2.儲能大會ppt9月9日最終.pdf

1、目錄20102示范工程基本情況儲能應用技術與試驗實證03 儲能安全技術研究示范工程建設背景3l 新能源中心與負荷中心呈現明顯逆向分布，電網就地消納不足，送出通道資源有限；l 大新能源基地、大直流送出開發利用加劇了系統穩定性問題，資源特性導致儲備容量不足。l 集中式新能源發電大規模并網的電力系統呈現“雙高”形態。l 新能源占比提高后，電力系統調節能力下降，造成新能源消納受限和安全運行風險提高。新能源中心遠離負荷中心波動性和隨機性較大新能源發展面臨的問題示范工程建設背景4隨著大量新能源的并網接入，電網發生的振蕩事件也日益增多，而英國的事件也僅僅是較為嚴重的振蕩事件之一霍恩風電廠并網點電壓和有功及無

2、功英國大停電功率損失時序霍恩風電廠風機系統電壓和有功及無功l 在系統層面：大規模新能源接入電網后，電力系統的運行特性發生變化，需要快速響應資源，新型儲能有望在提高電力系統穩定性方面擔當大任。l 在場站層面：提升新能源場站系統靈活性，提升調峰、調頻、調壓等能力，從而改善場站出力特性。l 在機組層面：提升機組的穩定性和抗擾性的需求。電網“雙高”形態下的需求系統調頻平滑出力跟蹤計劃削峰填谷儲能具有靈活快速調節特性，是構建新型電力系統的重要組成部分儲能具有跟蹤計劃、削峰填谷、平滑出力、系統調頻四大功能，可以針對風光發電的隨機性、波動性和間歇性，實現風、光、儲多時間尺度的出力互補，提高新能源發電的可預測

3、、可控制、可調度性，使之達到或接近常規電源。示范工程建設背景6新能源+儲能政策l 國家明確 2030 年30GW 儲能裝機目標，14 個省相繼發布了儲能規劃，20 多個省明確了新能源配置儲能的要求，項目裝機規模也在大幅提升。l 截至 2021 年底，新型儲能，累計裝機規模達到5729.7MW，同比增長 74.5%。中國新型儲能市場累計裝機規模（2000-2021）示范工程基本情況采用首創風光儲輸聯合發電技術路線，示范應用8種型號的風電，共496MW；多種光伏組件和跟蹤方式的光伏發電形式，共100MW；多種類型的儲能電池，共33MW/95.8MWh。建設規模78磷酸鐵鋰14MW/63MWh鉛酸電

4、池2MW/12MWh液流電池2MW/8MWh鈦酸鋰電池1MW/0.5MWh梯次利用電池3MW/9MWh儲能虛擬同步機10MW/3.3MWh一 期二 期廠家電池類型容量電池數量中航鋰電磷酸鐵鋰3MW*3h29376節萬向磷酸鐵鋰1MW*2h32000節ATL磷酸鐵鋰4MW*4h43200節比亞迪磷酸鐵鋰6MW*6h22680節普能全釩液流2MW*4h5040節南都膠體鉛酸1MW*6h4128節雙登膠體鉛酸1MW*6h4128節奧鈦鈦酸鋰1MW*0.5h3600節梯次利用大巴退役3MW*3h/虛擬同步機比亞迪/中航鋰電10MW*0.33h/一期儲能4種類型，總容量20MW/83.5MWh，2011

5、年開始陸續投入運行；二期規劃50MW，已初步建成梯次利用和虛擬同步機儲能系統13MW/12.3MWh。儲能電站基本情況示范工程基本情況9“雙高”電力系統試驗環境構建示范工程基本情況l 以兩臺5MW儲能系統作為試驗平臺的啟動電源與測試激勵源，可調RLC負載與部分儲能作為試驗系統負荷，發電機組模擬傳統火電機組，通過控制并入電網的新能源設備臺數模擬不同新能源占比的“雙高”綠色電網試驗環境。以新能源為主體的新型電力系統實證平臺目錄100102示范工程基本情況儲能應用技術與試驗實證03 儲能安全技術研究 首次提出了多類型電池動態大容量成組及級聯集成技術，電站整體能量轉換效率90%；開發了基于電站集中控制

6、與儲能單元就地調控耦合分層架構的儲能電站監控系統，實現儲能電站全功率快速響應，實現儲能電站全功率響應時間900毫秒、出力偏差1.5%。一、實現多類型電池動態大容量成組級聯集成技術儲能電站監控界面電站集成示意圖關鍵技術研究11 技術背景：為探索新能源發電慣量和一次調頻等主動支撐技術、填補虛擬同步發電機在大電網應用的空白，2016年，國家電網公司依托風光儲電站啟動新能源虛擬同步機示范工程建設。建設規模：項目從基礎理論、技術裝備、工程應用對虛擬同步發電機進行了研究與示范。建成了涵蓋3大類6種類型的全球最大的虛擬同步發電機示范電站。其中，風電虛擬同步機118MW、光伏12MW、儲能10MW。二、虛擬同

7、步發電機工程示范關鍵技術研究12 首次成功研制并示范了2臺5MW*20min電壓源型儲能虛擬同步發電機；具備一次調頻、調壓、黑啟動、次同步振蕩抑制等功能，性能指標均滿足設計要求；虛擬同步發電機工程示范電站式儲能電壓型儲能虛擬同步發電機控制結構指標啟動時間/s響應時間/s調節時間/s有功功率誤差/%最大支撐幅值/%虛擬慣量/0.05/0.5%100%一次調頻0.050.10.5 0.5%100%關鍵技術研究13 系統采用青島薛家島電動大巴退役的磷酸鐵鋰電池，單體電池額定容量50Ah，整個系統共使用2880組300Ah的電池模組；退役電池篩選與系統集成由許繼集團完成。三、梯次利用動力電池儲能示范監

8、控系統調試現場儲能變流器調試現場梯次利用電池車間關鍵技術研究14 依托國家風光儲輸示范工程開展退役動力電池應用示范，建立了退役動力電池性能評估、分選重組、系統集成、工程應用與系統集成的全套技術。三、梯次利用動力電池儲能示范關鍵技術研究比亞迪 50kW/168kWhC16梯次利用儲能系統億緯鋰能 30kW/117kWh系統C003 標稱容量1MW/2MWhC004 標稱容量1MW/3MWhC016 標稱容量3MW/13MWh測試系統1 50kW/168kWh測試系統2 30kW/117kWh測試系統3 250kW/1MWh比亞迪 250kW/1MWhC003 中航鋰電C004 萬向退役動力電池健

9、康狀態與殘值快速評估梯次利用儲能系統的電熱安全管控性能與應用場景需求的適配15四、基于儲能的真實電網測試環境關鍵技術研究電鍋爐l 自2015年至今，試驗環境建立先后經歷從一期儲能的500kW變流器到二期儲能的5MW變流器，從35kV級到220kV。從站內拓展到上級尚義站、周邊新能源場站。15年站內黑啟動規模2018年啟動35KV黑啟動路徑16四、基于黑啟動的真實電網測試環境關鍵技術研究復合電壓穿越測試復合電壓穿越標準波形直流換向失敗典型電壓波形風機、光伏等新能源設備復合高低電壓穿越測試17(1)利用風光儲基地35kV母線，通過儲能虛擬同步機建立“新能源+儲能+調相機”電力系統；(2)測試變速調

10、相機在額定轉速、最大轉速和最低轉速下的高、低穿特性；(3)變速調相機在不同轉速下的運行條件，監視并記錄風機、光伏數據變化情況。試驗內容：試驗目的：l 測試調相機組在電網發生故障時的響應特性。l 測試調相機組在電網發生故障時對風機、光伏的支撐能力。新能源+儲能+調相機測試系統拓撲圖五、新能源+儲能+調相機測試試驗試驗實證情況18 試驗實證運行了第三代全釩液流儲能系統，實現了單位電流密度、與轉化效率的提升。建立了移動式儲能保電車與移動式儲能保電方艙的儲能應用，實現零閃動保電五、新一代儲能系統的試驗示范與實證運行試驗實證情況移動式儲能車移動式儲能方艙裝備類型及容量100kW/200kWh150kW/

11、300kWh500kW/500kWh500kW/1000kWh1000kW/2000kWh技術類型UPSPCS+STS第三代全釩液流儲能系統19目錄200102示范工程基本情況儲能應用技術與試驗實證03儲能安全技術研究 試驗實證情況 國家應急管理部國家安全科學與工程研究院、中國電力企業聯合會、國網冀北電力共建新型儲能安全檢測與評價中心。共同開展新型儲能性能檢測和安全評價工作，促進新能源規?；_發和高效利用，更高質量服務于以新能源為主體的新型電力系統建設。儲能電站安全檢測與評價中心關于成立新型儲能安全檢測與評價中心戰略合作協議21儲能系統并離網特性檢測平臺 儲能變流器與電源性能檢測；儲能系統并/

12、離網特性檢測；可滿足500kW 及以下儲能接入系統并離網特性檢測試驗要求。試驗實證情況交流源直流源可編程交流負載u 50V-900V直流電壓源；u 可實現電池模擬；u 模塊和簇級電池性能試驗；u 可用于安全性試驗；u 系統容量500kW.u 具備低電壓穿越模擬；u 具備頻率可調功能；u 可開展并網適應性測試等。u 500kW級RLC；u 電壓適應范圍寬。u 可實現100%不平衡調節。u 調整精度0.1KW；u 遠程控制?？删幊讨绷髫撦d22鋰電池熱失控試驗 目前，針對鋰離子電池的熱失控研究對象主要集中在單體鋰離子電池,鮮有從電池模組和電池簇出發研究其熱失控過程及熱擴散規律。本試驗對磷酸鐵鋰電池模

13、組、電池簇的外部加熱或過充條件下熱失控現象、溫度分布、熱擴散規律進行研究,探究磷酸鐵鋰電池模組、電池簇在加熱或者過充條件下熱失控相關特性,探究電池產生大量煙氣后會發生燃燒爆炸現象，探索電池爆燃條件下安全防護措施。電池模組電池簇電池系統試驗實證情況23鋰電池熱失控試驗采用集裝箱模擬室內爆燃場景，對電池簇熱失控進行試驗。集裝箱已經布置通風孔、線纜孔、探視窗等。集裝箱四個角落布置防爆攝像頭。測試儲能模塊布置一個防爆攝像頭。試驗裝置可實時監測記錄溫度、氣體、電壓、電流、聲壓、光強等數據。試驗裝置試驗結構試驗實證情況鋰電池熱失控試驗-磷酸鐵鋰電池模塊2022年6月，進行了多次電池模組熱失控試驗。試驗所用

14、的磷酸鐵鋰電池及電池模組為主流產品，其中單體電池的額定電壓為3.2V，額定容量為150Ah，通過加熱和過充等方式觸發熱失控。試驗集裝箱內部布置試驗實證情況25鋰電池熱失控試驗-磷酸鐵鋰電池模塊 試驗中，磷酸鐵鋰電池在加熱過程中發生熱失控現象，由于單體電池間存溫度的不一致性，隨著熱量的傳遞，電芯初步觸發熱失控，電池安全閥陸續打開，產出大量白色煙氣，煙氣充滿了電池儲能試驗艙，通過點火針觸發了爆燃現象，整個過程電池單體溫度發生明顯變化，最高溫度達400，產氣結束后熱失控現象結束，整個過充電過程中未出現明火。試驗結束后，經檢查發現所有單體發生熱失控。試驗過程畫面試驗實證情況26鋰電池熱失控試驗-磷酸鐵

15、鋰電池模塊磷酸鐵鋰電池由于單個電池溫升導致的熱失控，受電池本身的電量、其串并聯結構影響，并連結構會加劇熱失控過程。磷酸鐵鋰電池在發生熱失控，產氣的主要成分是氫氣、一氧化碳、乙醇、二氧化碳等。試驗實證情況鋰電池電芯電壓及模組電壓變化曲線試驗氣體含量示意圖試驗氣體含量示意圖27鋰電池熱失控試驗-磷酸鐵鋰電池模塊試驗實證情況28鋰電池熱失控試驗-三元鋰電池模塊特征：反應劇烈、明火、熱失控過程溫度達1000攝氏度。熱失控單體溫度值熱失控過程中熱失控后試驗實證情況29鋰電池熱失控試驗-三元鋰電池模塊試驗實證情況30溫度傳感裝置：在每個電池模組間布置熱電偶，對溫度進行實時監測。氣體采樣裝置：集裝箱布有氫氣

16、、一氧化碳、二氧化碳、有機氣體甲烷氣體傳感器。其他傳感裝置聲壓級傳感器+光強+壓力測量傳感器模塊火蔓延熱電偶鋰電池熱失控試驗-磷酸鐵鋰電池簇試驗實證情況31鋰電池熱失控試驗-磷酸鐵鋰電池簇試驗實證情況3233試驗過程中，單個模組發生噴閥現場，整個模組逐漸噴閥，時間為上午11點20分33秒，在11點22分03秒發生爆燃。試驗實證情況鋰電池熱失控試驗-磷酸鐵鋰電池簇34根據預先布置熱電偶采集失真時間可知失控模組單體順序為：2-6（1125s）、2-7、2-5、2-2、2-3、2-4、2-1該順序僅代表過充模組內單體失控時間，其余模組失控時間可能在這之間。試驗實證情況鋰電池熱失控試驗-磷酸鐵鋰電池簇

17、過充模組溫度變化曲線簇級試驗各點溫度范圍周邊模組熱失控試驗溫度變化過程35試驗實證情況磷酸鐵鋰電池單元溫度變化三元電池電池單元溫度變化36試驗實證情況鋰電池熱失控試驗-磷酸鐵鋰電池簇-部分結論l 磷酸鐵鋰電池的溫度變化由電池產熱和散熱關系決定，電池產熱率呈指數變化，散熱率呈線性變化。當電池產熱率高于散熱率時，電池熱量開始積累，整體溫度持續上升，高溫環境會進一步提升電池產熱速率，當熱量積累至一定程度，電池內部開始化學副反應，溫度急劇上升，電池熱失控。若電池散熱速率大于產熱速率，電池溫度開始逐漸降低，電池安全性較好，不會觸發熱失控現象；l 并聯結構會加劇電池熱失控發生的劇烈程度，溫升速率更快；三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池觸發熱失控的溫度都是200左右；三元鋰電池熱失控更加劇烈，其最高溫度可達到1000左右。l 過充相對與加熱更容易觸發熱失控，電池簇在熱失控發生后，大量的煙氣混合物中含有氫氣、一氧化碳、乙醇、VOC等可燃氣體，爆燃后會擴散至整個系統。37