光伏直流側(cè)分布式儲能技術(shù)開發(fā)與示范

:能源行業(yè)在轉(zhuǎn)型，華能集團也是如此，從傳統(tǒng)的燃煤發(fā)電為主，逐漸往清潔能源發(fā)電方向過渡。在這個過渡的過程當中，隨著清潔能源發(fā)電比例的增加，對電網(wǎng)會產(chǎn)生一定的影響。所以，針對提高電力系統(tǒng)的效率、安全性和可靠性問題，需要對可再生能源發(fā)電配備儲能系統(tǒng)。中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院朱勇博士在第一屆北極星“光伏+”研討會上作了重要講話。一起光伏APP將對大會進行全程直播。中國華能集團清潔能源技術(shù)研究院朱勇博士主題分享《光伏直流側(cè)分布式儲能技術(shù)開發(fā)與示范》。

朱勇：尊敬的周院士，謝謝主持人，謝謝主辦方給提供這么好的一個機會，來分享一下華能清潔能源技術(shù)研究院在儲能方面的一些研發(fā)和應(yīng)用。

今天主要介紹我們在光伏直流側(cè)進行的一個示范項目。大概介紹五個方面：

在介紹項目之前先介紹一下我們單位。華能集團大家可能比較熟悉，華能清能院是華能集團下面定位于清潔能源發(fā)電前沿技術(shù)的研究型公司，研究方向涵蓋所有的清潔能源發(fā)電技術(shù)，也包括傳統(tǒng)的燃煤發(fā)電技術(shù)等，研發(fā)的一些成果不僅為華能集團服務(wù)，同時也可為行業(yè)內(nèi)發(fā)展提供技術(shù)支持。

現(xiàn)在大家都知道，能源行業(yè)在進行轉(zhuǎn)型，像華能集團也是，從傳統(tǒng)的燃煤發(fā)電為主，逐漸往清潔能源發(fā)電方向過渡。在這個過渡的過程當中，隨著清潔能源發(fā)電量比例的增加，對電網(wǎng)會產(chǎn)生一定的影響，這個影響會有多方面的，所以我們就要想對策，為了解決電力系統(tǒng)的效率、安全性和可靠性，我們需要配儲能系統(tǒng)。像剛才主持人所說，儲能方案還不太成熟，尤其儲能商業(yè)化應(yīng)用的例子不太多，所以我就介紹一下這方面的經(jīng)驗。

先說一下我們?yōu)槭裁匆诠夥鋬δ?。這個圖是發(fā)改委能源研究所關(guān)于2050年電力能源的比例研究，這是其中某一天發(fā)電的情況，可以看到，中間比較多的是太陽能發(fā)電，大家也都知道，太陽能發(fā)電分兩種，光伏和光熱。從現(xiàn)在來看，是光伏為主，在這么大的光伏發(fā)電的比例下，對電網(wǎng)的影響，波動性會有很大的提升，大概從30%提升到60%，這個過程當中我們想到的對策是什么呢？配儲能。我們看今年三月份國家能源局出的一個指導(dǎo)意見，里面明確說了，要加快新型儲能技術(shù)的研發(fā)，把這些技術(shù)應(yīng)用到風電、光伏行業(yè)里面。同時看到這個指導(dǎo)意見里面還有一句話，要積極支持太陽能熱發(fā)電，我也是做了將近10年的太陽能熱發(fā)電的研究，想對比一下，現(xiàn)在光伏+儲能，可能光伏是3毛多錢成本，儲能方面，比如我們清能院技術(shù)可能做到八九毛的成本，如果把二者結(jié)合起來，跟現(xiàn)在的光熱相比其實并沒有太大成本的優(yōu)勢，只是我們光伏的體量是比較大的，市場是比較成熟的。隨著光熱技術(shù)示范電站的推廣，比如今年可能會有四個電站并網(wǎng)，光熱推廣可能會對我們光伏+儲能這個技術(shù)有一定的影響，在座同仁如果說做光伏+儲能的話，可能現(xiàn)在得抓緊時間了，因為光熱的力量還是很大的。

先介紹第一點，我們?yōu)槭裁匆鰞δ埽織夛L、棄光比較多，這有一個棄光率超過50%的光伏例子，是西北地區(qū)的一個光伏電站。在看到這么高的棄光量的時候，我們想在這個電站上面做一些儲能方面的應(yīng)用。

整個應(yīng)用的流程是這樣的，開始提出了一種直流側(cè)分布式的接入技術(shù)，這個接入技術(shù)主要是在光伏直流側(cè)方面，不涉及到與交流的轉(zhuǎn)換。在這個技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)專用的控制器，包括自動運行控制器和云端存儲器，就是一邊控制系統(tǒng)運行，一邊把它的數(shù)據(jù)采集并存儲在云端，可以在北京的實驗室里面監(jiān)控現(xiàn)場的運行情況。在設(shè)備開發(fā)完以后做了一些模擬，就是把儲能配到光伏電站上面，究竟是怎么樣的運行邏輯，怎么樣一個運行的狀況。然后在共和光伏電站做了一個小型的示范，是一個50千瓦時的系統(tǒng)，這個示范運行可行了以后，我們又在格爾木推了一個3.5兆瓦時的示范項目。這是當時的一個研發(fā)里程，現(xiàn)在這個示范項目已經(jīng)跟當?shù)氐墓夥娬就瓿闪私唤?，現(xiàn)在運行的狀況不錯。

這個項目有幾個小的創(chuàng)新點：

第一個，提出分布式直流側(cè)的接入技術(shù)。因為我們是想在直流側(cè)接入，在光伏陣列上直接接上去，這樣就直接接到直流線上面，不需要進行直流和交流間的轉(zhuǎn)換，可以提高效率；可以省掉一些設(shè)備的投入，這樣的話可以降低一些成本；還有一個好處，就是我們在電站里面來干這個事，不需要到電網(wǎng)進行報批，因為我們并不超過電站原有的出線容量，所以也就不需要在電網(wǎng)做備案了，省掉了很多程序。

第二個，開發(fā)一個專用的控制器，逆變器設(shè)備型號比較多，我們開發(fā)的這個控制器是不挑設(shè)備的，直接裝上就可以使用，而且解決了對MPPT的干擾問題，右上角的曲線就是我們運行的時候?qū)﹄娏φ{(diào)度的跟蹤情況，最上面那個黑色的是電力調(diào)度的曲線，紅色的是我們配了儲能以后陣列的出力情況，下面藍色的是跟它做對比的一個出力情況。對比怎么對比？我們在于一個陣列上面分兩部分，一部分配儲能，一部分不配儲能，就這樣做對比。

第三個，就是我們在格爾木建設(shè)的示范項目，應(yīng)該是國內(nèi)最大直流側(cè)分布式接入儲能系統(tǒng)，容量是3.5兆瓦時，它的儲能效率大概是90%左右，待會兒我會介紹一下。

這是當時2017年運行的情況，像剛才的圖一樣，對電網(wǎng)的調(diào)度跟蹤還是比較完好的，紅線跟藍線的重合度還是比較高的，這是今年4月份某一天的運行情況，當時請第三方權(quán)威的南德認證檢測機構(gòu)來做的認證，他們當時在現(xiàn)場給測試的，測試以后發(fā)現(xiàn)，我們裝有磷酸鐵鋰電池的集裝箱系統(tǒng)，當天的充放電算下來以后，充放電效率是95.77%。大家在說效率的時候，可能很多前提都沒有說，比如說我從多少充到多少，充放的時候有沒有昨天充的電存在里面，今天放出來。所以我們當時測的時候，把前一天的全部放掉，當天充的時候是5%左右的SOC，放的時候也是放到5%左右，兩個的相差是很小的，最后算出來的它的充放電效率是95.77%。

這個是鉛炭電池系統(tǒng)，因為我們在格爾木那邊有四個集裝箱，用了兩種電池，當時也是做了對比，我們這個鉛炭電池系統(tǒng)的充放電效率要稍微低一些，87.42%，但也是比較好的。因為我們?nèi)A能之前收購了一個電池儲能電站，我拿到他們前兩年的運行數(shù)據(jù)我算了一下，整個效率是80.88%，所以我們這個儲能系統(tǒng)，如果把交直流變換和一些損失加進去的話，也是會比那個電站要好一些的。

這個是今年2月份的一個運行情況。

我們的技術(shù)跟目前國內(nèi)外的技術(shù)相比有這么幾個突出的地方。我們是用直流側(cè)分布式接入技術(shù)，這樣的話減少了一些變換的過程，提高效率，效率大概在90%，還可以更高一點，成本降的比較低，現(xiàn)在在六七毛、七八毛左右，而且不挑設(shè)備，有利于商業(yè)化的應(yīng)用。這是獲得的國際儲能創(chuàng)新大賽的創(chuàng)新典范獎，連續(xù)兩年，2017年、2018年都獲得了。

這個示范的容量是3.5兆瓦時，因為示范效果挺好，光伏電站方想做二期，我們就做了5兆瓦時的案例分析。當時算的時候這個電價是按照1塊錢來算的，其實他們的電站電價是1.15元，按我們現(xiàn)在的技術(shù)，如果按照1塊錢的上網(wǎng)電價，按照4千次的充放電次數(shù)，5兆瓦時容量的儲能系統(tǒng)的收益還是很可觀的。我們這里邊有一個電費收益135萬元，光伏電站凈得13.5萬元，這是我們想的一個商業(yè)模式。因為我們?nèi)A能清能院是一個研究型單位，在商業(yè)運行的過程當中，可能需要電池廠商或者投資方來一塊合作，這樣就涉及到一個利益的分成。

這是市場前景情況，我們把從2010年—2015年的上網(wǎng)電價統(tǒng)計了一下，9毛錢以上的，（其實現(xiàn)在看8毛錢以上都是可以有利潤的）大概是344萬千瓦時的容量，說明在光伏上應(yīng)用儲能技術(shù)的市場前景非常廣闊。

最后再說一個事情，就是安全問題，這是韓國一個電池儲能系統(tǒng)著火時候的照片，今年7月份剛著火的，12兆瓦時的儲能系統(tǒng)，大家可以看到，這個系統(tǒng)要燒的話就完全燒毀了，因為是沒法救火的，電池燃燒是不需要外界氧氣補充的，現(xiàn)在一般用集裝箱裝電池，密封了以后里面放上七氟丙烷，如果燃燒，七氟丙烷是能迅速把氧氣消耗掉，但是電池著火不需要外面氧氣的補充，氧化劑、還原劑都有的，直到燒凈了，安全問題可能就尤為凸出，尤為重要，所以說我們在這塊會的研究更加注重。

我們正在進行一些安全方面的研發(fā)，現(xiàn)在正在做樣機，主要可以把電池，不管充放電的時候溫度超溫，像實際電站當中我們設(shè)置的報警溫度是55度，不管怎么超溫，溫度只要有往上提升，我們就可以及時的把這個溫度帶出去。而且給了一定的裕度，如果超的特別厲害，我們也保證他不會燃燒，不像現(xiàn)在一些電池系統(tǒng)，超溫后有燃燒的危險性，而且還可以把旁邊所有的電池點燃了，我們現(xiàn)在正在測試，測試的時候，即使某塊電池超溫了，也只是這一小部分會有問題，我們會及時的把它識別并剔除出來，不會影響到周邊電池系統(tǒng)的安全。而且這個做好了以后對電池系統(tǒng)的效率有好的提升，因為如果把多余的熱量都帶出去，就可以把整個電池系統(tǒng)的溫度做到均勻，提高一致性，對整個電池的壽命、效率有很大的提升。目前我們在北京的實驗室做這方面的測試，有感興趣的同仁們也歡迎到我們那去交流。