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MW級(jí)集裝箱式電池儲(chǔ)能技術(shù):創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)能源未來(lái)

 更新日期:2024-07-09 點(diǎn)擊量:211

摘要】摘要:MW級(jí)集裝箱式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)(CBESS)是未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展的重要支持,能夠有效提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和電能質(zhì)量。綜述了MW級(jí)集裝箱式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀,詳細(xì)介紹了MW級(jí)集裝箱式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的相關(guān)概念和工作原理,全面闡述了MW級(jí)集裝箱式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)、應(yīng)用等方面的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),深入探討其發(fā)展前景和研究方向。

【關(guān)鍵詞】MW級(jí)集裝箱式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)(CBESS);集裝箱;智能電網(wǎng);鋰電池

0引言

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外MW級(jí)電池儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展迅速,集裝箱式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)具有容量高、可靠性強(qiáng)、靈活性高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),在電網(wǎng)系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用前景。鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)

相對(duì)其他儲(chǔ)能電池較成熟,上下游產(chǎn)業(yè)鏈配套完善,成本下降空間較大;同時(shí),我國(guó)電力系統(tǒng)正處于用電高峰期供電緊張、輸配電容量利用率低、有功無(wú)功儲(chǔ)備短缺以及輸電效率低的狀況中。用戶側(cè)也對(duì)負(fù)荷側(cè)電能質(zhì)量提出了更高的要求。這些問(wèn)題都加速了儲(chǔ)能技術(shù)的快速發(fā)展。

儲(chǔ)能技術(shù)成為發(fā)展和建設(shè)智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一,其具有改善電網(wǎng)的低能質(zhì)量,加大可再生能源的利用率。隨著新一代鋰電池材料的迅速發(fā)展,以及電池技術(shù)的進(jìn)一步提高,使得鋰電池在儲(chǔ)能方面的應(yīng)用有廣泛的空間。集裝箱式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)具有技術(shù)成熟、大容量、可移動(dòng)、可靠性高、無(wú)污染、噪音低、適應(yīng)性強(qiáng)、可擴(kuò)充、便于安裝等優(yōu)點(diǎn),所以集裝箱儲(chǔ)能系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)的儲(chǔ)能電源,是未來(lái)儲(chǔ)能的發(fā)展方向。

1.概念

MW級(jí)集裝箱式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)是以磷酸鐵鋰電池為能量載體,通過(guò)PCS進(jìn)行充放電,實(shí)現(xiàn)與電力系統(tǒng)的多種能量交換,并可接入多種供電模式,如光伏陣列、風(fēng)能、柴油發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)等儲(chǔ)能系統(tǒng)。儲(chǔ)能系統(tǒng)的輸出可以上電并網(wǎng)、供應(yīng)各種負(fù)載設(shè)備以及電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)等。

分布式電源如柴油發(fā)電機(jī)、光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)等相對(duì)分散地接入低壓交流母線,然后通過(guò)升壓變壓器接入10kV或者更高電壓等級(jí)的電網(wǎng),如圖1所示。微電網(wǎng)的主電源是儲(chǔ)能系統(tǒng)或柴油發(fā)電機(jī)時(shí),微電網(wǎng)有兩種運(yùn)行模式,作為系統(tǒng)電壓或調(diào)頻參考:

(1)風(fēng)儲(chǔ)運(yùn)行模式:儲(chǔ)能電池系統(tǒng)通過(guò)恒頻、恒壓(V/F)控制策略,保持微電網(wǎng)系統(tǒng)電壓和頻率的穩(wěn)定性。此種模式運(yùn)行情況下,柴油發(fā)電機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài),風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)一般采用*大輸出功跟蹤控制策略,當(dāng)風(fēng)能輸出功率大于負(fù)荷消耗功率,并且儲(chǔ)能電池系統(tǒng)的荷電狀態(tài)(SOC)較高時(shí),也需要運(yùn)行在限功率狀態(tài)中。

(2)風(fēng)柴儲(chǔ)運(yùn)行模式:柴油發(fā)電機(jī)(通過(guò)勵(lì)磁和調(diào)速控制)或風(fēng)能發(fā)電機(jī),建立微電網(wǎng)系統(tǒng)電壓和頻率參考,儲(chǔ)能電池系統(tǒng)采用恒功率控制(PQ)策略,通過(guò)接收后臺(tái)控制系統(tǒng)指令,接收對(duì)儲(chǔ)能電池系統(tǒng)充/放電命。

2.設(shè)計(jì)

MW級(jí)集裝箱式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)包含鋰電池組、電池管理系統(tǒng)、能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等設(shè)備。其中技術(shù)核心是電池組、電池簇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電池系統(tǒng)熱設(shè)計(jì)、電池系統(tǒng)的保護(hù)技術(shù)、電池管理系統(tǒng)等。

MW級(jí)集裝箱儲(chǔ)能系統(tǒng)由電池系統(tǒng)和能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)組成,電池系統(tǒng)含有磷酸鐵鋰電池模塊、電池管理系統(tǒng)和作為直流短路保護(hù)和電路隔離熔斷開(kāi)關(guān),所有的設(shè)備集中安裝在集裝箱內(nèi)。為滿足容量輸出要求,若干個(gè)電池模塊連接成一個(gè)電池簇,電池系統(tǒng)中的每一個(gè)電池簇的直流輸出,連接到能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng),將DC-AC和AC-DC(雙向),并控制功率。

圖2為MW級(jí)集裝箱儲(chǔ)能系統(tǒng)的主要組成拓?fù)鋱D。

MW級(jí)集裝箱式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)完成新能源接入,并網(wǎng)控制、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程傳輸、無(wú)人值守等功能,與傳統(tǒng)的儲(chǔ)能電站相比,具有安裝調(diào)試簡(jiǎn)單、外形美觀等特點(diǎn),特別適用于高海拔、嚴(yán)寒、島嶼、荒漠等復(fù)雜環(huán)境的并網(wǎng)或離網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用需求。

3.結(jié)構(gòu)

MW級(jí)集裝箱式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)是以40尺標(biāo)準(zhǔn)集裝箱為載體,內(nèi)置兩臺(tái)250kW儲(chǔ)能能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng),將1MWh鋰電池系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)、儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、配電系統(tǒng)集中裝在一個(gè)特制的箱體內(nèi),以實(shí)現(xiàn)高集成度、大容量、可移動(dòng)的儲(chǔ)能設(shè)備,具有隔熱、恒溫、消防阻燃、防風(fēng)沙等特點(diǎn),滿足各種環(huán)境使用。

MW級(jí)集裝箱式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)部包含電池系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)、能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)等。

如圖3所示:黑色部分為電池室中有6個(gè)電池簇并聯(lián),灰色部分為能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)和控制系統(tǒng),紫色部分為風(fēng)道。圖4為集裝箱電池系統(tǒng)內(nèi)部圖。

4.優(yōu)勢(shì)

本文設(shè)計(jì)的MW級(jí)集裝箱式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)有可移動(dòng)、靈活性強(qiáng)、可擴(kuò)充、可拆卸等功能,不論從商業(yè)角度還是在技術(shù)角度都具有一定的實(shí)用價(jià)值,此外,在軍事領(lǐng)域和環(huán)境適應(yīng)性

方面都具有優(yōu)勢(shì)。其主要特點(diǎn)有以下幾面:

4.1模塊化設(shè)計(jì):

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織是標(biāo)準(zhǔn)的尺寸,允許遠(yuǎn)洋運(yùn)輸和公路運(yùn)輸方便。它們可以懸掛在高架起重機(jī)上,船上,卡車(chē)和臨時(shí)用地。

4.2堅(jiān)固耐用的設(shè)計(jì):

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織在運(yùn)輸過(guò)程中保護(hù)貨物,并將在能源儲(chǔ)存系統(tǒng)的生命期內(nèi)提供良好的保護(hù),免受天氣、運(yùn)輸及其他環(huán)境的侵害。

4.3可移動(dòng)性設(shè)計(jì):

綜合比較其他儲(chǔ)能電池,鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于質(zhì)量與體積,可移動(dòng)性強(qiáng),不受地域限制。

4.4靈活的基礎(chǔ)設(shè)計(jì):

集裝箱是很容易適用任何所需的選擇。這包括空調(diào),光伏,風(fēng)機(jī),通道門(mén),電力電纜接入和其他等設(shè)備的接入。

5.應(yīng)用

以1MWh儲(chǔ)能系統(tǒng)作為一個(gè)單元,具有廣泛的適用性,可以通過(guò)多個(gè)單元并聯(lián)組合擴(kuò)充容量,具有較好的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),也可接入新能源或作為智能電網(wǎng)的分布式電源接入電網(wǎng)。

5.1新能源接入

由于風(fēng)能與太陽(yáng)能等新能源的特點(diǎn)是隨機(jī)性強(qiáng)、間歇性高,出力變化快,新能源直接并網(wǎng),特別是大容量的接入電網(wǎng),會(huì)對(duì)電網(wǎng)的調(diào)度和控制產(chǎn)生一定的影響,甚至?xí)蓴_電網(wǎng)的穩(wěn)定性。通過(guò)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)與可再生新能源聯(lián)合應(yīng)用,將隨機(jī)變化的輸出功率轉(zhuǎn)換為相對(duì)穩(wěn)定的輸出,保證了電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

5.2備用電源

在偏遠(yuǎn)地區(qū)、供電可靠性差或者有重要負(fù)荷的地區(qū),MW級(jí)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可作為備用電源,為發(fā)生故障的電網(wǎng)系統(tǒng)或者需要檢修時(shí)配電系統(tǒng)提供電源。MW級(jí)集裝箱式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠運(yùn)到一個(gè)地區(qū)并提供本地化的電力來(lái)源。當(dāng)惡劣氣候損壞公用電網(wǎng)系統(tǒng),可用于緊急救援;或可用于尚未連接到電網(wǎng)的地區(qū)。MW級(jí)集裝箱式儲(chǔ)能系統(tǒng)可以并入電網(wǎng)進(jìn)行充電,也可配置新能源接入進(jìn)行儲(chǔ)能電能補(bǔ)給。

5.3微電網(wǎng)

微電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí),分布式能源和用戶負(fù)荷的隨機(jī)性很大,很難保證發(fā)電用電的實(shí)時(shí)平衡,導(dǎo)致頻率波動(dòng)范圍大,電壓波動(dòng)劇烈。大容量、高效的電池儲(chǔ)能技術(shù)可以抑制外部電網(wǎng)的干擾,保證局部用戶的電能質(zhì)量,并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

5.4電能質(zhì)量

MW級(jí)集裝箱電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可連接到電網(wǎng),從而提供快速響應(yīng)頻率調(diào)節(jié)電網(wǎng)的效用。

(1)可再生平滑:可用于風(fēng)力農(nóng)場(chǎng)和大型太陽(yáng)能光伏陣列連接平滑輸出這些可再生能源系統(tǒng)。

(2)遠(yuǎn)程軍事行動(dòng):可用于遠(yuǎn)程軍事行動(dòng)沒(méi)有接入公用電網(wǎng)提供電力。MW級(jí)集裝箱式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可以為照明,通信和各種軍事電子硬件提供電力??梢苿?dòng)性還可以提高使用的靈活性,拓展新的市場(chǎng)商業(yè)模式,如短期可租賃性、臨時(shí)增容、在建工程用電等,具有比較的發(fā)展空間

(3)其他:大容量電池儲(chǔ)能技術(shù)還可以用于提高配網(wǎng)電能質(zhì)量。通過(guò)換流器提供動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償,提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性,應(yīng)對(duì)電壓跌落問(wèn)題;為系統(tǒng)提供備用、調(diào)峰、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器等。

6.Acrel-2000ES儲(chǔ)能柜能量管理系統(tǒng)

6.1系統(tǒng)概述

安科瑞儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)Acrel-2000ES,專(zhuān)門(mén)針對(duì)工商業(yè)儲(chǔ)能柜、儲(chǔ)能集裝箱研發(fā)的一款儲(chǔ)能EMS,具有完善的儲(chǔ)能監(jiān)控與管理功能,涵蓋了儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)備(PCS、BMS、電表、消防、空調(diào)等)的詳細(xì)信息,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢(xún)與分析、可視化監(jiān)控、報(bào)警管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等功能。在高級(jí)應(yīng)用上支持能量調(diào)度,具備計(jì)劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等控制功能。

6.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Acrel-2000ES,可通過(guò)直采或者通過(guò)通訊管理或串口服務(wù)器將儲(chǔ)能柜或者儲(chǔ)能集裝箱內(nèi)部的設(shè)備接入系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下:

6.3系統(tǒng)功能

6.3.1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)人機(jī)界面友好,能夠顯示儲(chǔ)能柜的運(yùn)行狀態(tài),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)PCS、BMS以及環(huán)境參數(shù)信息,如電參量、溫度、濕度等。實(shí)時(shí)顯示有關(guān)故障、告警、收益等信息。

6.3.2設(shè)備監(jiān)控

系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)PCS、BMS、電表、空調(diào)、消防、除濕機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行模式。

PSC數(shù)據(jù)PCS數(shù)據(jù)-電網(wǎng)

PCS數(shù)據(jù)-交流PCS數(shù)據(jù)-直流PCS數(shù)據(jù)-狀態(tài)

PCS監(jiān)控:滿足儲(chǔ)能變流器的參數(shù)與限值設(shè)置;運(yùn)行模式設(shè)置;實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能變流器交直流側(cè)電壓、電流、功率及充放電量參數(shù)的采集與展示;實(shí)現(xiàn)PCS通訊狀態(tài)、啟停狀態(tài)、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、異常告警等狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

BMS數(shù)據(jù)BMS數(shù)據(jù)-電池

BMS監(jiān)控:滿足電池管理系統(tǒng)的參數(shù)與限值設(shè)置;實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電池的電芯、電池簇的溫度、電壓、電流的監(jiān)測(cè);實(shí)現(xiàn)電池充放電狀態(tài)、電壓、電流及溫度異常狀態(tài)的告警。

電表數(shù)據(jù)空調(diào)數(shù)據(jù)

空調(diào)監(jiān)控:滿足環(huán)境溫度的監(jiān)測(cè),可根據(jù)設(shè)置的閾值進(jìn)行空調(diào)溫度的聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié),并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)及溫濕度數(shù)據(jù),以曲線形式進(jìn)行展示。

消防照明UPS數(shù)據(jù)

UPS監(jiān)控:滿足UPS的運(yùn)行狀態(tài)及相關(guān)電參量監(jiān)測(cè)。

6.3.3曲線報(bào)表

系統(tǒng)能夠?qū)CS充放電功率曲線、SOC變換曲線、及電壓、電流、溫度等歷史曲線的查詢(xún)與展示。

曲線報(bào)表SOC曲線

6.3.4策略配置

滿足儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)的配置、電價(jià)參數(shù)與時(shí)段的設(shè)置、控制策略的選擇。目前支持的控制策略包含計(jì)劃曲線、削峰填谷、需量控制等。

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6.3.5實(shí)時(shí)報(bào)警

儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)告警功能,系統(tǒng)能夠?qū)?chǔ)能充放電越限、溫度越限、設(shè)備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。

6.3.6事件查詢(xún)統(tǒng)計(jì)

儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)能夠?qū)b信變位,溫濕度、電壓越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理,方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯,查詢(xún)統(tǒng)計(jì)、事故分析。

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6.3.7遙控操作

可以通過(guò)每個(gè)設(shè)備下面的紅色按鈕對(duì)PCS、風(fēng)機(jī)、除濕機(jī)、空調(diào)控制器、照明等設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的控制,但是當(dāng)設(shè)備未通信上時(shí),控制按鈕會(huì)顯示無(wú)效狀態(tài)。

6.3.8用戶權(quán)限管理

儲(chǔ)能能量管理系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過(guò)用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作(如遙控的操作,數(shù)據(jù)庫(kù)修改等)。可以定義不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限,為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

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7結(jié)束語(yǔ)

本文詳細(xì)介紹了MW級(jí)集裝箱式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的概念、結(jié)構(gòu)、核心技術(shù)以及應(yīng)用方向,其在電網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用還處于不斷發(fā)展階段,要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模規(guī)范化的應(yīng)用,需要解決成本、政策、環(huán)境等非技術(shù)和儲(chǔ)能技術(shù)等一系列相關(guān)問(wèn)題。

MW級(jí)集裝箱式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)具有容量大、可靠性高、技術(shù)成熟、環(huán)保、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、安裝簡(jiǎn)便、可擴(kuò)充性高等特點(diǎn),因此MW級(jí)集裝箱式儲(chǔ)能系統(tǒng)是未來(lái)儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)

[1]游峰,錢(qián)艷婷,梁嘉,孫洋洲.MW級(jí)集裝箱式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)研究

[2]張文亮,丘明,來(lái)小康.儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù),2008,32(7):

[3] 企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版.