中车株洲所综合能源事业部副总经理兼总工文宇良:在构网型储能电站中,高压级联系统更有优势

能见App 2023年10月18日 3989

2023年10月16日-19日,2023北京国际风能大会暨展览会(CWP2023)在北京如约召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一,这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会,再次登陆北京,聚焦中国能源革命的未来。

本届大会以“构筑全球稳定供应链 共建能源转型新未来”为主题,将历时四天,包括开幕式、主旨发言、高峰对话、创新剧场以及关于“全球风电产业布局及供应链安全”“双碳时代下的风电技术发展前景”“国际风电市场发展动态及投资机会”“风电机组可靠性论坛”等不同主题的21个分论坛。

10月17日上午,中车株洲所综合能源事业部副总经理兼总工文宇良在“新型储能产业高质量发展论坛”上发表了题目为《中车“灵动智效”储能系统平台》的主旨发言。

以下为演讲全文:

今天我给大家带来的是我们中车“灵动智效”系统平台的一个介绍。今天我可能有三个部分:一是背景的介绍,第二是我们有两款产品的介绍,一个是我们现在314大电芯5MWh系统的介绍、平台的介绍;三是还有我们公司基本的情况。

大背景简单两句话,第一个就是“双碳”的提出,能源燃烧占了碳排放的88%,其中电力的消耗可以占其中的41%,因此我们要加快构建新能源为主体的新型电力系统,解决“双碳”的问题。第二句话大家知道新能源波动的特性,储能应该说是我们建设系统的技术与基石,因为这个特点储能才会在去年有爆发式增长的原理。

国家陆续出台一些政策支持储能的发展。2022年,在“十四五”规划里面明确提出加快建设多元储能技术的应用,推动多时间尺度的储能的示范。实际上这个储能信息系统需要多技术示范,包括惯量支撑,我们觉得中时中频是锂电池、化学电池更有优势;更长时间尺度,可能是液流、压缩空气更有优势,比如我要一天、一个季度,就需要寻找新的储能方式,我觉得氢可能是未来的一个很好的一个储能方式。

有了这样的一个国家政策、有了这样的一个大的前提,市场情况是怎么样呢?我做了一个小的总结,截至目前为止,我们全国统一的储能电站达到了48GWh,今年1—6月份达到17个GWh。应该说,今年的上半年总装机容量已经和过去历年来总和持平。那么这样的一个市场情况,以什么样的储能方式为主?也有一个数据,49%以上依然是以锂离子电池为主要的储能方式,可能跟现在的锂价格大面积的下跌有关系。锂电池占了我们装机容量的49%以上。

未来,随着快速发展,储能哪些痛点会凸显出来?安全一直是储能面临的一个首要的挑战。我们也做了一个统计,全球可能现在远远不止,国内上半年有不少储能电站发生了一些事故,全球特别是以韩国、美国为主,有20多起不止,肯定跟韩国选择的储能方式有关,它们主要是以三元锂电池的技术路线。我们国家可能还好,选择了磷酸铁锂的路线,从这个方面来说,安全有一定的保证。

    第二个挑战可能就是我们储能电站的一个寿命的问题。实际上很多电池厂商都宣称他们的电池可以达到7000次、8000次、1万次,但是签合同就5000、6000次,因为电芯的寿命和系统的寿命不相等,可能是因为储能电站的寿命。

    第三个挑战是效率的问题。有关电站的效率,可能现在大家都还没太关注,业主对整个电站运营周期的成本没有太多的关注,如果这个储能电站的标杆是83%,收益是0的话,提高3个点达到86%,整个时间下来通过效率可以减少2000多万,十年运营下来可以节约电费6000多万。现在百兆瓦级的电站是大概不到2个亿的投资,如果我的效益可以提高7—8个点,我十年可以节省6000多万的收益,这是非常可观的,这个效率是我们储能电站非常关注的一个点,可以给大家带来很大的收益。

    第四个挑战是储能后市场运维的大挑战。储能的行业爆发式增长给我们相关的企业带来很大的一个收益和发展,但是实际上对整个行业来说,应该说是带来了一些隐忧,储能是人才的储备、技术的储备这些方面。

    第五个挑战,跟我们现在国内选择的技术路线有关,我们现在大部分的路线以低压、集中式为主,这里面涉及到大量的不可避免的问题,比如簇并簇电的环流,这个在短时间内不会体现出效果,三四年后这个问题就非常的明显,就会大大影响我们储能电站的实际容量,我认为这个可能是一个挑战。

    基于上面的几个挑战,我们推广两款产品去解决这些挑战。我们也对这个行业进行了一些分析,两个维度,首先是这个政策我们认为拓扑的创新实现精细化的电池管理,实现安全、高效、寿命的痛点解决。正坐标是质量、体积密度的进一步提升,这是我们行业的基本的预判。

    我们也做了一些产品谱系的规划,第一代我们叫CESS 1.0,主要是稳定可靠;现在叫中车CESS2.0,以高效高能量密度为特征;未来朝着更智能、高效的方向发展,也就是CESS3.0。

    我们在次推出全新一代5.X储能系统“塞斯”2.0。首先是高效,相同的20尺液冷箱,我们“塞斯”2.0达到了5.016的MWh;第二个更加高效,就是投资成本大大降低,我们以相同的200MWh的储能电站为例,原来的系统可能需要30台变压器,60台智能仓。如果是“塞斯”2.0,只需要20台变压器、40台智能仓,占地减少30%,运输成本降低20%,建设成本降低15%,我们为客户解决降本增效、收益痛点的问题。

    我们的产品在高效方面还做了很多的努力,相同的20尺箱子能量密度大幅度提升,功耗降低10%,整体提升我们5.0X的效率问题。同时,我们有自主的IGBT,从最基础的核心器件,到并网技术用到5.X的产品来,使我们的效率得到提升。

    在安全方面,我们做了很多的努力,包括液冷的PACK隔热防护设计、液冷系统水电分离、电池舱功能分区、电气强弱电分离等。在安全方面我们有金字塔这样的消防体系,一级控制、两级探测、三级报警、四级的消防体系,电芯预警、PACK级消防、舱级淹没消防、水喷淋保障我们储能系统的安全。

    在智能方面,我们有中车自主的BMS系统,数据采集更快小于1MS,数据储存360天,数据加工云的交互可以使我们的SOC估算误差小于3%,SOH估算误差小于4%。智能运维或者EMS系统方面,我们也称作云、边、端这样的一个架构,来实现故障运营一体,解决变化型的储能后期运维的痛点问题。前面是我们关于中车5.X的产品基本情况介绍。

    我们隆重地推出中车35kV高压直挂的平台,这个高压直挂区别于我们的低压集中式储能。当然有很多的厂商在推出高压直挂产品,中车的这个35kV产品有很多的优势,比如效率、响应的速度、安全性、收益性、电网的友好性,这比我们的电网集中式更有优势。

    第一个是效率方面,因为它没有变压器,这是第一个高效的来源,第二个高效的来源35kV高压直挂、高压等级电流化减少。

    第三个高效来自于高压对电池系统实现了一簇一管理的功能,长期来说没有木桶效应,这样来说大大提升了我们整个储能电站2—3年之后更长时间的一个充放电的深度和整个电站的实际应用的容量。

    一般我们现在的储能电站效率在85%—86%左右,高压打底的效率达到91%,好一点的效率达到92%。我前面做了一个策略,效率从23%提高到91%,可以节省6000多万的电费,是一个非常可观的数据。

    大家担心高压级联维护性比较差?为什么有这样地担心?他们认为一个单位30兆瓦以上,颗粒度比较粗,一旦坏了这个电站的可维护性比较差,这可能是一个伪命题。这个大部分的电站是一充一放一天。它的工作时间大概就是一个小时左右,你换的话这个剩下的就是维修,高压级联系统也是一样的,一天有一个模块坏掉了,停掉一个模块,剩下的时间有很多的窗口可以进行维修。

    第二点我们对于维护性,我们的高压级联系统做了很多的事情。如果出现故障,高压级联可以尽快的进行恢复。对此,我们进行了背靠背的设计,双侧可以维护。第二个我们的液冷管路配备了至截止阀,换这个模块的时候,液冷拔掉就可以,不会有弹液的过程,大大节省了我们检修的速度,大大提高了安装的效率。第三部分,PCS目前我们也有抽离式的设计,通过系统到部件的可维护性设计,为客户解决高压级联的忧虑。

    高压级联系统更有优势。现在基本是新疆、西藏的标配,基本上很多电站都是以构网型为主,甚至有的很多电站原先上的是低压集中式电站,现在要改成构网型电站,因为改了之后业主有更多的收益,相当于拿到更多的指标。所以构网型是我们储能今年或明年一个大的发展趋势,也符合储能在整个新型电力中的一个作用,就是它对电网的支撑。

    我觉得高压级联在构网这样的一个大需求里面,比低压更有优势。为什么这么讲?有两点,第一个是成本、第二个是技术优势。成本低压的话一般是构网型三倍的过载,本来就具有成本优势,所以在成本上它更有优势。第二个就是构网的响应速度的需求,对电网的连接支撑效果更好、响应速度更快。高压级联的颗粒度比较粗,30兆瓦,100兆瓦的电站需要3个模块就够了,响应比低压的更有优势。所以我们认为高压级联可能是构网型大的模块下更好的技术路线。

    谈到我们中车的构网型高压级联的平台,在控制方面我们更有一个优势。首先是硬件的模块,可提供1.5—3倍的能力,第二个是优化的控制和保护策略,第三个是可模拟旋转电极的特性,可提供一次调频、调压、阻尼控制等工作,把这个技术平移到我们的储能领域,我觉得是一个技术保证。

    最后做一个总结,我们中车储能产品有几点优势:一是更加安全;二是源自高铁的并网技术友好;三是更加高效;四是智能化。最后打一个小小的广告,就是公司的简介和业绩,株洲所去年450亿的收入,十家单位、两家上市公司,海外的研发机构5个,11个国家级平台。我们现在是有一个工程院院士,7000多名的研发人员,每年研发投入30多个亿,11个国家平台、20多个国家科学奖励,非常有科研实力。我们株洲所围绕技术和市场两个核心,构建交通与能源两个大赛道。

    这是我们2022年的一些业绩,行业的同仁也知道我们去年是国内排名第二、全球排名第四这样的水平。最后是我们上半年的业绩,目前中标4GWh,总的目标40个亿左右。这是我们的电站,最有代表性的就是新华发电新疆莎车的800MWh的储能电站,还有其他的一些储能电站.我就报告到这,谢谢各位!  

 

   (根据演讲速记整理,未经演讲人审核)

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