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北控清洁能源沈聪:马太效应将现 储能行业资源向优势企业聚集

光伏储能将是一个发展方向。他表示,储能行业目前是处于爆发期,是一个市场规模超过千亿、收益率高、现金流较好,没有补贴拖欠的,且技术门槛较高的行业。未来一段时间,我们判断储能行业会形成若干个大型的储能企业,资源逐步会向优势企业集中。

9月4日,第十三届亚洲太阳能光伏创新合作论坛在上海跨国采购会展中心拉开帷幕。近100位国内外专家、企业家及1000名业内精英相聚一堂,共同探讨当前光伏行业面临的困境与未来发展方向。北控清洁能源集团有限公司智慧能源副总经理沈聪对大规模蓄电池储能系统的应用前景及关键技术探讨。

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本次会议由一起光伏APP进行直播,演讲人发言实录如下:

【沈聪】:各位嘉宾,大家早上好,非常高兴借助于这个平台跟大家分享一下北控清洁能源对于大规模储能的应用场景以及关键技术探讨的分享,同时我也会简单介绍一下关于我们现在做的西藏20兆瓦时的电站案例分析。

我的汇报主要是分为四个部分,第一部分,主要简单介绍一下为什么我们要做储能。我们之所以要做储能,因为我们认为储能是能源革命的一个刚需。为什么?能源革命最终要达到什么样的目标?我们认为能源革命是所有的能源都来自于光伏、风能等可再生能源的供给。怎么样实现目标呢?三种实现方式,第一个实现方式,以分布式、区域化、微电网群的实现方式,主要以分布式光伏、分布式风能,加上能源管理系统作为实现的方式,储能也是必不可少的实现环节。第二个实现方式,主要是独立的大型的储能电站,就像化学储能、抽水等。第三个集中式的光伏风电新能源加储能的方式。储能是这三种方式当中不可缺少的部分,储能是能源革命的刚需,是要实现能源革命必不可少的环节。

我们再来看一下能源革命实现的Roadmap。目前传统的模式是大规模、集中式、长距离的以化石能源为主的供电模式,缺点是不经济、高消耗。我们现在在羊易做的方式,以大规模的光伏加上储能。如果光伏,它的波动性和不可调节型,需要传统的供电方式给它提供调压等服务的。加上储能之后,它的调节性能,度电成本,甚至比传统的供电方式更低更好,这是一种实现的路径。第二种实现的路径,不断从分布式的供电方式,向分布式的储能,通过像区块链、物联网等方式,更经济的,人工智能的调度模式,最后形成多能互补的方式,对大规模的、集中式的储能方式互补。我们可以想象一下,当我们的新能源光伏度电成本低于传统的化石能源的时候,靠近用户侧不需要支付过网费,同时相对是清洁能源,所以我们认为这种供电的模式是今后发展的必然趋势。实现这种必然的趋势,三种非常关键的技术,第一个就是微电网及微电网的管控技术。第二个储能必不可少的电池管理系统,一个PS系统,这三个系统是实现能源革命必不可少的技术。

第二部分简单介绍一下西藏嘉天羊易光储电站。西藏嘉天羊易光伏电站储能项目位于海拔4700米的拉萨市当雄县,储能系统是一套4.5MW/20.7MWh的磷酸铁锂和铅碳电池的混合系统。西藏羊易光伏电站,是按照少人值守的风格做的,通过光纤环网的方式,把相关的数据直接上传到EMS系统当中。整个西藏羊易光伏电站由18个集装箱组成的即插即用的储能系统。因为跟光伏系统进行相互的通讯协调控制的,同时也会输入一些保护的信息,对储能时时状态监测,为系统的安全运行提供保障。同时它跟光伏进行联合的调节,包括跟光伏联合调压调频的辅助功能,也是在EMS当中实现的。

我们所说的技术优势,有四点,第一点整个系统非常的安全稳定可靠,从目前来说,储能系统自运行以来,自去年12月9日并网运行的,每天为电网提供13000度的电网。第二运行效率非常高,大部分铅碳电池,我们统计的效率在85%左右。第三,它的整体响应速度非常快,我们是18台PCS并入到电网当中,响应速度在100毫秒之内。第四,我们多级PCS并联的技术,这个技术是远高于2016年国家863课题的六台储能器运行速度。

下面通过羊易光伏电站和大家分享一下我们认为在大规模储能应用一些需要突破的关键技术。大规模储能最主要的还是顶层设计,顶层设计主要做什么呢?一,主要降低度电成本。任何度电成本只要降到一定的程度,就可以在无补贴的情况下大规模的铺开。怎么样降低度电成本?第一方面降低储能的造价,第二提高储能的循环寿命。对于储能系统来说,它的循环寿命跟度电成本直接相关的。我们怎么来实现又降低储能的造价,又提高储能循环的寿命?也是通过两方面,闭环的设计过程。怎么来闭环?首先要了解整体的储能实现什么样的功能,是调频的调峰或者组合的等等,我们根据不同的配置功能,来把它作为一个约束条件,我们的目标函数就是度电成本最低。通过这两种方案,我们来配置我们的储能功率多大,我们的储能每天充放一次还是两次等等,都需要在顶层设计当中考虑的。西藏羊易在20兆瓦时,为什么采用锂电加铅碳的方式?因为锂电主要是快速反应性,但锂电的造价偏高一些,所以我们用锂电参与一次调频。二次调频主要是铅碳电池实现,它的造价会稍微低一些。通过顶层设计的排布,实现综合造价最低。包括我们在运行的方式当中,也是通过电压源等切换,包括我们对SOC的状态,通过EMS系统下发指令达到度电成本最低。

第二个关键技术,集成的技术非常重要。针对不同的项目我们有不同的顶层规划,要从电芯的选型开始要做到心中有数。如果调频的项目,2C、3C的倍率怎么样选择电芯,我们的电池管理系统怎么去设计,均衡电量需要多大,保证在PAD当中的回值性多少,我们能够在多少时间内进行整体的均衡,包括集装箱内部的热管理系统,都是在储能系统集成里面必须要有明确的框架,这样的话,我们在系统当中能够确保投资的收益率。我们以西藏嘉天羊易PAD设计为例,它的运维的考虑,它的几并几串设计都是有所考虑的。特别强调的是在西藏羊易里面做了热循环的控制,使得集装箱中温度差不会超过1度,因为整体的电芯运行是有衰减的,衰减是跟温度直接相关的,如果长期在不同的温度下运行,它的电芯衰减程度也是不一样的,这为后面的循环次数有非常大的影响。

第三个关键技术,BMS均衡技术。目前遇到的两大挑战,第一个不同于电动汽车的BMS系统,一个集装箱内部锂电的电芯达到了3000多颗,要维持在一定的水平中,不是一件容易的事情。第二个电池在运行的过程中,由于各类因素的影响,包括出厂的不一致性,包括温度、湿度不一致性,导致衰减的曲线不一样。使得储能系统在运行之后还能达到一定的容量,也是非常大的挑战。我们有一些独特的算法,像新投入的电站都会做异常电芯一次性的衰减,把异常电芯筛选出来。BMS均衡技术提到了三大方面,核心技术,第一个就是电芯级的SOC的精度,大部分的精度都是根据电芯的电压做整体的均衡,但电压有一个不确定性,一充电电压会虚高,一放点电压会虚低。第二个,它的电芯的健康程度,也就是衰减度的判定,这个对于十年周期的运维,哪些电芯需要更换等等这是非常重要的参数。包括目前系统均衡的策略制定,现在大部分的BMS只是在PAD内部的均衡,现在要做到跨PAD之间的均衡,都要做到保证容量循环寿命策略的制定,这三种技术是对BMS来说非常关键的技术。

这是我们实在的在西藏嘉天羊易光伏电站BMS的运行数据,实现电芯的均衡策略,是通过电芯的电压,电芯的温度,电芯估算的SOC等,右图是时时指出哪些电芯过充了,那些电芯过放了,需要额外的进行均衡的补充。像BMS,SOC的计算精度能够达到3%,业界的水平正常是5%左右。这种精度对于均衡的策略,对于SOH估算是非常重要的关键技术。

关键技术四,多级并联的技术。首先PCS并网的话,它的灵活性非常不够,同时它不能以一个电压源的形式支撑整体的电网。怎么样减少共模干扰对电池管理系统,甚至对PCS本身系统的作用,是这个PCS非常大的挑战。共模干扰一大,BMS上传的数据会非常不正确,像这种多级并联技术在大规模储能当中必不可少的。我们在西藏羊易当中攻克了一些PCS大规模并联技术的难题,已经达到了18台PCS并网运行,而且是没有任何通讯设施的,18台PCS可为电网提供瞬间的调频。这种技术的实现,我们认为为替代传统的畜能打下了基础。

关键技术五,PCS的无缝切换技术。PCS可以以V/F的形式并网运行,给电网提供一次调频、调压等电力辅助服务。

关键技术六,智能化能源管控系统EMS系统,在智能的大脑中对于微电网群的控制是必不可少的。在调度,从分钟级的调度,小时的调度等等,时时计划等等,计算出不同的策略,这是非常重要的关键技术。同时我们在不断的策略研发当中,也要让EMS系统根据历史的数据,不断去学习优化它自身存在的策略,也是今后发展的一个方向。

西藏羊易光伏电站的储能系统EMS有几个接口,一个是关于BMS的数据接口。第二个接口,光伏系统,第三个它的调度指令。通过这三个接口,EMS收集到数据之后,通过内部的智能算法,可以尽量最优化调度,哪些储能系统在运行,哪些系统运行在PQ系统等等,这一系列都是在EMS里面自动形成的。这是未来能源革命提出的一个新的要求,也就是大规模光伏+储能的协调控制。现在正常的调度机构都是要24小时提前上报它的调度计划。如果说光伏系统现在有预设功能,但预设精度并不是特别高,大概在85%左右,并且不能依靠调度的指令进行控制,加上储能系统之后完完全全是两回事,新能源+储能可以提前24小时,调节性能正常的火电性能在15分钟要进行调节到位,我可以瞬时调节到位,或者调节性能远远好于化石能源的调节性能。所以它可调节性是替代传统能源的技术指标。羊易光伏电站目前参照的火电机组提前24小时上报的方式,向调度上报曲线,而且根据调度的时时指令控制光储一体。

第八个关键技术,微电网形成之后,它的微电网及微电网群的控制。区域内部,通过区域能量交易平台进行能量交互,维持电压和频率的稳定,通过井架机制实现能源优化利用。我们认为未来的发展趋势是微电网集群,由此衍生出来像虚拟电厂,云端大数据调度平台等将会成为EMS一个大的发展趋势。

第九个关键技术,区域能源管理平台,实现区域自治。区域能源管理平台可实现对多个微电网的运行控制,建立多微电网间的竞价机制,旨在提高电力系统的稳定性,提高用能的经济性,提高可再生能源比例,实现电力交易和能源交易。未来将会把供暖、供冷和供电等多样能源的转换,通过各种储能技术,利用能源最优调配进行EMS来实现。

我们认为储能行业目前是处于整体的爆发期,而且是一个市场规模超过千亿的,一个现金流较好,没有补贴拖欠的,而且技术门槛较高的行业。未来一段时间,我们判断储能行业会形成若干个大型的储能公司,资源逐步会向优势企业集中。全球储能市场有望突破万亿级,我们也在这个储能当中有信心奏响推动能源变革的最强音。

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