新型儲能電站如何調節電力
來源：國家能源局網站
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發布時間：2024-09-06
坐落于約五個半標準足球場大小的場地內——
電高峰期，白天限電、晚上趕訂單的“夜班工廠”生產模式，曾困擾著一些企業。在廣東省佛山市南海區獅山鎮，電力緊缺一度是制約發展的大問題。
如今，廣州佛山之間、北江之畔，約5.5個標準足球場大小的場地內，一排排淺灰色的電池艙組成裝機規模300兆瓦/600兆瓦時的新型儲能電站，宛如一個超級“充電寶”，源源不斷地為城市運行輸送穩定電能。
這是寶塘電網側獨立電池儲能站（以下簡稱“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4.3億千瓦時清潔電能，減少二氧化碳排放30萬噸。
削峰填谷
實現“毫秒級”響應電力系統調節需求
“去年僅南海區西江片區500千伏環網的電力缺口就達到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。
“理想的城市電力系統，需要隨時處于動態平衡狀態，高效、節能地實現‘充、儲、放’功能。”南網儲能科技公司運行中心總經理王勁介紹，新型儲能電站作為調節電力負荷的大型“充電寶”，可在用電低谷時利用風能、太陽能等清潔能源進行“充電”，在用電高峰時將儲存的“綠電”穩定可靠地輸送到千家萬戶，實現“毫秒級”響應電力系統調節需求。
近年來，我國大力發展清潔能源，風電、光伏等新能源發電裝機量快速提升。中國電力企業聯合會發布的數據顯示：截至6月底，我國新能源發電裝機規模首次超過煤電；尤其在南方區域，新能源增長迅速，裝機總量達1.58億千瓦，成為南方電網第一大電源。
受氣候、季節等自然因素影響，新能源發電往往要“看天吃飯”，隨機性、間歇性、波動性明顯，難以穩定可靠地持續供電。大規模消納并網，需要建設儲能電站進行調配。
“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負荷需要，幫助清潔能源大規模、高比例接入電網。”南網儲能科技公司董事長汪志強說，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、重力儲能等技術路線在內的新型儲能電站發展更快，在構建以新能源為主的新型電力系統中發揮重要作用。
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4444萬千瓦/9906萬千瓦時，約為兩個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，發揮“削峰填谷”作用，儲、放電量均已超過1億千瓦時，讓來自廣東陽江的海上風電等清潔能源，成為珠三角腹地經濟社會發展的澎湃動力。
技術集成
搭配組合出9種差異化儲能技術路線
站上“風口”的新型儲能產業，在安全、質量、效能等方面仍存在一些共性技術難題。比如，一條鋰電池儲能路線的性能好壞，與熱管理、結構連接等多個因素有關，在業內尚無統一衡量標準。
如何才能選出最為高效可靠的路線？
“讓多種儲能技術在一個儲能站里‘打擂臺’！”汪志強說，聚焦熱管理、結構連接、電池性能等三大主要技術領域，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路線，裝機規模從5兆瓦到75兆瓦不等，相當于把9座不同技術特點的中型儲能站聚到一起比優劣。
步入寶塘儲能站，88套磷酸鐵鋰儲能系統猶如一個個大小不等的集裝箱，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”的風冷技術、“冷板接觸降溫”的板式液冷技術以及“冷卻液直接浸泡電池”的全浸沒式液冷技術等3種技術。
“全浸沒式液冷技術最為高效，能將不同類型的電池溫差控制在2攝氏度以內，溫升不超過5攝氏度，有助于提高儲放電效能、延長電池使用壽命。”周躍利說。
寶塘儲能站所采用的結構連接技術多達5種。其中，作為南方電網首批“揭榜掛帥”科研項目的攻關成果，高壓級聯技術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，就需要通過變壓器將電壓提升至10千伏，而高壓級聯技術省去了變壓器，僅通過模塊級聯，便可將儲能系統電壓提升，直接“掛網”運行。
“10年前，深圳寶清儲能站首次使用了這項技術，當時2兆瓦時的裝機規模占地面積達到上千平方米，現在一個集裝箱大小的空間里裝機規模就能達到3.5兆瓦時。”周躍利說，安裝在寶塘儲能站的高壓級聯系統，硬件結構及控制保護方面均實現了技術優化，使“掛網”電壓更加安全穩定地提升至并網電壓。
“這意味著，擺脫了變壓器的限制后，移動式儲能電站成為現實。”周躍利說，“在應急救援、大型戶外活動等場景下，這座電池艙可以哪里需要去哪里，作為應急電力，隨時‘掛網’送電。”
一站集成、以用促比。作為我國首個多技術路線鋰電池儲能站，寶塘儲能站的“擂臺賽”仍在繼續，以運行實效促進技術精益化水平提升。
精準管理
對210多萬個電芯的數據進行實時監測
如此大規模的儲能電站，如何實現精準管理和運營維護？
走進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多萬個電芯的電壓、溫度、容量等數據進行實時監測，一旦出現異常，系統會立即報警。”寶塘儲能站技術工程師張敏介紹，電芯是儲能站的最小單元，每26個電芯組成一個電池包，16個電池包組成一個電池簇，多個電池簇再構成電池艙。整個系統，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、優化電池控制方式是關鍵難題。張敏介紹，傳統的電池艙，每一簇電池包都是串聯的，同時充放電。因此，衰老最快、性能最差的電池包決定了整個電池簇的工作效率和使用壽命。
如何打破“木桶效應”？2020年，南方電網實施“揭榜掛帥”，廣發“英雄帖”，開展關鍵技術攻關。
“采用全電流控制保護技術，我們在每個電池包間安裝了控制器，實現了對電池的‘包級管理’，可以遠程精準調節每個電池包的運行狀況。”張敏說，如此，一個電池芯出問題，再不用像以前那樣更換整個電池簇。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。
數字化運維的優勢，還體現在精準安防上。
“每一個電池包里，都有‘多合一’消防探測器，可以敏銳地捕捉煙霧、揮發性有機物、可燃氣體等，一旦發現異常，會自動觸發火警信號與滅火裝置，向故障電池包注入滅火介質，‘點對點’滅火。”張敏介紹，在滅火工作中，不會影響其他單元的正常運行，確保平穩供電。
“我們實時采集25項不同領域的關鍵技術指標，用數據說話，評定不同技術路線的運行性能。”王勁說，多個技術路線的運行數據，以及整個儲能站的運維數據，日積月累匯成一個“數據富礦”，將為我國新型儲能電站建設提供優化方案，為產業高質量發展積累寶貴經驗。