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國電投集團黃河上游水電開發有限責任公司龐秀嵐:新能源電站儲能應用研究與實踐

第八屆“儲能國際峰會暨展覽會2019(ESIE2019)”於5月18-20日在國家會議中心(北京)盛大啟幕,主題聚焦“技術應用雙創新,規模儲能新起點”,將開展主題演講、展覽展示、創新大賽、專題研討、專案考察、新品釋出、技術交流等多種活動。能見App作為本次峰會的戰略合作媒體,負責本次峰會圖文直播。

國電投集團黃河上游水電開發有限責任公司工程技術部主任,兼任公司新能源建設首席專家龐秀嵐

以下為發言實錄:

龐秀嵐:我要跟大家分享的內容是“新能源電站儲能設計研究與實證”,原先是電網側研究的比較多,我主要是從電源側來跟大家分享。主要是依據黃河公司在兩個電站實際的執行資料和一些實證性的資料和大家來分享。

主要是從以下幾個方面,首先是光伏風電的出力特性的研究、儲能電池特性的研究、光伏電站系統和儲能、系統匹配性的研究,最後有一部分實證資料和大家分享。

黃河公司是一家大型的綜合性能源企業,主要是擁有水電17座,容量1083萬,光伏是37座,3.8GW,風電16組,94萬,還有火電、電解鋁、電子技的多晶矽,光伏的電池組建、遐邇哈姆鎳礦的開發。黃河公司主要是電力的開發,新能源、光伏風電擁有設計團隊、建設團隊、安裝除錯團隊和運維團隊。整個產業鏈都有自己的專業隊伍,所有的實證性的資料都是來源於自己的團隊和自己的電站。

為什麼要做實證性的研究,大家都知道不同發電系統出力特性和用型特性差距比較大,特別是光伏系統有固定、憑單、斜單、雙伏系統,組建有常見的單晶矽和高效的N型薄膜元件和單面和雙面,他的發電出力的差異還是比較大的。

另外儲能系統大家也知道行業裡邊有鋰電池、液流電池還有超級電容還有燃料、鈉硫等等,種類非常的多,它的特性也是差異比較大的。而且同一種技術不同的廠家的特性也是差距比較大的。儲能裝上去必須滿足四種用型模式:最基本能量的搬移、調峰調頻、平滑新能源的出力的波動型、跟蹤排程出力曲線。在這麼多種變數、這麼多種系統、這麼多不同的產品的特性下,發電系統和儲能電池系統如何匹配?如何使電池高效的用型?這是兩個要解決的問題。

光伏+儲能工程,在四種執行模式下開展,不同的光伏發電系統,不同的儲能逆變,不同的電池、不同的接入方式的實證性的對比。

黃河公司共河有一個百兆瓦的基地,這裡面所有的光伏發電的技術都裝有,我們呼叫了多年的所有的發電系統的特性曲線,這個是給大家展示的是實際的執行曲線,有固定單面、雙面、垂直雙軸、垂直單軸、斜單軸,還有其他的系統等等。

我們對不同的發電系統研究完了以後,呼叫的我們在青海海西、海南裝的從2011年開始執行所有的光伏電站多年的日用型發電曲線以後,分析出來總結出來在不同的典型天氣下的執行曲線。下面給大家展示的是多雲、晴天、晴轉多雲、陰天、陰轉多雲等等天氣,除了晴天以外,其他的天氣波動比較大,還有其他的沙塵天氣等等沒有展示出來,海南全晴天175天,海西161天,其他的天氣波動性都是比較大的。

全年光伏發電特性總結下來:春秋發電處理比較大,夏天和冬季的時候相對低,冬季發電低是因為那個地方溫度是36度,因為太陽方位角的問題。夏季因為環境溫度的影響,反而光伏發電的出力是低的,因為溫度對電池元件的發電影響是比較大的。

下面是風電出力特性的研究,青海裝有10萬和45萬的風電,分別配有儲能是20MWh和90MWh,在四種不同的執行方式下,對比不同的風力的發電系統和電池的執行特性。我們呼叫了海西、海南所有執行的風電的多年的日執行特性曲線,這裡邊只是給大家展示一部分。

這是2017年一年月平均風速,1-5月份風速最好,其實是6-7月份,接下來是8-9月份,10-12月份較低,四季發電差異比較大。通過季節性和每日的日出力曲線和發電量的特性,我們總結了一年24種典型風電廠的日出力曲線,春夏秋冬分別是高出力和高發電量,高出力的時候,高發電量、中發電量和低發電量,低出力的時候,高發電量、中發電量和低發電量我們總結出來24種典型的日出力曲線。這是24種典型天氣下不同的日發電出力曲線,大家可以看一下波動性還是比較大的。

這是一段典型的天氣的研究,連續4天大風天氣下風電的出力特性,相對來說還是比較平穩的。

下面是風速變化比較大的時候的連續3天的風電的出力特性曲線,這個出力特性在風電裡面概率是比較高的,正因為它的波動性使得風電的發電,儲能的系統的設計是難度非常大的。容量如何匹配?控制策略如何制訂,需要很深的研究。假如你做不好的話,可能該充的時候充不上,該放的時候放不出來,所以使得儲能系統不會高效的執行。

這是統計的全年的功率的的概率值,可以從這張表上看一下,高出力的概率實際上是比較低的,低出力時概率比較高,當然與青海的風資源也有關係。

前面把風電和光伏的出力特性研究透了以後,還要研究一下儲能的電池的特性。這張是一個常規的,只是展示一下趨勢,數字不一定非常準確。我們研究了鋰電池、液流電池、超級電容和鉛酸電池。電池的特性還是差距比較大的。

鋰電池:壽命比較短,但是效力是比較高,到90%多。

液流電池:壽命比較長,但是系統效率基本上是70%多。

超級電容:壽命很高、效率很高,但是成本非常高。所以還是要綜合形成的從價效比上進行選擇。這是展示的鋰電池和液流電池實際的出力曲線,差距比較大。

這是氣光電量光伏和儲能的設計研究,首先做的是氣光電量和儲能容量的匹配性的研究,我剛才也介紹,呼叫了所有的日出力曲線以後,中午大家都是大發,早上少發,晚上不發,隨著光伏大規模的投入,中午大家都大發的時候必然會限定,因為電網是消納不了的。所以我們研究了中午限功率,不是限電量,限功率10%、20%、25、30%、40%的情況下,在不同的發電光伏的發電容量下,日受限發電量和日受限時長,整個統計分析出來以後,根據這幾組資料來設計儲能電池的容量和它的充放電的時間。

這是最後,我們通過前面的分析和研究,最後選定的光伏儲能的技術引數。左邊這個是不同的發電系統,實際上現在常規整個這個行業裡邊價效比最好的幾組發電系統,電池型別主要是鋰電池和液流電池,廠家有陽光三星、時代新能源、松下,在不同的限發功率,20、25、30、40下,電池的容量,每一種系統電池的容量是不一樣的,還有帶小數點的,這實際上是我們計算出來的。

這是集中式儲能也是分液流和鋰電池的幾種效能。風電儲能的研究,這是10萬風廠的研究,最後通過四種模式下計算出來一個理論型的最優的容量值,算出來是10MW,13個小時是較優的,最後選擇從價格上來說選擇10MW,2個小時,就是20MWh,45萬的風電,同樣計算出來是135MWh,最後價效比考慮2個小時,90MWh。

分散佈置,分散控制和集中控制,集中控制和集中佈置,為什麼這麼研究?當時110MWh佈置下來的,幾十個足球場那麼大,從安全性考慮還是比較大的,所以我們最終選擇了分散佈置和集中控制,為什麼集中控制?前面講了風電的執行策略是很難確定的,我們選擇了這種模式的時候,應該是電池可以高效的應用起來。

這是後面幾組實證性的資料,液流電池和鋰電池充放電特性曲線的展示,液流是可以100%的充放,鋰電池也可以,但是由於壽命的關係,還是要嚴格的按製造廠的要求來。

這是不同倍率的電池的溫度特性的測試,可以看2C要比1C和0.5C,從溫度和溫差上面都要高一些。

這是幾組不同的天氣下,晴天、陰天、限價條件下和跟蹤排程出力曲線,四種模式下實證的資料。最底下的曲線是電池的,有波動型和饅頭狀的是光伏的特性曲線。

為什麼要這樣實證形成的去做新能源的儲能?因為執行的很少,而且電池的特性在實驗室裡邊做的都比較好,但是把它裝在現場的時候問題比較多。所以我們總結分析已用電站的特性,計算出來理論型的,裝上去以後經過長時間多年的實際執行反過來再修正,理論性的計算,最後總結出來一套資料,為整個新能源光伏風電的設計,裝置選型、用型等等提供一些實證性的資料。

(能見App根據速記整理,未經本人稽核)

Reference:科技日報

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