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核心提示：當(dāng)前，我國新型儲(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)相繼涌現(xiàn)，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)熱度的持續(xù)升溫。
日前，我國首個(gè)移動(dòng)式大容量全場景電池儲(chǔ)能站——南方電網(wǎng)河北保定電池儲(chǔ)能站投入商業(yè)運(yùn)行。該儲(chǔ)能站位于保定國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)，功率6兆瓦，容量超過7.2兆瓦時(shí)，轉(zhuǎn)換效率達(dá)到98%。該儲(chǔ)能站的投運(yùn)標(biāo)志著我國高壓級(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)用場景固定限制的難題。
此前，我國電池儲(chǔ)能站主要采用低壓380伏儲(chǔ)能系統(tǒng)，經(jīng)變壓器升壓至10千伏后并入電網(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)�，將電池組通過模塊級(jí)聯(lián)方式直接接入10千伏高壓交流系統(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�，成為我國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)我國電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域三個(gè)“首次”
“十四五”時(shí)期是我國新型儲(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)模化發(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)能站應(yīng)用場景不斷豐富，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、高壓級(jí)聯(lián)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人陳滿介紹。該儲(chǔ)能站不僅實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能高效率的目標(biāo)，還豐富了移動(dòng)式大容量儲(chǔ)能站作為“有源式”并網(wǎng)測試平臺(tái)等應(yīng)用場景。
“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。
南方電網(wǎng)河北保定電池儲(chǔ)能站的示范建設(shè)還實(shí)現(xiàn)了我國電化學(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)遇到的最為棘手問題。
“一方面，如何在有限的空間內(nèi)將電池、變流器、控制柜等設(shè)備高效的排列，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，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、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)專家李勇琦說。
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，首次將儲(chǔ)能站大容量和可移動(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)能站做了簇間熱阻隔設(shè)計(jì)，延長了‘事后’救援緩沖時(shí)間。”李勇琦表示，這相當(dāng)于在船與船之間加上阻燃板，可最大程度避免出現(xiàn)“火燒連環(huán)船”的情景，為延長電池?zé)崾Э鼐仍畷r(shí)間提出了新的方向。
大面積停電后的系統(tǒng)自恢復(fù)通俗地稱為黑啟動(dòng)。針對(duì)儲(chǔ)能站黑啟動(dòng)要求儲(chǔ)能系統(tǒng)具有離網(wǎng)運(yùn)行模式，且具備零起升壓、二次調(diào)頻調(diào)壓、頻率范圍控制等能力，對(duì)儲(chǔ)能變流器要求較高的特點(diǎn)，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)用于各電化學(xué)儲(chǔ)能場景
“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)用于各電化學(xué)儲(chǔ)能場景。”陳滿說。
在電源側(cè)，該儲(chǔ)能站可平滑新能源出力波動(dòng)，提供備用容量；在電網(wǎng)側(cè)，該儲(chǔ)能站可改善輸配電網(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)，該儲(chǔ)能站能夠有效調(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，該儲(chǔ)能站還可以作為儲(chǔ)能產(chǎn)品并網(wǎng)的性能測試平臺(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)，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)公司大力推動(dòng)科技項(xiàng)目“揭榜制”“掛帥制”落地實(shí)施，面向國家重大科研需求、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)�；瘧�(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究”是首批科技項(xiàng)目“揭榜制”“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。項(xiàng)目研究工作已發(fā)表論文9篇、完成各類專利受理授權(quán)30余項(xiàng)，下一步將實(shí)現(xiàn)更大容量的高壓級(jí)聯(lián)，推廣升級(jí)前景十分廣闊。
當(dāng)前，我國新型儲(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)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3000萬千瓦以上，年均增長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。
此前，我國電池儲(chǔ)能站主要采用低壓380伏儲(chǔ)能系統(tǒng)，經(jīng)變壓器升壓至10千伏后并入電網(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)�，將電池組通過模塊級(jí)聯(lián)方式直接接入10千伏高壓交流系統(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�，成為我國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)我國電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域三個(gè)“首次”
“十四五”時(shí)期是我國新型儲(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)模化發(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)能站應(yīng)用場景不斷豐富，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、高壓級(jí)聯(lián)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人陳滿介紹。該儲(chǔ)能站不僅實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能高效率的目標(biāo)，還豐富了移動(dòng)式大容量儲(chǔ)能站作為“有源式”并網(wǎng)測試平臺(tái)等應(yīng)用場景。
“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。
南方電網(wǎng)河北保定電池儲(chǔ)能站的示范建設(shè)還實(shí)現(xiàn)了我國電化學(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)遇到的最為棘手問題。
“一方面，如何在有限的空間內(nèi)將電池、變流器、控制柜等設(shè)備高效的排列，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，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、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)專家李勇琦說。
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，首次將儲(chǔ)能站大容量和可移動(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)能站做了簇間熱阻隔設(shè)計(jì)，延長了‘事后’救援緩沖時(shí)間。”李勇琦表示，這相當(dāng)于在船與船之間加上阻燃板，可最大程度避免出現(xiàn)“火燒連環(huán)船”的情景，為延長電池?zé)崾Э鼐仍畷r(shí)間提出了新的方向。
大面積停電后的系統(tǒng)自恢復(fù)通俗地稱為黑啟動(dòng)。針對(duì)儲(chǔ)能站黑啟動(dòng)要求儲(chǔ)能系統(tǒng)具有離網(wǎng)運(yùn)行模式，且具備零起升壓、二次調(diào)頻調(diào)壓、頻率范圍控制等能力，對(duì)儲(chǔ)能變流器要求較高的特點(diǎn)，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)用于各電化學(xué)儲(chǔ)能場景
“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)用于各電化學(xué)儲(chǔ)能場景。”陳滿說。
在電源側(cè)，該儲(chǔ)能站可平滑新能源出力波動(dòng)，提供備用容量；在電網(wǎng)側(cè)，該儲(chǔ)能站可改善輸配電網(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)，該儲(chǔ)能站能夠有效調(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，該儲(chǔ)能站還可以作為儲(chǔ)能產(chǎn)品并網(wǎng)的性能測試平臺(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)，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)公司大力推動(dòng)科技項(xiàng)目“揭榜制”“掛帥制”落地實(shí)施，面向國家重大科研需求、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)�；瘧�(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究”是首批科技項(xiàng)目“揭榜制”“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。項(xiàng)目研究工作已發(fā)表論文9篇、完成各類專利受理授權(quán)30余項(xiàng)，下一步將實(shí)現(xiàn)更大容量的高壓級(jí)聯(lián)，推廣升級(jí)前景十分廣闊。
當(dāng)前，我國新型儲(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)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3000萬千瓦以上，年均增長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。
