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安科瑞发电侧储能解决方案

作者:上海安科瑞新能源有限公司时间:2024-01-29 我要发布

关键词: 储能

1、背景与需求

随着全球能源危机、用能增加以及新能源技术的增加,新能源发电越来越广,并逐步形成新型能源与电力市场,但新能源的能量密度普遍偏低,进行大功率发电还需要挑选适合的位置场地,因此属于间歇式电源。而微电网技术的提出,为高效利用这些新能源电力提供了重要的技术方向。

多因素共驱,微电网潜力凸显

1)电能紧张:企业可靠用电需求持续提升

双碳下企业能耗管控严

拉闸限电

高温少雨极端天气

负荷创新高

主电网电力可靠性降低

2)电价上涨:企业用电降本需求持续增强

电力价格市场机制持续完善,代理购电价格上涨

电力峰谷价差扩大、电价上涨

3)电力改革:企业微电网盈利模式多样化

新能源允许参与电力市场

负荷聚合商、虚拟电厂和新能源微电网等新兴市场主体参与现货市场交易,提升盈利能力

4)市场空间:成长空间广阔,需求加速释放

10kV及以上供电电压等级的工商业用户有200万户以上,有建设或改造微电网的潜力

按照规模约1-2MW建设,潜在市场总空间可达20万亿元

政策持续加码

1)政策环境:政策大力推动,制度标准持续完善

2015年7月国家能源局印发《关于推进新能源微电网示范项目建设的指导意见》

2017年7月能源局发布《推进并网型微电网建设试行办法》

2018年2月国家标准《微电网接入配电网测试规范》

2021年9月国务院《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》

明确以消纳可再生能源为主体的增量配电网、微电网和分布式电源的市场主体地位。

2)成本趋势:技术进步促成本持续下行,装机动能增强

据Bloomberg数据,预测到2025年光伏组件有望降至0.15美元/W,降幅达37%;

锂电池价格到2024年将降至94美元/kWh,2030年将降至62美元/kWh,电化学储能成本持续下降推动微电网经济性持续提升。

3)发展意义:助力分布式新能源末端消纳,保障国家能源安全

2022年3月发改委与能源局印发《“十四五”现代能源体系规划》指出积极发展以消纳新能源为主的智能微电网,实现与大电网兼容互补,保障国家能源安全。

2022年7月住建部和发改委印发的《“十四五”全国城市基础设施建设规划》指出有序推进主动配电网、微电网、交直流混合电网应用,推动供电服务向“供电+能效服务”延伸拓展。

企业角度迫切需求

确保能源电力安全

满足发展电力需求

促进新能源消纳

优化企业用能

2、微电网及应用场景

包含微电网组成、微电网的运行模式、组成设备和应用场景等。

微电网系统:

由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统,是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。

光伏

分类:

并网型:既可以与外部电网连接运行,也支持离网独立运行,以并网为主。

离网型:不与外部电网联网,实现电能自发自用,功率平衡微电网。

自发自用余电上网模式

完全自发自用模式

全额上网模式

风电

风力发电机组将风能转换为交流电能,风力发电机输出的幅值、频率均不稳定的交流电,经过控制器整流成直流电后输出给逆变电源,由逆变电源转换成幅值、频率均稳定的交流电,经过电度表计量后,直接馈入直流电逆变为 AC380V、50Hz的三相交流电。

1)风力机组部分:捕获风能并将风能转化为交变电能;包括风力发电机组、塔架、地基、线缆等。

2)并网控制部分: 控制风机系统的安全正常运行,内置整流模块输出直流电能,并对输出最高电压进行限制,保护后端逆变器;包括并网控制器、泄荷器、线缆等。

3)逆变部分:将控制器输出的直流电逆变成交流电并将能量馈入电网,带升压变隔离;包括并网逆变器、线缆等。

4)卸荷部分:实现智能控制风力发电机进行刹车停机,确保风力发电机在异常工况下的安全。

储能

电化学储能系统主要由电池组、储能变流器(PCS)、电池管理系统(BMS)、能量管理系统(EMS)以及其他电气设备构成。

电池组是储能系统最主要的构成部分;

电池管理系统主要负责电池的监测、评估、保护以及均衡等;

储能变流器可以控制储能电池组的充电和放电过程,进行交直流的变换。

能量管理系统负责数据采集、网络监控和能量调度等;

电池系统是储能系统实现电能存储和释放主要载体,通过电池单体的串/并联可实现电池系统容量的扩大,即大容量电池系统。其成组方式:先由多个电池单体经串/并联后形成电池模块(BatteryModule,BM),再将多个电池模块串联成电池串,最后由多个电池串经并联而成。

储能系统:PCS

单级式方案,效率高,对电池充放电管理不精确

两级式方案,其电池组的配置更灵活,对电池的 充放电管理更准确,但是效率损失

主要功能:

一是两种不同工作模式下(并/离网模式)对电池系统的充放电功能,并实现两种工作模式的切换;

二是通过控制策略为系统提供双向可控的有功、无功功率,实现系统有功、无功功率平衡;

三是通过相关控制策略实现系统高级应用功能,如黑启动、削峰填谷、功率平滑、低电压穿越等;

四是根据PCS拓扑结构(如单级AC/DC、双级AC/DC+DC/DC、单级并联、双级并联、级联多电平结构等),通过相关控制策略实现对电池系统电压和荷电状态的均衡管理等

储能系统:BMS

电池管理系统包含储能电池监控和电池管理系统两大部分,每套系统包含电池监测电路(CSC)、从电池管理单元(SBMU)、主电池管理单元(MBMU)、高压线路控制单元、储能柜预充电(并联)线路、高压检测单元、热管理单元、电流检测单元、急停系统、以及电池监控系统(PC)等。

电池模块、电池簇和电池阵列的储能系统宜采用三层架构的电池管理系统

电池管理系统功能:

实时监测电池的电和热相关的数据, 如电池簇总电压、电池单体电压或电芯组电压、电池簇电流、电池模块内部温度;

具有 SOC/SOH 、充放电电能量值的计算功能;

高效均衡功能;

电气保护功能;

预警功能;

自检功能;

参数整定与修改功能等。

储能系统:集装箱

储能系统多基于磷酸铁锂电池储能技术,磷酸铁锂电池具备安全可靠、放电深度和充放电倍率高等优势。电池单元采用模块化设计,采用标准20/40英尺集装箱,集装箱内具有空调、温控、消防、照明等保护系统,确保电池系统具有最优的转换效率及运作性能,同时具有安全可靠的保护措施。

微电网:工商业储能

商业楼宇/数据中心

在楼宇地下室或者停车位部署储能,通过降低容量电费和峰谷差节约用电成本。

充电站

在充电桩之间部署储能,代替变压器扩容满足瞬时的大功率充电需求。

工厂/产业园

利用闲置土地资源部署储能,通过负荷预测等控制算法,自动调整充放电策略节约电费。

微电网系统结构

交流母线微电网-并网型

交流母线微电网-离网型

直流母线微电网

 

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