用電高峰期，白天限電、晚上趕訂單的“夜班工廠”生產(chǎn)模式，曾困擾著一些企業(yè)。在廣東省佛山市南海區(qū)獅山鎮(zhèn)，電力緊缺一度是制約發(fā)展的大問題。
如今，廣州佛山之間、北江之畔，約5.5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場大小的場地內(nèi)，一排排淺灰色的電池艙組成裝機(jī)規(guī)模300兆瓦/600兆瓦時(shí)的新型儲(chǔ)能電站，宛如一個(gè)超級“充電寶”，源源不斷地為城市運(yùn)行輸送穩(wěn)定電能。
這是寶塘電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立電池儲(chǔ)能站（以下簡稱“寶塘儲(chǔ)能站”）——粵港澳大灣區(qū)最大規(guī)模新型儲(chǔ)能電站，從這里，預(yù)計(jì)每年可向粵港澳大灣區(qū)輸送4.3億千瓦時(shí)清潔電能，減少二氧化碳排放30萬噸。
削峰填谷
實(shí)現(xiàn)“毫秒級”響應(yīng)電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)需求
“去年僅南海區(qū)西江片區(qū)500千伏環(huán)網(wǎng)的電力缺口就達(dá)到577兆瓦，在不增加供應(yīng)的情況下，預(yù)計(jì)到2030年缺口將再翻一倍。”寶塘儲(chǔ)能站項(xiàng)目前期策劃負(fù)責(zé)人楊夏里說。
“理想的城市電力系統(tǒng)，需要隨時(shí)處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，高效、節(jié)能地實(shí)現(xiàn)‘充、儲(chǔ)、放’功能。”南網(wǎng)儲(chǔ)能科技公司運(yùn)行中心總經(jīng)理王勁介紹，新型儲(chǔ)能電站作為調(diào)節(jié)電力負(fù)荷的大型“充電寶”，可在用電低谷時(shí)利用風(fēng)能、太陽能等清潔能源進(jìn)行“充電”，在用電高峰時(shí)將儲(chǔ)存的“綠電”穩(wěn)定可靠地輸送到千家萬戶，實(shí)現(xiàn)“毫秒級”響應(yīng)電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)需求。
近年來，我國大力發(fā)展清潔能源，風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電裝機(jī)量快速提升。中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示：截至6月底，我國新能源發(fā)電裝機(jī)規(guī)模首次超過煤電；尤其在南方區(qū)域，新能源增長迅速，裝機(jī)總量達(dá)1.58億千瓦，成為南方電網(wǎng)第一大電源。
受氣候、季節(jié)等自然因素影響，新能源發(fā)電往往要“看天吃飯”，隨機(jī)性、間歇性、波動(dòng)性明顯，難以穩(wěn)定可靠地持續(xù)供電。大規(guī)模消納并網(wǎng)，需要建設(shè)儲(chǔ)能電站進(jìn)行調(diào)配。
“新型儲(chǔ)能電站選址靈活、建設(shè)周期短、反應(yīng)速度快，可以精確匹配區(qū)域電網(wǎng)負(fù)荷需要，幫助清潔能源大規(guī)模、高比例接入電網(wǎng)。”南網(wǎng)儲(chǔ)能科技公司董事長汪志強(qiáng)說，相比于代表傳統(tǒng)儲(chǔ)能方式的抽水蓄能電站，包括新型鋰電池、壓縮空氣、飛輪、重力儲(chǔ)能等技術(shù)路線在內(nèi)的新型儲(chǔ)能電站發(fā)展更快，在構(gòu)建以新能源為主的新型電力系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。
國家能源局的統(tǒng)計(jì)顯示，截至今年上半年，我國已建成投運(yùn)新型儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)4444萬千瓦/9906萬千瓦時(shí)，約為兩個(gè)三峽水電站的裝機(jī)容量。其中，已投運(yùn)鋰離子電池儲(chǔ)能占比97%。
王勁介紹，寶塘儲(chǔ)能站由88套可獨(dú)立接受調(diào)度的磷酸鐵鋰儲(chǔ)能系統(tǒng)組成。投運(yùn)以來，發(fā)揮“削峰填谷”作用，儲(chǔ)、放電量均已超過1億千瓦時(shí)，讓來自廣東陽江的海上風(fēng)電等清潔能源，成為珠三角腹地經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的澎湃動(dòng)力。
技術(shù)集成
搭配組合出9種差異化儲(chǔ)能技術(shù)路線
站上“風(fēng)口”的新型儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)，在安全、質(zhì)量、效能等方面仍存在一些共性技術(shù)難題。比如，一條鋰電池儲(chǔ)能路線的性能好壞，與熱管理、結(jié)構(gòu)連接等多個(gè)因素有關(guān)，在業(yè)內(nèi)尚無統(tǒng)一衡量標(biāo)準(zhǔn)。
如何才能選出最為高效可靠的路線？
“讓多種儲(chǔ)能技術(shù)在一個(gè)儲(chǔ)能站里‘打擂臺(tái)’！”汪志強(qiáng)說，聚焦熱管理、結(jié)構(gòu)連接、電池性能等三大主要技術(shù)領(lǐng)域，寶塘儲(chǔ)能站搭配組合出9種差異化的磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能技術(shù)路線，裝機(jī)規(guī)模從5兆瓦到75兆瓦不等，相當(dāng)于把9座不同技術(shù)特點(diǎn)的中型儲(chǔ)能站聚到一起比優(yōu)劣。
步入寶塘儲(chǔ)能站，88套磷酸鐵鋰儲(chǔ)能系統(tǒng)猶如一個(gè)個(gè)大小不等的集裝箱，分區(qū)域整齊排列。
“外形都差不多，但里面各有乾坤。”寶塘儲(chǔ)能站項(xiàng)目負(fù)責(zé)人周躍利介紹，按照不同的熱管理方式，這些“集裝箱”分別使用了給電池“吹空調(diào)”的風(fēng)冷技術(shù)、“冷板接觸降溫”的板式液冷技術(shù)以及“冷卻液直接浸泡電池”的全浸沒式液冷技術(shù)等3種技術(shù)。
“全浸沒式液冷技術(shù)最為高效，能將不同類型的電池溫差控制在2攝氏度以內(nèi)，溫升不超過5攝氏度，有助于提高儲(chǔ)放電效能、延長電池使用壽命。”周躍利說。
寶塘儲(chǔ)能站所采用的結(jié)構(gòu)連接技術(shù)多達(dá)5種。其中，作為南方電網(wǎng)首批“揭榜掛帥”科研項(xiàng)目的攻關(guān)成果，高壓級聯(lián)技術(shù)在寶塘儲(chǔ)能站有了應(yīng)用上的新突破。
周躍利介紹，新型儲(chǔ)能電站的電要接入電網(wǎng)，就需要通過變壓器將電壓提升至10千伏，而高壓級聯(lián)技術(shù)省去了變壓器，僅通過模塊級聯(lián)，便可將儲(chǔ)能系統(tǒng)電壓提升，直接“掛網(wǎng)”運(yùn)行。
“10年前，深圳寶清儲(chǔ)能站首次使用了這項(xiàng)技術(shù)，當(dāng)時(shí)2兆瓦時(shí)的裝機(jī)規(guī)模占地面積達(dá)到上千平方米，現(xiàn)在一個(gè)集裝箱大小的空間里裝機(jī)規(guī)模就能達(dá)到3.5兆瓦時(shí)。”周躍利說，安裝在寶塘儲(chǔ)能站的高壓級聯(lián)系統(tǒng)，硬件結(jié)構(gòu)及控制保護(hù)方面均實(shí)現(xiàn)了技術(shù)優(yōu)化，使“掛網(wǎng)”電壓更加安全穩(wěn)定地提升至并網(wǎng)電壓。
“這意味著，擺脫了變壓器的限制后，移動(dòng)式儲(chǔ)能電站成為現(xiàn)實(shí)。”周躍利說，“在應(yīng)急救援、大型戶外活動(dòng)等場景下，這座電池艙可以哪里需要去哪里，作為應(yīng)急電力，隨時(shí)‘掛網(wǎng)’送電。”
一站集成、以用促比。作為我國首個(gè)多技術(shù)路線鋰電池儲(chǔ)能站，寶塘儲(chǔ)能站的“擂臺(tái)賽”仍在繼續(xù)，以運(yùn)行實(shí)效促進(jìn)技術(shù)精益化水平提升。
精準(zhǔn)管理
對210多萬個(gè)電芯的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測
如此大規(guī)模的儲(chǔ)能電站，如何實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)管理和運(yùn)營維護(hù)？
走進(jìn)寶塘儲(chǔ)能站智慧控制中心，大屏幕上，數(shù)據(jù)閃爍不停。
“我們對全站210多萬個(gè)電芯的電壓、溫度、容量等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，一旦出現(xiàn)異常，系統(tǒng)會(huì)立即報(bào)警。”寶塘儲(chǔ)能站技術(shù)工程師張敏介紹，電芯是儲(chǔ)能站的最小單元，每26個(gè)電芯組成一個(gè)電池包，16個(gè)電池包組成一個(gè)電池簇，多個(gè)電池簇再構(gòu)成電池艙。整個(gè)系統(tǒng)，像搭積木一樣，從小到大，層層鑲套。
儲(chǔ)能站的核心設(shè)備是電池，盡可能保持電池性能一致性、優(yōu)化電池控制方式是關(guān)鍵難題。張敏介紹，傳統(tǒng)的電池艙，每一簇電池包都是串聯(lián)的，同時(shí)充放電。因此，衰老最快、性能最差的電池包決定了整個(gè)電池簇的工作效率和使用壽命。
如何打破“木桶效應(yīng)”？2020年，南方電網(wǎng)實(shí)施“揭榜掛帥”，廣發(fā)“英雄帖”，開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。
“采用全電流控制保護(hù)技術(shù)，我們在每個(gè)電池包間安裝了控制器，實(shí)現(xiàn)了對電池的‘包級管理’，可以遠(yuǎn)程精準(zhǔn)調(diào)節(jié)每個(gè)電池包的運(yùn)行狀況。”張敏說，如此，一個(gè)電池芯出問題，再不用像以前那樣更換整個(gè)電池簇。眼下，寶塘儲(chǔ)能站正在研究如何將“精準(zhǔn)控制之手”向更小的電池芯延伸。
數(shù)字化運(yùn)維的優(yōu)勢，還體現(xiàn)在精準(zhǔn)安防上。
“每一個(gè)電池包里，都有‘多合一’消防探測器，可以敏銳地捕捉煙霧、揮發(fā)性有機(jī)物、可燃?xì)怏w等，一旦發(fā)現(xiàn)異常，會(huì)自動(dòng)觸發(fā)火警信號與滅火裝置，向故障電池包注入滅火介質(zhì)，‘點(diǎn)對點(diǎn)’滅火。”張敏介紹，在滅火工作中，不會(huì)影響其他單元的正常運(yùn)行，確保平穩(wěn)供電。
“我們實(shí)時(shí)采集25項(xiàng)不同領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，用數(shù)據(jù)說話，評定不同技術(shù)路線的運(yùn)行性能。”王勁說，多個(gè)技術(shù)路線的運(yùn)行數(shù)據(jù)，以及整個(gè)儲(chǔ)能站的運(yùn)維數(shù)據(jù)，日積月累匯成一個(gè)“數(shù)據(jù)富礦”，將為我國新型儲(chǔ)能電站建設(shè)提供優(yōu)化方案，為產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展積累寶貴經(jīng)驗(yàn)。