储能建议1014上海交大

1、储能建议1分布式电池储能系统介绍储能技术在提高间歇性能源的可控性方面具有广阔的前景，它的成功应用将突破间歇性能源与配电网协调控制的技术瓶颈、显著提高间歇性能源的接入能力。其中电池储能以其响应速度快、能量密度高、功率和容量配置灵活、适用范围广等优点可在电力系统削峰填谷、平抑间歇性能源波动等多种情况下发挥积极作用。随着技术逐渐成熟，成本得到相应降低，储能系统在配电网中的应用还在不断深入。中国储能项目不断成长，效果显著。2010年上海世博会示范项目，现在已经发展成一系列区域性储能技术选择方案，可以利用各种类型的电池，其重点是技术示范而不是经济模式。一些高密度储能技术目前正处于示范阶段，可能会引起工作

2、场所或公众安全问题，这需要制定相应的标准与规则。关键问题有关：需要多大规模的储能？需要使用哪些技术？电池储能在日常的使用过程中需要根据储能效率、循环寿命、能量密度、功率密度、响应时间、环境适应能力、充放电效率、自放电率、深放电能力等技术条件进行选择。随着DG在配电网中的渗透率不断提高，配电网中的不确定性因素对配电网规划、运行提出了越来越严峻的挑战。无论是调峰问题、安全稳定问题，根源都是电能在生产、输送、消费过程中的瞬时不平衡。储能技术可以很好解决电能供需不平衡问题，如在低谷负荷时通过由电网向储能设备充电储存电能，在高峰负荷时作为发电机运行向电网输送电能，从而达到对负荷削峰填谷，避免电力短缺等一

3、系列问题116,156,15。7已知的储能系统包括物理、电磁、电化学、相变储能。其中物理储能包括抽水蓄能、飞轮储能、压缩空气储能；电磁储能包括超导、超级电容和高密度电容储能；电化学储能包括铅酸、镍氢、镍铬、锂离子、钠硫和液流等电池储能；相变储能包括冰蓄冷储能等。配电网侧储能系统主要以电化学储能为主，即电池储能。常用电池储能的性能参数如表6-1所示。表6-1主要电池储能性能参数对比Tab.6-1Thecharacteristicscomparisonofthemain电池储能电池类型最大功率比容量（W/kg）比功率（W/kg）循环寿命（次）最大充放电效率（%）自放电（%/月）环保性能铅酸数十兆瓦

4、35507530050015008025中镍氢几十兆瓦851602302500651530好锂离子数兆瓦1502002003151000100009501好钠硫十几兆瓦15030090230450090-好钒电池数兆瓦80130501401300080好电池储能并网的基本结构如图6-1所示，主要组件包括电池管理系统（BMS,BatteryManagementSystem），能量转换系统（PCS,PowerConversionSystem），电池组等。其中BMS主要职责包括：智能化管理、维护各电池单元，提高电池利用率，防止电池出现过充过放电，延长电池寿命，监控电池状态；PCS主要实现电池储能直流

5、电与交流电网之间的双向能量传递。10*v1储能机组（PCSBMS电池组）储能机组（PCS、BMS、电池组）储能机组（PCS、BMS、电池组）04kV图6-1电池储能并网结构图Fig.6-1Thestructureofgrid-connectedBESS分布式电池储能系统建模DG大量接入中低压配电网时，风电、光伏等可再生能源的间歇性和波动性将加剧配电网电压波动，对配电网的功率平衡与安全运行、用户的供电可靠性以及电能质量具有较大影响。GB50797-2012光伏发电站设计规范158规定：独立光伏发电站应配置恰当容量的储能装置，并满足向负荷提供持续、稳定电力的要求。并网光伏发电站可根据实际需要配置恰

6、当容量的储能装置。该规范还给出了独立光伏发电站储能电池配置容量的计算方法：C=D-F-P/（DODK）c0a（U-丄）其中：CC一储能电池容量（kWh）；D最长无日照期间用电时数（h）；F一储能电池放电效率的修正系数（通常为丄.05）；P0平均负荷容量（kW）；DOD储能电池的放电深度(DepthOfDischarge,DOD)(0.50.8)；Ka包括逆变器等交流回路的损耗率(通常为0.70.8)。电能存储设备的功率从几千瓦至几兆瓦不等，储能容量一般小于10MWh，多接入中低压配电网或用户侧。分布式电能存储系统的应用涉及配用电系统中的各个环节，具有广泛的应用前景。充分发挥分布式电能存储设备的

7、作用能够有效提高系统的运行可靠性，改善系统的电能质量，提高配电网中可再生能源的接入能力，增加电网和用户的经济效益，为智能配电网的发展提供有力支撑当前技术最成熟的为铅酸蓄电池储能，凭借其价格低廉、性能稳定等优势在电力系统中得到了广泛应用。蓄电池储能可以为电网削峰填谷，减少系统峰谷差，将系统价值低，多余的低谷负荷转换为价值高、急需的高峰电能。电池储能在日常的使用过程中需要根据储能效率、循环寿命、能量密度、功率密度、响应时间、环境适应能力、充放电效率、自放电率、深放电能力等技术条件进行选择。同时电池储能在运行过程中有众多要求及约束，介绍如下：1，额定电压、额定容量电池储能的工作电压不能高于额定电压，

8、在储能系统中包括了电池端电压及电池组总电压等；储能容量不能高于额定容量。2，荷电状态SOC荷电状态(StateOfCharge,SOC)指某一时刻电池剩余容量与额定容量的比值。其取值范围为01,当SOC=0时表示电池放电完全，当SOC=1时表示电池完全充满。SOC(0-2)rated3，放电深度DOD放电深度DOD指电池放出的容量占其额定容量的百分比。放电深度的大小与电池的充电寿命密切相关，电池使用过程中频繁深度放电，会导致电池的使用寿命变短，因此在使用时应尽量避免深度放电，做到“浅放勤充”。4，相邻时刻电量电池相邻时刻电量之间存在时序特性，t时刻的电池电量等于t-1时刻的电池电量与t时刻充放

9、电量之和。5，爬坡率爬坡率可以看成电池储能响应速度。系统运行人员一般希望储能系统响应速度快，从而及时提供系统电压支撑，满足负荷供电。但在储能电站满足敏感负荷正常供电时，爬坡率太高可能会造成负荷设备故障，影响电能质量。6，循环寿命铅酸蓄电池循环寿命次数一般为5001500。锂离子电池循环寿命次数一般为100010000。放电深度对电池循环寿命的影响比较大，所以为提高电池循环使用寿命，在电池运行过程中，对某一时刻电池容量都有一定的限制，并不是满充满放。在文献159中将运行过程中的荷电状态设定在40%100%，实际使用过程中应遵循“浅放勤充”的原则。座2MW/4MWh电池储能电站具体的参数如表6-2

10、所示。表6-2初始网络电池储能参数参数额定功率2MW额定容量4MWh自放电率2%/月充、放电效率0.95爬坡率1MW/hSOC上下限40%100%维护费用IXIO4pte/年.MWh1.2电池储能概况全球储能技术主要有物理储能（压缩空气储能、抽水蓄能、飞轮储能等）、化学储能（钠硫电池、液流电池、铅酸电池、锂电池、超级电容等）和电磁储能（超导电磁储能）三大类。目前，国内储能系统中应用较多的主要是物理储能，包括抽水储能和压缩空气储能，但是这两种技术转换效率并不高，只有70%左右，且对场地和环境有特殊限制要求，因此已不能完全满足对储能系统的要求；目前全球对储能系统的研究主要集中在电池储能技术（化学储

11、能），主要分为锂离子电池（中国）、钠硫电池（日本）和液流电池（北美）三大技术方向，这三种技术路线目前并没有公认的优势排序。表1-1典型储能电池系统应用案例储能种类装置图示优点缺点应用场合典型案例钠硫电池UVWJ|1*工严了_1!原材料和制备成本低、能量和功率密度大、效率咼、不受场地限制、维护方便工作过程中需要保持高温，辅助系统复杂，有r-i1-负荷平衡、负荷削峰、应急电源和不间断电源电网负荷平衡（阿联酋50MW）；风电储能电站（日本34MW）定安土隐患液流电池JlnlBiXtuaj_cidb主,141*话*可靠性高，无污染排放和噪音，建设周期短，运行和维持费较低能量密度低、占地面积大、辅助设备

12、易被腐蚀、辅助系统复杂依赖性高新能源并网、备用电源、削峰填谷、能量管理风电储能电站（日本6MW）；风电储能电站（沈阳卧牛石5MW）磷酸铁锂电池E使用安全、比能量较高、无记忆效应、对环境无污染生产成本高、低温性能差新能源并网、削峰填谷、备用电源、能量管理、风光储联合发电（张北14MW）；风电储能电站（美国32MW）钛酸锂电池卜卜&Vki-1IJjZjiLirMu可快速充放电、循环寿命长、使用安全、无记忆效应、对环境无污染、比功率高生产成本高、能量密度较低电网调频、电能质量、备用电源、削峰填谷、能量管理、新能源并网电力调节系统（美国1MW）；太阳能功率平滑系统（日本3MW）表4-2典型储能电池系统

13、性能比较表性能比较配置灵活性循环寿命效率比容量（Wh/kg）比功率（W/kg）安全防护措施钠硫电池低1015年2500次7590150240150230没有液流电池灵活510年75808013050140复杂磷酸铁锂灵活2000-4000次9080-13050-500-般钛酸锂电灵活5000-20000次9050-55200-2000-般铅碳电池灵活2000-4000次8540-45200-300-般2.140s織加冲來菇瑜騎洋HHTM牌施牙。、洲騎4ffffiaifflaffl10230asaM画。RESssg|2lMiffiKI测IS世gis跚騎-甘25kWh、s田8-125kwhs药理、

14、*磐&2.1-2.1i港愿ig!noswZEwlIE125kWhIIUtt系统的主要技术指标：容量200Ah标称电压640V3.2V*(2*100)串最大工作电压730V3.65V*(2*100)串最小工作电压500V2.5V*(2*100)串浮充电压/充电恒压值690V3.45V*(2*100)串SOC工作范围0.10.9循环寿命2000次80%DOD,4C放日历寿命10年自放电率6%/月存储温度-30-+75C系统工作温度-20-+55C系统重量2000kg集装箱内电池组摆放方式见图2-3，电池组采用货架式安装，系统统一从顶上桥架走线。图2-3储能系统电池安装方式1MWh储能系统布置见图2

15、-4所示，集装箱内有1MWh电池组、1MW双向逆变器，空调系统、消防系统、汇流柜等设备。图2-4储能集装箱内部设计图深圳宝清储能电站在深圳市龙岗区清风大道一个占地仅4100平方米的小院里，坐落着一大一小两座两层小白楼，这就是中国第一个兆瓦级电池储能站南方电网深圳宝清储能站。宝清储能电站示范工程建成了世界上首个10kV无变压器直挂电网的电池储能系统，验证了大容量、长寿命钛酸锂电池技术和H桥链式结构能量转换系统在储能系统中的运用、四级均衡体系，属国内首个具备二次灭火功能的厂站式电池储能系统和火灾自动报警及灭火系统，为我国储能技术发展取得了新的突破。与国网张北风光储输项目注重储能与新能源相结合有所不

16、同，深圳宝清储能站是将储能站放在配电网，接收远方调度的信息，通过储能监控系统来指挥储能站出力（电力术语，指输出功率），从而起到削峰填谷、系统调频、系统调压和孤岛运行等作用。示范园区2020年负荷预测数据园区削峰分析3.1园区数7T，；轮胎H力站113kV環胶厂aPV=1.1MWTM.华夏学I院T*fi白兔姑110KVB118xBU5411F213F9V1I1VPV总装机25.42MWAV；1TT11111JIPkVH11*2PV1勺何脚r*i-明珠F5选取示范园区2015年全年负荷数据（采样间隔lh,共8760个点），对示范园区2020年总负荷进行预测（预测方法：load2020=（load2

17、015+3.5）*1.236），预测结果如下：40IIIIIIQ11111111010002000300040005000600070008000时间Ih园区负荷最高值为39.52MW，发生在2020年12月14日12:00时刻。园区负荷待削峰点（功率高于32MW）共计284个（284小时）。申报阶段的削峰分析估计111IL1II,2520024a126月份年超过80%峰值负荷时段数约2酊小时80%*5怕戾荷提高用户能效空压机驱动翩替代分体空调的改造瞽代电气设备的能效酋理幅值：储能等就地调节回区储能装呂投人可再生龍源的投人幅值12MWS2-起.寻丄1!纭初步考虑建设分布式电储能1MW/2MWh

18、，冰蓄冷2MWh（电功率）根据示范区内的负荷曲线进行测算，以1天超削峰限值8小时的典型日为例：充分利用能源替代和提高产品能效，可削减负荷1MW以上。通过投入储能、可再生能源等就地调节措施，可削减负荷峰值约2MW。通过生产计划调整，可削减负荷峰值约3.5MW；通过激励机制可削减可中断负荷约1MW；通过改善生产工艺过程可削减峰值约0.5MW。园K光伏出力预测电池储能容量分析思路因为储能的经济性差，只有别的削峰措施不够，才考虑储能根据8760小时的负荷曲线f需要削减20%峰值的负荷点如N个点f减去N个点的光伏出力f减去N个点的冷负荷的水蓄冷出力f减去N个点用户互动需求侧管理的出力f剩下曲线的最大值即

19、为储能功率，围成的面积即为储能容量。根据研究报告，储能放电在3小时内对配电网削峰的经济性最大Distributed分布式电储能UEOMIMMW)UO电np6匹2PQPPE迟nffiA经济价值图电池储能放电时间对配电网削峰的经济性3.4光伏出力曲线401111135-3D-010002000300040005000500070008000I讨问/h全年光伏出力最大值为23.32MW，平均值为3.37MW，白天时段(8:0018:00)平均值为7.49MW。申报阶段，取光伏保证出力1MW消减负荷，其在白天的置信区间可达到92%左右。对光伏的削峰能力估计偏保守。经曲线匹配分析，考虑了光伏与负荷的相关

20、性，得出光伏的削峰能力比之前的估计要好。从而减小了电池储能的需求。3.5水蓄冷削峰功率水蓄冷负荷大的企业如日立冷机、日立压缩机、万力轮胎水蓄冷预计峰值负荷削减表日立冷机日立压缩机万力轮胎合计削减前峰值负荷（kW）264916.91585.52766.4削减后峰值负荷（kW）133.1462.1799.11394.3削减值（kW）130.9454.8786.41372.1假定峰值N个点中，水蓄冷都在满负荷运行。4工业园区电池储能配置分析根据调研后用户用能现状的分析和开题会专家意见，示范工程一期考虑建设储能。对于储能的部署，采用哪种储能技术，大容量集中还是小容量多布点，给出可研的指导意见。需明确如

21、下几个参数：1）需要储能承担多少削峰指标（即减少多少用电功率）；2）需要削峰多长时间。通过这两个参数计算分析得出适合本项目的储能容量，然后才能进行储能系统的具体规划估算。4.1电池容量规划4.1.1电池功率与容量基础值步骤一：首先，选取示范园区2015年全年负荷数据（采样间隔1h，共8760个点），对示范园区2020年总负荷进行预测（预测方法：load2020=（load2015+3-5）*1-236），预测结果如下：示范园区2020年负荷预测数据示范园区2020年负荷预测数据40IIIIIIQ11111111010002000300040005000600070008000时间Ih一修握园区

22、负荷最高值为39.52MW，发生在2020年12月14日12:00时刻。园区负荷待削峰点（功率高于32MW）共计284个（284小时）。步骤二：基于从化地区气象数据，对光伏出力数据进行预测，预测结果如下：5园区光供岀力预测0100Q20QQ3OQ04000&Q00500070008000时间/h多W一輯打4D353025201510全年光伏出力最大值为23.32MW，平均值为3.37MW，白天时段（8:00-18:00）平均值为7.49MW。步骤三：确定节能改造、水蓄冷对削峰的贡献值根据园区情况，节能改造实现削峰1MW，水蓄冷（包括日立冷机、日立压缩机、万力轮胎）共计实现削峰1.37MW。步骤

23、四：电池储能规划按照上述设定值，对园区全年运行情况进行模拟，得到结果如下表所示：步骤状态削峰（小时）待削峰（小时）最大切负荷MW初始02841光伏1041802节能改造95855水蓄冷53324电池一1.0MW/3.58MWh22102.251.2MW/3.83MWh2392.05储能1.4MW/4.08MWh2661.851.6MW/4.33MWh2661.651.8MW/4.58MWh2661.452.0MW/4.59MWh2751.25根据模拟结果，在未电池储能前，系统通过光伏、节能改造，水蓄冷等削峰作用，总计可实现削峰252小时，尚有32小时待削峰；如果配置1MW/4MWh容量电池储能

24、，则可将待削峰点削减至10个；当电池储能配置容量达到3.3MW/5MWh时，可实现全部削峰。下为系统运行具体情况模拟：场景一：园区未配电池储能下切负荷情况分析3.5园区未配置111池储能卜全年贮个待削膏心情况310.5400070003000900050006000时间/h03000由图可见，当园区未配备电池储能时，需切负荷功率最高为3.253MW，发生在2020年12月14日12:00时刻。场景二：1MW/4MWh配置下电池储能运行情况模拟001MW/4MWh配置下储能容量运行情况模拟斗IIIIIIII_53_JZAA乏一国炖22_0.5100020003000400050006000700

25、0S0009000时间Ih900090002.5系统切负荷情况模拟X:8220Y：2.253S5000450050005500-60006500700075008000时间/h场景三：3.3MW/5MWh配置下电池储能运行情况模拟苗胡Wh配置卜-电池储能功率运行情况模拟4IIIIIII3.3MW/5MWh配置下储能容懾运行情况模拟3.3MW/5MWh配置下储能容懾运行情况模拟JZAA乏一国炖3.S22,0.51000200030004000500060007000S0009000小时./h更多配置：5000550060006500700075008000S500时间fh500055006000

26、6500700075008000S500时间fh1MW/3.58MWh配置下出池储能容量运行情况模拟3.5iiiiiii1000200030004000500060007000S0009000.52Z系统切负荷情况模拟-515OB4500时间Ih2MW/3.83MWh配置下日池储能容量运行情况模拟2MW/3.83MWh配置下日池储能容量运行情况模拟5000550060006500700075008000S500时间fh5000550060006500700075008000S500时间fhJCAA乏一国址,511000200030004000500060007000S0009000时间Ih系统

27、切负荷情况模拟5OB005414MW/4.08MWh配置下日池储能容量运行情况模拟14MW/4.08MWh配置下日池储能容量运行情况模拟0,500100020003000400050006000700080009000JZAA乏一詞炖系统切负荷情况模拟2111110.4111111145005000550060006500700075008000S500时间!h6MW/4.33MWh配置下日池储能容量运行情况模拟6MW/4.33MWh配置下日池储能容量运行情况模拟JZAA乏一詞炖0,500100020003000400050006000700080009000时间小时间/h8MW/4.58MW

28、h配置下日池储能容量运行情况模拟8MW/4.58MWh配置下日池储能容量运行情况模拟JZAA乏一国炖X:4678Y:2.322X:8224Y：0.45751000200030004000500060007000S0009000时间Ih系统切负荷情况模拟5000550060006500700075008000S500时间fh系统切负荷情况模拟Z0MW/4.59MWh配置下自池储能容量运行情况模拟TOC o 1-5 h z4-5iiiiiiir1000200030004000500060007000S0009000时间Ih5000550060006500700075008000S500时间fh总结

29、与建议：由于目前节能改造与水蓄冷对削峰作用的估计较为乐观（二者之和达到2.37MW）,加上光伏削峰的作用，预测园区2020年全年仅有32个小时峰值尚待削减。电池储能发挥的空间较为有限。通过分析可知，如配置1MW/4MWh电池储能，则可将峰值点削减至10小时；如配置3.3MW/5MWh及以上电池储能，则可实现全部峰值点削减；如不配置电池储能，则32个待削峰点可通过用户侧管理（可中断/转移负荷）实现削峰。鉴于储能价格较为昂贵，建议比较配置电池储能与不配置电池储能而通过切负荷实现削峰所带来的经济效益情况，选取最合适的方案。4.1.2储能容量与可中断负荷的折中方案在电池储能配置容量为1.4MW/22M

30、Wh下，经各种削峰措施后所剩余的小时数很少6小时00O_-|g111111110100020003000400050006000700080009000时间/h14MW/4.08MWh配置下自池储能容鱼运行情况模拟0,57000S0009000100020003000400050006000时间/h园区2020年电网运行情况模拟40园区2020年电网运行情况模拟4035301000200030004000500060007000SQ00时间/h系统切负荷情况模拟50005500600065007000时间fhS5004.1.3考虑的变动因素光伏变动水蓄冷负荷1.37MW节能1MW储能功率的调整

31、公式：估算基准值+光伏的变动出力值+水蓄冷负荷变动值+节能变动值=推荐值如：节能变成1.1MW，则电池储能-0.1MW电池储能的效率75%.4.2电池位置储能电池安装地点说明：全集中式安装：全集中式安装的最大优点是便于运营管理和维护，目前国内大规模储能装置均采用集中式安装，由专人管理。集中式安装便于电网调控，储能出力和充放电过程完全可控，所需日常运行管理人员较少，后期维护也较为方便。最大的缺点是运行风险较大，一旦出现设备故障，整个储能电站的出力将严重受限。集中安装为主，分散安装为辅。集中和分散相结合安装的最大优点是储能出力互为备用，运行风险降低。缺点是运营管理和维护不方便，尤其当储能安装地点之

32、间的距离较长时，当储能装置同时发生故障时，运营人员需去多个不同地点维护。同时，对不同地点的储能装置出力调控维护复杂，需分散安装地点处的多个用户配合，储能出力具有一定的不确定性。分散式储能安装需用户具备一定的储能装置运营管理知识，同时可能对用户设备进行一定程度改造，安装成本较高。电池集中式还是分散式的可选方案，集中式，电网公司有两块空地可选。分散式，在用户光伏侧。峰谷差的电价收益付分布式储能的租地。原有万宝节点的光伏可装机容量很大达6.9MW，根据潮流计算，如果全部安装会导致该节点的电压上升越限，因此光伏不能安装太大。建议此节点安装储能，有利于电压调节。电池与各处的光伏配合。经讨论采用集中式与分布式相结合。4.3电池类型锂离子电池成熟，应用广泛。铅酸电池污染，价格最便宜。钠硫电池运行需要高温。液流电池体积大。铅酸蓄电池循环寿命次数一般为5001500。锂离子电池循环寿命次数一般为100010000。本课题建议采用锂电池或全钒液流电池：锂电池的优点：能量密度高，循环寿命长，