù)攻關(guān)。該儲(chǔ)能站的“高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)模化應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究”是首批科技項(xiàng)目“揭榜掛帥制”試點(diǎn)項(xiàng)目之一，由南網(wǎng)儲(chǔ)能公司“掛帥”攻關(guān)，與北京四方公司、上海交通大學(xué)等單位合作研究，推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研用一體融合實(shí)踐。目前，項(xiàng)目已發(fā)表論文9篇、完成各類專利受理授權(quán)30余項(xiàng)，下一步項(xiàng)目將實(shí)現(xiàn)更大容量的高壓級(jí)聯(lián)，推廣升級(jí)前景廣闊。

 

當(dāng)前，我國(guó)新型儲(chǔ)能技術(shù)正加快發(fā)展，新型鋰離子電池、液流電池、飛輪、壓縮空氣、氫(氨)儲(chǔ)能、熱(冷)儲(chǔ)能等材料領(lǐng)域技術(shù)的相繼涌現(xiàn)，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)熱度的持續(xù)升溫。預(yù)計(jì)到2025年末，新型儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)中的裝機(jī)規(guī)模將達(dá)到3000萬(wàn)千瓦以上，年均增長(zhǎng)50%以上。高壓級(jí)聯(lián)作為儲(chǔ)能領(lǐng)域集成應(yīng)用技術(shù)的創(chuàng)新突破，將持續(xù)助推儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)模式的優(yōu)化完善，為服務(wù)構(gòu)建新型電力系統(tǒng)發(fā)揮積極示范作用。