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智光储能郭威:用户侧储能电站投资与建设要点分析

编辑:澳门新葡2566.com资讯中心 来源:澳门新葡2566.com 发布时间:2020-07-30 浏览:
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澳门新葡2566.com讯:2020年7月25-26日,由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会联合江苏省电机工程学会可再生能源专委会、国网江苏省电力企业电力科学研究院、国网江苏综合能源服务有限企业、中国能源建设集团江苏省电力设计院有限企业等单位共同主办的“第四届全国电网侧暨用户侧储能技术应用高层研讨会”在南京召开。

25日下午,广州智光储能科技有限企业技术总监在会上分享了主题报告《用户侧储能电站投资与建设要点分析》,以下是整理后的演讲速记:

各位领导,各位专家,大家下午好!我今天跟大家分享的内容是《用户侧储能电站投资与建设要点分析》。前边已经有多位电网专家、还有电科院的官博士讲到储能有关的标准,已经讲了很多了,所以我这里就不再讲标准了,重点先容一下储能电站的投资与建设要点分析。

大家都知道,大家国家的电网是世界上最强大的,一方面连接着最复杂、最庞大的电源,一方面连接着最复杂、最庞大的负荷。负荷的种类和需求千差万别,其中包括图中24小时X365天连续生产的工厂,还有8小时×5天的工厂,还有大中小型工业园区以及工商业和居民住宅等等,早期的电源主要集中在火电和水电,后来由于风电和光伏的不断接入,不断刷新并挑战电网的调节能力,电网夹在中间需要对电源和负荷进行平衡。随着新能源电站越来越多的接入,这个平衡越来越难,电网为了应对这种挑战采取了一些措施,一方面在电源点进行电量电费的计量、一次调频、二次调频、深度调峰、调停备用、发电权交易、AGC等等一系列的手段,不乏经济手段与行政手段并用;另一方面对于用户侧平衡的手段就比较简单,主要是电量电费、容量电费、需量电费、无功电费、削峰填谷等等,主要还是以经济手段为主。

因为电源侧新能源渗透率不断增加,用户侧分布式电源和用电负载的变化,对电网带来一些新的挑战,电网需要对此进行平衡,电网的压力非常大:为了给新能源让路,促进新能源消纳率、弃电率成为电网企业的一个考核指标,造成一味地压低火电出力,但是火电是可靠电源,火电被压了之后,电网的安全性面临较大的压力,因为对于用户侧的负荷是不能进行控制的,所以需要慢慢开放一些电力市场。

基于以上的分析,大家认为用户侧储能的存在是有非常重大意义的。我印象中是在2018年的时候,有电网企业的专家第一次提出把用户侧的储能起了一个名字叫“峰谷套利”,这个名字我听得很不舒服,怎么搞大家做用户侧储能好像在不当得利一样,实际上大家把储能建在用户侧,是平衡了电源和负荷的,是对电网安全做了贡献的,应该称作“峰谷撬利”,后边我会做分析。

首先,用户侧储能的建设是符合国家降低企业电费成本的政策,扶持企业发展的这么一个战略需求的;第二,用户侧储能可以推进电力现货交易市场建设,符合国家电力市场化改革的方向;第三,用户侧储能建设,更靠近负荷中心,这种可调率、响应速度以及精度均高于常规的电源;第四,大家认为肯定可以一定程度上缓解电力调峰的压力,缓解每年夏季,尤其像江苏和浙江等省份“迎峰度夏”的压力,保证电网安全运行,并且在一些大城市可以提高电网和电力设备使用寿命,这个经济性是非常高的;第五,对于新能源接入,新能源渗透率越来越高——现在部分省份已经超过30%,江苏光伏已经超过15%的装机量,缓解新能源渗透率增加带来火电调峰的压力,减少新能源弃风弃电。比如用户侧建了越来越多的储能电站以后,可以提升在”三北地区“新能源消纳能力。这是大家认为用户侧储能建设的价值和意义。

第二部分,可能就偏向具体化的一些分析,从用户侧储能项目投资分析。

用户侧储能投资分析,因为储能目前来说成本还是比较高的,所以大家首先要选择投资区域,什么区域的峰谷电价足以支撑用户侧储能建设?所以首先得调取用户侧储能峰谷电价的信息,包括一般工商业和大工业的电价,不同接入电压等,大家要进行评估。前几年和很多客户交流,有人说峰谷电价差达到7毛钱的时候用户侧储能就可以做,是不是这样呢?大家还要看投资成本,目前用户侧储能系统的设备成本基本上维持在1400~1600元kWh(不含工程),当然有些厂家可能会更低,前一段时间还有人问我1100能不能做?反正大家可能做不了,当然这里的原因比较多。

第二,一定要考虑系统损耗和运维成本,包括电池系统的衰减,这个的影响可能会使测算收益打7/8折,到底打几折,根据储能系统所选择的集成方式、优化设计和运维水平等有很大的关系。

第三,电池全生命周期循环寿命,上午很多专家也提过,电池的寿命有一些电池厂家宣称可以做到10000次循环寿命,但是我知道行业里面最多的是存在于4000—6000次循环寿命,在这么低的寿命里面,怎么寻求更高的利润?

第四个,关注峰谷价差和电价变动,政策上把峰谷电价差稍微调小一点点,都可能对电站经济性造成极大的影响。这些是峰谷电价差方面的影响。

大家还得关心客户类型选择。一定要注意选择客户类型,上面图片展示的,第一个是一个标准的商业配变24小时(96点)负荷曲线,这个可以通过供电局可以调取到。第二个是工厂配的24小时负荷曲线,可以看出是24小时连续生产的一个企业,比如说像陶瓷、钢铁、水泥、化工等这种24小时连续运行的。第三个是一个工业配电一周的负荷曲线,因为它是周末不生产的,周末只保留很少的负荷电源,所以大家在选择客户的时候注意优先选择的最好是365天或330天以上都生产的客户。

第二点,讲一下生产工艺的调整对用户侧储能电站建设的影响。我大概十多年前我是做工业客户,传统工业用电这一块的,客户的工艺调整对用电的空间和时间变化巨大,也会对储能电站的投资带来很大影响。比如说陶瓷厂,由于峰谷电价差的问题,很多客户把烧结工艺调整到晚上低谷电价时间段进行,对工艺工序进行调整,就大幅压缩了储能建设的规模空间,甚至不再适合建设用户侧储能电站。当然还有一些其他的因素,这里不展开先容了。

第三部分,重点关注政策导向。

政策导向对储能电站的影响是致命性的,可能现在看着峰谷电价差高,适合做储能,但是一定要分析这个地区的市场,是市场行为大于政策,还是政策大于市场?比如说最近讨论比较激烈的,广东的火电调频市场,可能前期还比较好,突然之间7月份发布一个政策,收益可能要砍半,降到40%左右了,这种就是典型的政策干预大于市场的。而大家要选的就是市场大于政策的。

还有包括容量电费和需量电费的计算方法,还有今年在山东、河南、江苏、浙江等省份已经开展的一些需求侧的响应,这种需求侧的响应对储能电站建设是有利的,通过储能可以削减容量电费。还有是灵活调峰,国家允许用户侧储能电站参与市场灵活调峰。

第三部分,重点先容一下储能电站的建设要点。

从以下三个方面来分析:

第一个是接入方法,接入方法很常规,做电力系统一般会想到一个客户一台变压器配一套储能系统比较简单,就地集中接入,一台配变这种效果非常好的,因为是建在配变的下端,不存在容量的影响。可是往往大家接触到的客户是有多台配电的,往往是直接并联接入,这就存在一个问题:大量的电力电子储能PCS直接并联接入,由于交流侧直接并联,系统中各个环节存在杂散的电容(共模电容),进而有电磁干扰,会对电池寿命、效率和PCS及储能系统的稳定性造成很大的影响,这种方式还是要慎重考虑,因为储能系统的稳定性跟投资收益密切相关的。

既然存在这种情况,又有人提出来第三种解决方案,通过双分裂变压器接入,即多台储能通过一台变压器接入到配电侧。新问题是既然配了变压器,为什么不把它直接配到高压侧呢——10kV这一侧?但是配到10kV高压侧之后,会是这种情况,会对客户配变的容量费带来一些影响,所以在进行多配变集中接入的时候,一定要把客户的容量费改为需量费,不然的话会增加很大的运维成本,这个成本是很高的,甚至可能决定一个项目的投资成败。

容量既然都能够做到MW级,不妨可以考虑采用高压的直接接入方案即高压集中接入,直接把储能系统接在高压侧,而不需要变压器,可以完美解决变压器容量费的问题。

第二个是功率和容量的选择,大家一定要调取客户现场功率变化曲线,来截取更经济的储能系统配的功率。像第一张图是一个800的变压器,但是大部分的负荷是维持在350区间的,所以这个项目的储能系统配比是不能超过350的,超过350这个储能系统的经济性会受到影响。

这是24小时负荷曲线,还要截取一周的负荷曲线。像这个项目,周末停止生产的现场,一年大概有100多天都不运行的,这种现场是不适合配储能的。

365天的负荷现场,因为夏季温度比较高,开空调,还有一些制冷设备、制热设备等等,夏季负荷会相对高一些,但是往往情况下我是不推荐大家的合作伙伴拿着一个月的数据就来做分析,因为可能采集的是冬季,也可能是夏季的数据,但是万一这个客户在冬季要加热,夏季要制冷,采集一个月的数据是不适合拿来做分析的,最好是采集一年365天功率数据来做分析。

这张图是不同容量配配变的负荷曲线,大家基本上都是按照最小功率去配,这样可以保证大家的经济性达到最佳。

还有峰谷平运行时间长短,大家可以根据客户所在地的峰谷平电价来做,因为大家是在做所谓的“峰谷套利”,建议叫“峰谷撬利”,最终主要还是要靠峰谷电价获得成本回收和收益,所以大家优先选择根据客户现场的峰谷时间段来选择容量。

第三部分,我讲一下效率选择,很多不搞电力电子研究的人对这一块可能有一些误解,说PCS效率现在都是98%、99%。但是我是做十几年电力系统产品,从应用到研发都在做。这一块有很多专家,包括大家的同行都容易搞混,电力电子有一个最佳效率和最大功率效率,就是满负荷效率,还有一个是平均效率。但实际上像最佳效率,大部分的储能PCS都能做到99%以上,但是在做用户侧的时候大部分都是维持在最大功率运行的,所以最大功率、满负荷的PCS的效率才是大家关注的要点。

关于效率的第二个关注点,讲一下变压器,变压器的效率这一块比较乱,效率在98—99%之间,因为有干变、油变,还有单绕组、双绕组、多绕组等,还有用全铜、全铝、合金的变压器,硅钢片有有取向和无取向等等,都会对变压器的效率造成一定的影响,所以在选择变压器的时候一定要明确大家到底是选择何种形式的变压器。因为现在最高效率的变压器是用合金材质做的非晶合金的变压器。

效率第三点,我讲一下线路损耗,大家做电气的人都知道,线路损耗等于I平方R,又等于I乘以U,所以要提高效率,一方面要降低电流,减少电阻,另一方面是要提高电压,减少电流,实际工程上能做的就是降低电流,提高电压这两种手段。

第四点,电芯并联损耗,实际上这个是行业里面很多人都已经认可的一个观点。因为每个电芯都是一个能量体,电芯端电压和内阻是不相同的,当把电芯,或者电池簇、电池pack并联起来以后,本身内部就形成环流,有一个内部自放电的过程,因为电芯直接并联之后带来的这些损耗在系统设计过程中是很难避免的,除非完全避免电芯的并联。所以大家在这一块提升效率的时候,优先去选没有电芯并联的储能系统。

关于效率的经济性比较,我拿两种储能产品对比,一种是低压的630kW的储能系统组成5MW,一种是单机5MW的高压储能系统,做一个对比。要求续航时间,也就是放出电量的时间都是3小时,来计算配比电池容量。额定功率都是5MW,放电时间都是3小时,DOD都是90%,但是电池容量会存在比较大的区别。低压的方案,因为受效率等各方面的影响,低压方案配的电池容量会偏高一些,电池容量会直接影响到一次投资,最终影响投资收益。通过这张表大家可以看到高压方案装的电池容量小,反而获得的收益会更高一些。

这些数据是初始的,有的设备刚投运,只是几个月甚至半年时间的值,但是时间长了以后变化就比较大。今天上午平高的白总也先容过储能系统衰减是过快的,在他们已经建成已有的电站里面是存在这个问题的,怎样避免电池的衰减呢?实际上电芯的容量衰减是遵循一个曲线的,这是现在电池厂家能够提供出来电池的衰减曲线。但是大家作为储能系统的集成厂家来说,努力要做的是让大家储能系统容量衰减值无限接近甚至于完全贴合于电芯衰减曲线,大家一直在往着这个方向去努力。

实际上,储能系统的投资建设,受到不同因素的影响,投资回收期存在较大差异,这些因素直接导致目前国内已经建成的储能电站是否成功。只能说谁做谁知道:谁建设,谁投资,谁知道这个事情的实际效果怎么样。

最后一点,因为以上的原因存在,实际上大家还需要进行一个优化设计,比如说为了在进行容改需之后,储能系统一定要对接入的电网容量进行实时的监测。这里是画的一个监测的图,避免客户现场用电最大容量超过容改需的临界值。

最后按照惯例先容一下智光储能,广州智光储能科技有限企业是2018年成立,是上市企业智光电气的全资子企业,最早是智光电气的一个事业部,2012年的时候开始进行储能技术和应用研究,最早做成的是2014年南网一个项目。智光储能研究的领域,包括液流电池、压缩空气、飞轮储能等等。

大家自认为智光企业有三大核心技术,一个是电气控制,一个是电力电子还有高低压,大家现在已经建成广东省大功率电力电子技术工程实验室,这个是广东省仅有的。

智光经过二十多年的发展,从最早做配电网的相关配电网接地消弧线圈产品,高压变压器,高压软起动器,储能系统,还有船舶岸电系统。大家获得的国家相关专利,这是获得的一些专利和技术中心。这是储能系统相关的发明专利,目前获得28项,大概还有30多项正在申请过程中。

智光二十多年的发展,建立了自己完整的质量保证体系和售后服务的网络,在今年了8月份,智光云服务网络平台正式开通运营,可以对智光所有的产品和客户现场的情况进行实时监控,可以实现无人值守,包括可以及时了解到客户现场设备运行情况。

智光储能产品的研发设计及生产,主要参照的是GB/T51048、36547和36548等相关标准,这里只是列出一部分标准,因为智光在设计电力电子、储能相关产品较多,时间超过20多年,所以大家遵守的标准也比较多,条条框框也比较多。

智光目前应该是国内储能产品线最全的储能企业,包括大家模块化分布式储能、低压集中式储能系统,退役电池梯次利用储能系统,可以根据客户不同运行场景的需要,满足电源侧、电网侧、用户侧、分布式新能源等需求。大家的产品也是获得中国电科院和国家权威机构的检测试验报告。其中,大家的主打产品级联型高压储能系统在去年年底也获得了中电联先进产品的报告,认为该产品达到国际领先水平,技术先进成熟,可以投入生产。

这个是大家在储能电站里面项目现场通过的并网测试,严格按照36548的标准进行测试。这是大家一部分的运行业绩,第一个是大家2014年在南方电网储能电站做的户内式储能系统,第二个是在广东建的6kV5MW/3MWh,第二个是在广东五沙热电厂建的6kV9MW/4.5MWh,这两个分明是在茂名建的20MW/11MWh。这个是大家在江苏用户侧现场建的,左边这个是0.4kV低压储能系统,那边是10kV2MW的储能系统。

这个是大家储能系统的实时监控系统,可以对储能系统内部所有的东西进行在线监测,包括PCS运行状态的监测,充放电,包括BMS。这个是电池pack的数据进行监控,空调系统、消防系统、电表电量,还有日的SOC曲线、PCS曲线,还有BMS的信息表。当然还有更多的储能电站正在建设过程当中。

我今天的分享就是这么多,谢谢大家!      

关键字:储能

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