吳俊勇:面向儲能電站的大功率儲能變流器技術創新與示范應用
5月19日至21日,“第八屆中國國際儲能大會”在深圳隆重召開, 來自中國、美國、德國、英國、加拿大、西班牙、日本、韓國、澳大利亞等國和地區1500余位政府機構、科研院所、行業組織、電力公司、新能源項目單位、系統集成商等代表出席本次大會。
江蘇威凡儲能技術研究院有限公司首席副總吳俊勇教授,發表了題為“面向儲能電站的大功率儲能技術創新與示范應用”的精彩演講。
演講內容如下:
吳俊勇:
我想從幾個方向匯報:儲能產業背景、大功率儲能變流器技術優勢、示范工程、公司簡介和系列產品,最后是一個總結。
這兩天很多專家對儲能產業的背景做了很多的介紹,我就簡單講講。
這是一個政策背景,從2017年開始到2018年過了都非常重視儲能,成為了一個新的經濟增長點,在十三五期間各種儲能開始商業化的初期的應用,在十四五期間要得到廣泛的應用,并且形成規模化的發展。中關村儲能聯盟進行了一些統計,對德國、美國、中國等7個國家2016年新增的電化學儲能市場的規模進行了統計,占到了市場的97%,幾乎是占了全世界所有的市場規模,而且裝機容量,預測2020年達到14GW,亞太地區是發展電化學儲能最大的地區,現在主要的供應商包括LG、ABB和三星電子都有布局。目前我們國家裝機容量最高的是鋰離子電池,主要應用在可再生能源并網發電、微網等領域,年投資規模達到280到460億。根據2016年的儲能產業報告預測,現在處于一個示范應用階段,到2030年將會達到一個普及的情況。
儲能方式有很多,有物理儲能、電化學儲能、電磁儲能,其中電化學儲能規模是最大的,也是主要攻關的方向。在儲能里面有兩類,一類是能量型儲能,一類是功率型儲能,能量型儲能能量密度比較高,主要應用移峰填谷。功率型新能源主要用于系統調頻。這些方面前面大家都有介紹,我就簡單講講。
下面講講大功率變流儲能的技術優勢。現在的儲能分類有分布式的,也有集中式的。由于電力電子器件的性能限制,現有結構,單臺儲能裝置功率不超過500KW。以張北風光儲輸示范工程來講,它是23MW/95MWh的,用了46臺PCS。用分布式的儲能系統解決大容量的儲能問題,這個思路是有問題的,它占地面積大,控制復雜、協調困難,輸出電壓低,通過多級變壓器來做,無功損耗大,效率低。多機并聯還存在一個強迫諧振的危險。在電力電子密度非常高的應用系統里面,它們的頻率都是一樣的,如果在數量達到了一定的情況以后,和系統的短路容量比較弱的情況下,可能會產生系統的強迫諧振,造成系統的諧振停機,這是大功率、大容量儲能的瓶頸。
我們從2013年開始就在研究一種新型的鏈式的結構,我們和智光是有一定區別的,我們在直流側采用了隔離變壓器進行隔離,把電池和PCS隔離開來,電池是1000V以下,600到850V的低壓直流,直接接入系統是7KV到35KV,省去了多臺并網變壓器,進一步降低裝置成本。采用鏈式的DC/AC的變換器,實現高壓直掛隔離型的大功率儲能變流器,它實現了集中式大功率儲能,徹底突破技術瓶頸,實現大容量變流器高壓直掛,而且它能夠多電平輸出,PQ解耦控制,改善電能質量。通過多個H橋的級聯,可以使裝置直接進入高壓電網,省去了多臺并網變壓器,我雖然多了一個變頻的環節,但是我的成本能做到和現在500KW的變頻器至少和它打平。還有一個是隔離型全橋DC/DC使電池和高壓側完全隔離,確保了電池的絕對安全。還有一個是這個裝置能實現集中控制,整個系統的調節范圍非常大,響應速度能夠達到毫秒級。整個系統能實現四象限運行,有功無功都可以獨立調整,可以一機兩用,可以用于有功調整,也可以用于無功調整。
這是我們開發的第二代產品,專門面向單臺容量5兆瓦的變流器,它的所有控制系統我們全部換了,去年10月已經在實驗室并網成功,研發了新的儲能變流器的模塊,擴展性強,高集成度的裝置,實現了大容量儲能變流器的模塊化、高繼承化。
我們也在做高壓直掛非隔離型儲能,現在我們做的樣機是直掛35KV,可以直接參與系統的調頻。這種集中式和分布式的比較,集中式的沒有升壓變壓器,效率比較高,成本相對比較低,而且它的集中控制,控制難度比較小,它既可以做儲能系統,也可以做無功補償,占地面積中等,響應速度也比較快。
我們這樣一個項目已經有了示范工程。我們和京能集團聯合開發,給他們開發了1MW的儲能變流器,這是在京能集團的延慶八達嶺30WM光伏電站投入使用的,2016年9月份通過了工業驗收,如果有興趣的可以去那里參觀,我可以幫你們聯系。這是跟系統直接并聯運行的,掛入了35KV的系統,這是第一臺,功率是1MW,容量是1MWH,單鏈采用9鏈的方式,這是國內首臺隔離型的高壓直掛的技術路線,并且正式投入的兆瓦級的儲能變流器,它使單臺的儲能變流器的容量達到兆瓦級和數十兆瓦級,成為未來大功率容量儲能電站的首選技術,屬國內首創,達到了世界先進水平。(見PPT)左邊這個圖是我們打開之后的內部結構圖,右邊是變流器加上電池的現場照片。
2017年4月份我們也請電科院的周孝信院士、湯廣福院士給我們做了成果鑒定,我們這種兆瓦級大容量統一功率調節裝置填補了國內空白,為大規模儲能電站和能源互聯網建設提供了有效的解決方案,整體水平處于國際先進水平,其中SOC均衡控制技術達到了國內領先技術水平。我們這方面也有專利技術,也有他們的鑒定意見證書。
下面介紹一下我們公司。我們經過技術轉移成立了威凡儲能技術公司,這個公司主要是在威凡高科的基礎上,專注于研究儲能產品及其系統的集成,我們主營從低壓到高壓、從能量型到功率型的各種儲能系統,單機容量從1MW到10WM,適應各種場景的儲能變流器產品,包括產品的設計、研發、制造、系統集成、售后和咨詢服務。我們這個企業是中國電源學會電能質量專業委員會委員單位,設有院士工作站、博士后工作站、屬于江蘇省高新技術系統,擁有自主知識產權206項,我們也獲得了3C產品的認證,包括國際質量管理體系的認證。
我們的應用領域有幾個方面,我們目標市場是光伏和可再生能源的并網,還有電力系統調頻輔助服務、電動汽車相關應用、需求側管理和微電網。典型的客戶,大型風電場和光伏電站、大型發電企業、國家電網和南方電網,大型汽車充換電站業主、大型用電企業、售電公司。我們的風電、光伏裝機早就是世界第一了,但是我們的棄風、棄光、棄水也是世界第一,所以儲能的意義和責任就在這里,我們要更多的利用清潔能源,雖然光伏、風電是清潔能源,但是棄電非常大,所以我們必須要加儲能。現在風電、光伏都是野馬,能力很大,桀驁不馴,我們加上儲能,就是給它加上一個鞍,讓它能為我們所用,裝上儲能,就可以顯著降低棄風、棄光,提高經濟效益。截止2017年底,中國可再生能源發電裝機達到6.5億千瓦,若按裝機容量的10%配套儲能裝置,按照1瓦5毛錢算變流器,光這個變流器的市場就有300多億。而風電、光伏可再生能源的并網應用,只是儲能的一個應用而已,包括調頻、調非、需求側響應與微電網,電動汽車充換電站等等,這又是幾百億的市場,所以未來商機無限,今天這么多人在這里,大家也是看到了這個商機。
我們的產品定位,核心技術是5兆瓦以上高壓直掛鏈式隔離和非隔離的儲能變流器,它可以和不同類型的儲能電池進行配套,構造典型的應用場景的功率型和能量型的配套技術,目的是以核心技術為依托,瞄準各種典型儲能應用場景,生產從低壓到高壓、從單臺容量0.5MW到10MW、從能量型到功率型的系列變流器產品,形成大型儲能系統綜合設計與系統集成能力。功率型儲能系統是用于點了市場的調頻、調峰等輔助服務、可再生能源電廠并網、后備電源等等方面,它是超級電容、鋰離子電容、鋰電池加上功率型儲能變流器(非隔離式)組成。能量型儲能系統是由鋰電池、鉛炭電池電池、全釩液流電池加能量型儲能變流器(隔離式)組成,可用于移峰填谷、減少棄風、棄光、用戶側需求響應等。還有動力電池的梯次化利用,可以變廢為寶,延長動力電池的產業鏈。
我們的產品線有三條,一是高壓直掛非隔離的,直掛35千伏5兆瓦,最大效率可以做到98%,可靠性方面,因為體積比較大,我們要讓它達到99.9%。隔離型,我們現在正在研究單臺容量10兆瓦的,如果有10兆瓦了,我就是世界第一的,能夠把電站容量做到最大,最大小能做到96%,因為我有高壓隔離變頻器。針對一些應用的場景,功率型的電池配備的是調峰、需求響應。如果是能量電池就是各種移峰填谷和梯次利用。并且我們也生產500千伏以下的應用,它支持6臺以內并聯運行,它在微電網、移動式等等方面進行應用。
我們企業秉承厚德載物的理念,牢記始于客戶需求、終于客戶滿意的服務理念,為客戶專業提供全系列儲能變流器產品及系統設計、研發、制造、系統集成、售后和咨詢服務,矢志打造具有國際領先水平5兆瓦級以上的直掛大容量儲能系統,以總前沿的技術、最優質的產品和最周到的服務回饋用戶,為儲能行業的發展和社會科技進步貢獻價值。
責任編輯:繼電保護
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