儲能中國網(wǎng)獲悉，近日，中國電力企業(yè)聯(lián)合會發(fā)布了24個電化學(xué)儲能行業(yè)創(chuàng)新與應(yīng)用典型案例，旨在進(jìn)一步推動行業(yè)安全高質(zhì)量發(fā)展，發(fā)掘總結(jié)并交流推廣成功經(jīng)驗和有益做法，發(fā)揮典型引領(lǐng)作用。典型案例——“中廣核湖北公安100MW/200MWh集中式儲能電站”。

　　中廣核湖北公安100MW/200MWh集中式儲能電站

　　中廣核新能源投資(深圳)有限公司湖北分公司

　　一、項目簡介

　　2021年7月，湖北省能源局發(fā)布《湖北省能源局關(guān)于2021年平價新能源項目開發(fā)建設(shè)有關(guān)事項的通知》。文件指出，優(yōu)先支持風(fēng)光火互補(bǔ)項目、風(fēng)光儲項目建設(shè)。2022年，中廣核新能源投資(深圳)有限公司湖北分公司(簡稱“新能源公司”)已在湖北省獲得累計裝機(jī)容量指標(biāo)480MW，按照通知要求需配套建設(shè)100MW/200MWh集中式(共享式)儲能電站。

　　中廣核湖北公安100MW/200MWh集中式儲能電站項目位于荊州市公安縣青吉工業(yè)園智能制造產(chǎn)業(yè)園，建設(shè)用地40畝，投資4.7億元，是中廣核集團(tuán)首個大規(guī)模共享式儲能電站項目。全站使用100臺1MW/2MWh儲能電池艙和500臺200kW智能組串式PCS，以五回集電線路接入升壓站35kV母線，通過2臺額定容量分別為40MVA和60MVA的110kV三相雙繞組主變壓器升壓后，以1回110kV線路接入國家電網(wǎng)公司220kV油江變電站，線路全長9km，其中電纜線路長度為0.587km。項目于2022年9月開工建設(shè)，2022年12月底建成投運(yùn)，2023年7月全容量并網(wǎng)運(yùn)行。

　　本項目年充放電量為2.78億kWh，在地方電力系統(tǒng)中發(fā)揮頂峰、調(diào)峰、調(diào)頻、爬坡、黑啟動等多種作用，將極大地提升湖北省荊州地區(qū)電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力，進(jìn)一步提高電網(wǎng)供電保障能力和電能質(zhì)量，促進(jìn)荊州地區(qū)風(fēng)光新能源消納，助力國家碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

　　二、解決方案

　　本項目通過對儲能系統(tǒng)快速均衡技術(shù)(“一包一優(yōu)化”“一簇一管理”方案)、溫控技術(shù)、模塊化設(shè)計、基于大數(shù)據(jù)智能內(nèi)短路檢測技術(shù)等方面的研究及應(yīng)用，形成一套高可靠性、高智能化、高安全性、長壽命的儲能方案，具體方案如下：

　　1.電池模組級充放電管理技術(shù)(“一包一優(yōu)化”)

　　儲能電池系統(tǒng)中，多個電池單體串聯(lián)成一個電池模組，多個電池模組串聯(lián)構(gòu)成一個電池簇。然而，由于出廠電池初始容量、電池內(nèi)阻、系統(tǒng)配置的接觸電阻、運(yùn)行過程中電池衰減等方面存在差異，會造成每個電池包的SOC不同，最終導(dǎo)致電池模組間串聯(lián)失配(如圖1所示)。

　　圖1 多電池模組直接串聯(lián)示意圖

　　針對電池模組間的串聯(lián)失配，本項目采用“一包一優(yōu)化”技術(shù)，通過在電池模組內(nèi)集成電池模組優(yōu)化器設(shè)計，實(shí)現(xiàn)每個電池模組的單獨(dú)充放電管理(如圖2所示)。該技術(shù)可消除電池模組間容量差異、內(nèi)阻差異等原因?qū)е碌拇?lián)失配，可以通過提高電池模組容量的利用率進(jìn)而提高生命周期內(nèi)的充放電量。

　　圖2 “一包一優(yōu)化”技術(shù)原理示意圖

　　2.電池簇級充放電管理技術(shù)(“一簇一管理”)

　　傳統(tǒng)儲能系統(tǒng)方案，多采用多簇直接并聯(lián)方案，即多個電池簇直接接入同一直流母排(如圖3所示)。直接并聯(lián)后，各電池簇電壓被強(qiáng)制拉齊，然而各簇中電池模組內(nèi)阻不同、接觸電阻不同，這種差異會導(dǎo)致各電池簇電流不均流，甚至造成環(huán)流，即電池簇間的并聯(lián)失配。

　　圖3 多電池簇直接并聯(lián)示意圖

　　針對電池簇間的并聯(lián)失配，本項目采用“一簇一管理”技術(shù)(如圖4所示)，將每個電池簇接入簇管理單元再接入直流母排，實(shí)現(xiàn)電池簇虛擬并聯(lián)，避免直接并聯(lián)帶來的電池不一致性影響。通過智能單簇管理，簇間獨(dú)立運(yùn)行，消除簇間并聯(lián)失配，充分釋放每簇電池的最大潛力，顯著提升生命周期內(nèi)放電量。同時，電池簇管理單元輸出側(cè)電壓穩(wěn)定在同一水平，并聯(lián)后各簇間無電壓差，從根源上杜絕了環(huán)流的產(chǎn)生，進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的安全性。

　　圖4 “一簇一管理”技術(shù)原理示意圖

　　3.分布式溫控技術(shù)

　　(1)采用分布式精細(xì)化溫控設(shè)計(如圖5所示)，電池包采用仿生混風(fēng)設(shè)計，均化電池內(nèi)電芯間溫差，有效避免由于電芯串聯(lián)產(chǎn)生的木桶效應(yīng)，盡可能使衰減一致，提升電池包放電能力。

　　(2)采用多模型聯(lián)動智能溫控，部署“100+”傳感器，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)采集，通過智能算法篩選數(shù)據(jù)質(zhì)量，進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，從而確定最優(yōu)LCOS溫控策略。

　　(3)集裝箱內(nèi)使用分布式空調(diào)設(shè)計，每個電池簇獨(dú)立均勻散熱，減少簇間電池溫升差異，延緩電池衰減，保障儲能系統(tǒng)使用壽命。

　　圖5 儲能艙內(nèi)部空調(diào)及風(fēng)扇設(shè)計圖和風(fēng)道仿真模擬圖

　　4.模塊化組串式PCS(全系統(tǒng)模塊化設(shè)計)

　　PCS是電網(wǎng)與磷酸鐵鋰電池之間的紐帶，它實(shí)現(xiàn)了交流電網(wǎng)與直流電池之間的雙向能量傳遞，并監(jiān)測儲能變流器交流端、直流端的電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)，起到充電和電能回饋?zhàn)饔茫莾δ芟到y(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一。

　　本項目采用PCS模塊化設(shè)計，在儲能單元內(nèi)，單臺PCS故障時，其他PCS可繼續(xù)工作，多臺PCS故障時，系統(tǒng)仍可保持運(yùn)行(如圖6所示)。

　　圖6 傳統(tǒng)儲能系統(tǒng)和本案例模塊化設(shè)計系統(tǒng)PCS故障示意圖

　　5.基于云BMS的智能內(nèi)短路監(jiān)測

　　電芯內(nèi)短路是造成電池包起火的核心原因，智能內(nèi)短路檢測可及時預(yù)警電池火災(zāi)隱患。本項目儲能系統(tǒng)具備電池異常早期監(jiān)測預(yù)警處置體系，具備內(nèi)短路檢測及故障診斷預(yù)警等安全監(jiān)測功能，提升電池系統(tǒng)危險主動預(yù)防能力。將AI、云BMS等先進(jìn)ICT技術(shù)應(yīng)用到內(nèi)短路檢測場景中，可精準(zhǔn)定位衍生型內(nèi)短路，準(zhǔn)確計算內(nèi)短路電阻，實(shí)時識別突發(fā)型內(nèi)短路，及時預(yù)警電池火災(zāi)隱患。云BMS系統(tǒng)可以提前1～7天預(yù)警，安全預(yù)防前移，大幅降低火災(zāi)風(fēng)險。

　　6.鋰離子電池儲能電站安全健康監(jiān)控平臺

　　本項目基于監(jiān)控平臺標(biāo)準(zhǔn)化、安防決策智能化和效能提升精益化三個方面的要求，開發(fā)了鋰離子電池儲能電站安全健康監(jiān)控平臺，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行監(jiān)控、安全預(yù)警、健康評估、壽命預(yù)測、均衡管理、應(yīng)急管理等功能，已經(jīng)開發(fā)出基于安全態(tài)勢預(yù)警與健康壽命預(yù)警等在線分析診斷模型適配的總部中心端監(jiān)控平臺及配套的區(qū)域中心端一體機(jī)產(chǎn)品和場站邊緣端一體機(jī)產(chǎn)品。監(jiān)控平臺產(chǎn)品支持快速完成各儲能電站不同BMS、EMS、PCS、箱式變壓器、鋰離子電池等子系統(tǒng)的協(xié)議適配與模型適配，實(shí)現(xiàn)儲能電站的高效安全運(yùn)維，實(shí)現(xiàn)電化學(xué)儲能電站安全健康三級監(jiān)控管理。

　　三、關(guān)鍵點(diǎn)與創(chuàng)新點(diǎn)

　　1.電池模組級容量優(yōu)化管理，提高電池容量利用率

　　每個電池模塊集成了優(yōu)化器裝置，可消除電池包容量差異，消除電池簇內(nèi)模組間由于內(nèi)阻差異等原因?qū)е碌拇?lián)失配，提升生命周期內(nèi)放電量。對于單個電池模塊出現(xiàn)次級告警異常情況，可屏蔽該異常電池模組，而其余電池模組保持正常工作。

　　電池模組級容量優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效消除儲能電池的木桶效應(yīng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)新舊電池混用，特別是中后期部分電池模組異常情況下，更換后的新電池模組可直接使用。同時后期根據(jù)容量需求適當(dāng)補(bǔ)充電池容量，可有效降低儲能系統(tǒng)全生命周期的投資成本。

　　2.電池簇級充放電管理，提高儲能系統(tǒng)安全性

　　本項目通過簇控制器對電池簇進(jìn)行獨(dú)立管理，可使電池簇之間不直接并聯(lián)。電池簇間獨(dú)立運(yùn)行，可有效消除電池簇間的并聯(lián)失配情況，避免環(huán)流導(dǎo)致的電池容量損失，提高儲能設(shè)備的安全性。

　　3.模塊化設(shè)計，降低故障對儲能系統(tǒng)的影響

　　本項目采用模塊化設(shè)計，無易損件，對電池系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)計，支持電池簇內(nèi)單獨(dú)切除故障模塊，不影響簇內(nèi)其他電池模塊充放電。儲能單元內(nèi)，PCS同樣采用模塊化設(shè)計，當(dāng)單臺PCS出現(xiàn)故障時，其他PCS仍可繼續(xù)工作，不會引發(fā)整個系統(tǒng)的停機(jī)，可將PCS故障對儲能系統(tǒng)的影響降低到最小。

　　4.分布式精細(xì)化溫控設(shè)計，降低電池溫差，延長電池壽命

　　本項目采用仿生混風(fēng)、多模型聯(lián)動智能溫控及分布式空調(diào)設(shè)計，電池簇實(shí)現(xiàn)獨(dú)立均勻散熱，可以有效降低簇間電池溫升差異，延緩電池衰減，延長電池使用壽命。

　　5.基于云BMS的智能內(nèi)短路監(jiān)測，提升電池系統(tǒng)危險主動預(yù)防能力

　　本項目儲能系統(tǒng)具備電池異常早期監(jiān)測預(yù)警處置體系，具備內(nèi)短路檢測及故障診斷預(yù)警等安全監(jiān)測功能，將AI、云BMS等先進(jìn)ICT技術(shù)，應(yīng)用到內(nèi)短路檢測場景中，可精準(zhǔn)定位衍生型內(nèi)短路、準(zhǔn)確計算內(nèi)短路電阻、實(shí)時識別突發(fā)型內(nèi)短路，及時預(yù)警電池火災(zāi)隱患。

　　6.鋰離子電池儲能電站安全健康監(jiān)控平臺，實(shí)現(xiàn)儲能電站的高效安全運(yùn)維

　　本項目基于監(jiān)控平臺標(biāo)準(zhǔn)化、安防決策智能化和效能提升精益化三個方面要求開發(fā)鋰離子電池儲能電站安全健康監(jiān)控平臺，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行監(jiān)控、安全預(yù)警、健康評估、壽命預(yù)測、均衡管理、應(yīng)急管理等功能。

　　四、實(shí)際成效

　　本項目儲能電站共有12400塊電池模塊，配置12400塊電池模組能量優(yōu)化器。電池模組能量優(yōu)化器的應(yīng)用，使電池每次充電時，所有電芯SOC都可以充至100%，放電時電芯SOC可放至5%(本項目設(shè)置放電截止SOC為10%)，每次完整的充放電可實(shí)現(xiàn)電池模組主動均衡，各電芯SOC基本保持一致，保證電芯一致性，避免電芯差異造成的充放電損失。電池模組均衡效率高，電池充放電量多。

　　使用電池模組能量優(yōu)化器后，儲能艙每次放電，可將所有電芯SOC基本保持在放電截止SOC，不會出現(xiàn)放電結(jié)束后，各電芯SOC差異過大情況。采用“一簇一管理”技術(shù)后，每個電池簇先接入簇管理單元再接入直流母排，實(shí)現(xiàn)電池簇虛擬并聯(lián)，避免直接并聯(lián)帶來的電池不一致性影響。采用仿生混風(fēng)及分布式空調(diào)設(shè)計，通過實(shí)際應(yīng)用驗證，儲能艙內(nèi)各電池工作溫度差異控制良好，電池工作溫度差異可以保持在3℃以內(nèi)。采用模塊化設(shè)計儲能系統(tǒng)，所有故障最大更換部件只涉及電池模組、簇控制器和PCS，進(jìn)行維護(hù)更換需要4人，其余小部件如電池模組監(jiān)控面板、CO傳感器、空調(diào)內(nèi)風(fēng)機(jī)等維護(hù)2人即可完成。所有設(shè)備更換時間短，大部件在4h內(nèi)即可完成更換，故障損失電量少。

　　五、經(jīng)濟(jì)效益及推廣前景

　　本項目100MW/200MWh儲能電站全容量投運(yùn)以來，儲能系統(tǒng)充放電頻繁。儲能場站應(yīng)用情況如下：

　　(1)充放電情況。2024年10月期間，充放電次數(shù)達(dá)31次，調(diào)用率為100%，累計充電電量633.4萬kWh，放電電量560.3萬kWh，充放電效率88.45%。全站單次充電電量平均為20萬kWh/次，放電電量平均為18萬kWh/次。

　　(2)儲能系統(tǒng)溫控情況。儲能系統(tǒng)儲能艙內(nèi)溫度適宜，溫差小。儲能系統(tǒng)待機(jī)情況下，儲能艙內(nèi)部溫度在28℃～30℃，充放電運(yùn)行情況下儲能艙內(nèi)部溫度在29℃～33℃，儲能艙內(nèi)部溫差小于5℃。

　　(3)儲能系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)情況。儲能系統(tǒng)全容量100MW/200MWh投運(yùn)后，發(fā)生電池包監(jiān)控面板異常、簇控制器異常、PCS故障和電池包異常等故障時，可在廠家不到現(xiàn)場的情況下由運(yùn)維人員進(jìn)行異常模塊更換，消除告警，恢復(fù)設(shè)備正常運(yùn)行。

　　本項目在儲能技術(shù)應(yīng)用上實(shí)現(xiàn)了多項創(chuàng)新，包括：高效能電池管理系統(tǒng)(BMS)的應(yīng)用，確保了電池組的高效充放電和長期穩(wěn)定運(yùn)行;智能溫控系統(tǒng)的集成，有效維持了儲能艙內(nèi)的適宜溫度，延長了電池使用壽命;模塊化的PCS設(shè)計，降低故障影響，降低了運(yùn)維成本。

　　六、團(tuán)隊介紹

　　團(tuán)隊成員包含三位高級工程師、七位中級和初級工程師，均從事新能源行業(yè)多年，對新能源及儲能行業(yè)發(fā)展趨勢有深入的研究，在儲能設(shè)備的理論設(shè)計及運(yùn)行維護(hù)方面有較強(qiáng)的技術(shù)水平，在新能源和儲能行業(yè)獲得多項獎勵。