截至目前,包括湖南、安徽、新疆、內蒙古、河南、山東、江西在內的七個省都發(fā)布了要求新能源配套儲能的政策或規(guī)劃,盡管政策或規(guī)劃背后充斥著爭議,但新能源配儲能已然勢在必行。
3月23日,國網湖南電力下發(fā)《關于做好儲能項目站址初選工作的通知》,一次性公開了28個風電配套儲能項目,項目規(guī)模、配置儲能比例和時長的明確也意味著新能源配儲能已進入實戰(zhàn)狀態(tài)。
據記者不完全統(tǒng)計,2020年至今,已有11個新能源配儲能項目開始落地執(zhí)行,其中以“風電+儲能”項目為主。
儲能與風電、光伏等新能源相結合,具有平抑可再生能源發(fā)電波動、跟蹤發(fā)電計劃出力、電量時移等作用。但是在實際結合過程中,仍不乏這樣或那樣的問題。
例如,在現(xiàn)階段的儲能系統(tǒng)招標中,發(fā)電企業(yè)更多考慮價格、參數(shù)、并網、質保等因素,卻沒有較好的方法去印證儲能系統(tǒng)本身是否可以高效率、長壽命的運行。
在業(yè)內人士看來,新能源配儲能不能把精力僅放在追求儲能電池、設備參數(shù)的“頂配”,以及儲能系統(tǒng)的價格,關系到系統(tǒng)使用壽命的儲能系統(tǒng)架構設計也至關重要,它直接影響新能源側儲能的系統(tǒng)穩(wěn)定性和投資收益率。
標書之變
2020年以來,盡管受新冠疫情影響,絕大部分行業(yè)發(fā)展節(jié)奏都放緩了下來,但是在新能源配儲能項目方面,相關詢價、工程招標公告卻越來越多。
4月24日,華能包頭新能源發(fā)布華能赤峰300MWp光伏+儲能項目投資機會研究報告、競爭配置方案報告詢價公告;4月13日,三峽新能源發(fā)布青海省錫鐵山流沙坪二期風電場100MW儲能項目EPC總承包工程招標公告……
在中科院電工所儲能技術組組長陳永翀看來,新能源配儲能的發(fā)展是一個螺旋式的過程。最早新能源配儲能的應用是分布式光伏加鉛酸電池和超級電容,后來隨著鋰電池成本大幅度下降,加上鋰電池本身性能比較綜合,現(xiàn)在磷酸鐵鋰電池已成為新能源配儲能的主力,能起到更好的調節(jié)作用。
從已有的招投標項目來看,隨著儲能業(yè)務的增多,發(fā)電企業(yè)對儲能系統(tǒng)的需求逐步升級,關注點從“滿足并網考核”逐步向“全生命周期回報”轉變,更注重儲能系統(tǒng)的“實用性”。比如用“交流側放電能量”取代“系統(tǒng)安裝能量”, “電池系統(tǒng)真實壽命”取代“電芯理論壽命”,同時對電池的全生命周期保障也提出更高要求。
以最新安徽某風場配套儲能項目為例,已經體現(xiàn)出對于實用性的需求和儲能新技術應用的重視。
實用性方面,該項目明確要求了“交流側放電能量”不低于10MWh,必須保證驗收測試時達標;對電池系統(tǒng)的質保期明確提出了“系統(tǒng)5年全免費質保”的要求,還對系統(tǒng)的全壽命周期能量保證(20年)做了明確的要求。
儲能新技術應用方面,該項目提出了“為提高電池一致性,儲能系統(tǒng)應采用兩級變換”,即在原有的630kW儲能變流器直流側和電池簇之間引入了125kWDC/DC轉換器(目前各廠商儲能變流器主流功率包括200kW、250kW、500kW、630kW,不同的儲能技術方案會選擇不同的變流器型號),將電池簇分隔開,使之相互獨立,形成電池直流側電池簇無并聯(lián)的結構。而在新技術之前,新能源所配的儲能系統(tǒng)架構是電池簇集中并聯(lián)匯流之后接入變流器。
一方面,多簇電池并聯(lián)會引起電池簇之間的不均衡,久而久之并聯(lián)電池簇中會出現(xiàn)一部分電池實際出力不足,而另一部分超出倍率使用的現(xiàn)象,造成“劣幣驅逐良幣”效應;另一方面,電池簇并聯(lián)后,如果某個電池簇出現(xiàn)電芯內部短路,存在故障快速蔓延失控,單個電芯短路引起整個“電池堆”發(fā)生事故的風險。
“新技術”則避免了電池簇并聯(lián)產生一致性差異后出現(xiàn)的不均衡和環(huán)流現(xiàn)象,降低了電池簇間“木桶效應”對整體儲能系統(tǒng)的影響,提高了系統(tǒng)的利用率和使用壽命。
盡管在商業(yè)儲能項目中,系統(tǒng)價格是決定性因素之一,但隨著儲能系統(tǒng)的需求向實用性方向的轉變,儲能系統(tǒng)提供商需要在系統(tǒng)價格和實用性之間找到平衡點,才能更好的滿足新能源側市場的需求,推動產業(yè)從高速發(fā)展階段轉向高質量發(fā)展。
然而,上述項目要求增加了DC/DC轉換器的“新技術”也并非最完美的方案,新的系統(tǒng)電氣結構復雜度更高、控制繁瑣、占地面積更大、成本更高,還會增加系統(tǒng)損耗和故障點。如何設計一種效率高、結構簡單、占地小、故障率低的系統(tǒng)架構,滿足新能源場站對儲能系統(tǒng)的應用需求已成為當務之急。
最優(yōu)方案
對于儲能系統(tǒng)架構而言,電池簇不并聯(lián)的優(yōu)勢和劣勢均很明顯,如何揚長避短尋求最優(yōu)解呢?顯然,如果電池簇的能量可以與變流器功率按照1:1的比例配置,那么就可以做到直流側不并聯(lián)。
“通常,儲能變流器的功率越小,單位成本越高,并且交流側并機數(shù)量越多,帶來的多機并聯(lián)控制難度越大,所以經過測算之后,我們認為200kW/250kW變流器是最合適的一個功率段。”金風科技儲能產品線總經理劉巍巍告訴記者。
儲能系統(tǒng)在進行了上述架構優(yōu)化之后,在與偏重參數(shù)、并網、質保等的“頂配”方案和增加大量DC/DC轉換器的“新技術”方案相比,在系統(tǒng)效率、變流器造價、占地面積、故障損失、系統(tǒng)壽命和安全性,性價比顯然要更高一些。
三種不同的儲能系統(tǒng)架構的對比
此外,如果按照一個電池簇(>200kWh)對應一臺200kW變流器,5簇電池簇對應5臺變流器,交流側并機形成1組1MW/1MWh的儲能單元,2組儲能單元通過接入2MW雙分裂變壓器即可組成一套完整的2MW/2MWh儲能系統(tǒng)。
事實上,選擇200kW變流器有三方面的優(yōu)勢:一是架構簡單,實現(xiàn)電池簇不并聯(lián);二是電池簇與PCS變流器的逐個對應,電池簇獨立管理;三是2MW/2MWh儲能系統(tǒng)為風電場需求能量的公因數(shù),可以滿足現(xiàn)有項目的需求。
華東儲能領跑者聯(lián)盟副理事長李建林認為,現(xiàn)在大家對于電池容量有一個基本的共識,65Ah是一個門檻。對于許多小的電池廠家而言,產品線已經定型,只能通過電池簇并聯(lián)的方式增大電流,但這個已經不是主流路線。我個人不提倡電池簇并聯(lián),即便是并聯(lián),也不宜并太多,最多兩個并在一起。
儲能系統(tǒng)的架構設計關系到系統(tǒng)的使用壽命和全壽命周期內的可用能量,直接影響新能源側儲能的系統(tǒng)穩(wěn)定性和投資收益率,情況甚者將無法收回儲能投資。
如何防范風險保證儲能系統(tǒng)穩(wěn)定性和投資收益,現(xiàn)階段有兩種方式可以參考:第一種是在系統(tǒng)設計上考慮規(guī)避風險,建議采用電池簇不并聯(lián)方式,即使并聯(lián)越少越好;第二種是通過合理有效的商務條款進行約束來降低項目風險。
隨著新能源配儲能項目越來越多地落地,安徽項目或許只是一個開始。在價格因素之外,為了保證儲能系統(tǒng)全生命周期的價值,包括系統(tǒng)架構在內的許多實用性需求如何滿足將成為重中之重。
對于新能源與儲能的未來,陳永翀認為:“隨著能源結構的進一步調整和電池技術的發(fā)展,容量配置和技術類型還將有新的變化。但總的來說,近期電化學儲能首先承擔的是分布式功率型‘提質’作用,未來隨著儲能度電成本的大幅下降,才有可能與火電的容量性調節(jié)相競爭,承擔大規(guī)模的容量型‘保量’作用。”