风光储输示范工程在新型储能领域的应用分析报告

1、()、0目录20102示范工程基本情况储能应用技术与试验实证03储能安全技术研究示范工程建设背景3新能源中心远离负荷中心波动性和随机性较大新能源发展面临的问题新能源中心与负荷中心呈现明显逆向分布，电网就地消纳不足，送出通道资源有限；大新能源基地、大直流送出开发利用加剧了系统稳定性问题，资源特性导致储备容量不足。集中式新能源发电大规模并网的电力系统呈现“双高”形态。新能源占比提高后，电力系统调节能力下降，造成新能源消纳受限和安全运行风险提高。示范工程建设背景4随着大量新能源的并网接入，电网发生的振荡事件也日益增多，而英国的事件也仅仅是较为严重的振荡事件之一英国大停电功率损失时序霍恩风电厂并网点电

2、压和有功及无功霍恩风电厂风机系统电压和有功及无功电网“双高”形态下的需求在系统层面：大规模新能源接入电网后，电力系统的运行特性发生变化，需要快速响应资源，新型储能有望在提 高电力系统稳定性方面担当大任。在场站层面：提升新能源场站系统灵活性，提升调峰、调频、调压等能力，从而改善场站出力特性。在机组层面：提升机组的稳定性和抗扰性的需求。系统调频平滑出力跟踪计划削峰填谷储能具有灵活快速调节特性，是构建新型电力系统的重要组成部分储能具有跟踪计划、削峰填谷、平滑出力、系统调频四大功能，可以针对风光发电 的随机性、波动性和间歇性，实现风、光、储多时间尺度的出力互补，提高新能源 发电的可预测、可控制、可调度

3、性，使之达到或接近常规电源。示范工程建设背景6新能源+储能政策国家明确 2030 年30GW 储能装机目标，14 个省相继发布了储能规划，20 多个省明确了新能源配置储 能的要求，项目装机规模也在大幅提升。截至 2021 年底，新型储能，累计装机规模达到5729.7MW，同比增长 74.5%。中国新型储能市场累计装机规模（2000-2021）示范工程基本情况建设规模采用首创风光储输联合发电技术路线，示范应用8种型号的风电，共496MW；多种光伏组件和跟踪方式的光伏发 电形式，共100MW；多种类型的储能电池，共33MW/95.8MWh。78磷酸铁锂液流电池 14MW/63MWh2MW/8MWh

4、铅酸电池钛酸锂电池 2MW/12MWh1MW/0.5MWh梯次利用电池储能虚拟同步机3MW/9MWh10MW/3.3MWh 期二 期厂家电池类型容量电池数量中航锂电磷酸铁锂3MW*3h29376节万向磷酸铁锂1MW*2h32000节ATL磷酸铁锂4MW*4h43200节比亚迪磷酸铁锂6MW*6h22680节普能全钒液流2MW*4h5040节南都胶体铅酸1MW*6h4128节双登胶体铅酸1MW*6h4128节奥钛钛酸锂1MW*0.5h3600节梯次利用大巴退役3MW*3h/虚拟同步机比亚迪/中航锂电10MW*0.33h/储能电站基本情况一期储能4种类型，总容量20MW/83.5MWh，2011年

5、开始陆续投入运行；二期规划50MW，已初步建成梯次利用和虚拟同步机储能系统13MW/12.3MWh。示范工程基本情况9示范工程基本情况“双高”电力系统试验环境构建以两台5MW储能系统作为试验平台的启动电源与测试激励源，可调RLC负载与部分储能作为试验系统负荷，发电机组模拟传统火电机组，通过控制并入电网的新能源设备台数模拟不同新能源占比的“双高”绿色电网试验环境。以新能源为主体的 新型电力系统实证平台目录100102示范工程基本情况储能应用技术与试验实证03储能安全技术研究一、实现多类型电池动态大容量成组级联集成技术首次提出了多类型电池动态大容量成组及级联集成技术，电站整体能量转换效率90%；开

6、发了基于电站集中控制与储能单元就地调控耦合分层架构的储能电站监控系统，实现储能电站全功率快速响 应，实现储能电站全功率响应时间900毫秒、出力偏差1.5%。储能电站监控界面电站集成示意图关键技术研究11二、虚拟同步发电机工程示范技术背景：为探索新能源发电惯量和一次调频等主动支撑技术、填补虚拟同步发电机在大电网应用的空白，2016年，国家电网公司依托风光储电站启动新能源虚拟同步机示范工程建设。建设规模：项目从基础理论、技术装备、工程应用对虚拟同步发电机进行了研究与示范。建成了涵盖3大类6种 类型的全球最大的虚拟同步发电机示范电站。其中，风电虚拟同步机118MW、光伏12MW、储能10MW。关键技

7、术研究12虚拟同步发电机工程示范电站式储能首次成功研制并示范了2台5MW*20min电压源型储能虚拟同步发电机；具备一次调频、 调压、黑启动、次同步振荡抑制等功能，性能指标均满足设计要求；电压型储能虚拟同步发电机控制结构指标启动时间/s响应时间/s调节时间/s有功功率误差/%最大支撑幅值/%虚拟惯量/0.05/0.5%100%一次调频0.050.10.50.5%100%关键技术研究13三、梯次利用动力电池储能示范系统采用青岛薛家岛电动大巴退役的磷酸铁锂电池，单体电池额定容量50Ah，整个系统共使用2880组300Ah 的电池模组；退役电池筛选与系统集成由许继集团完成。监控系统调试现场储能变流器

8、调试现场梯次利用电池车间关键技术研究14三、梯次利用动力电池储能示范依托国家风光储输示范工程开展退役动力电池应用示范，建立了退役动力电池性能评估、分选重组、系统集成、 工程应用与系统集成的全套技术。关键技术研究比亚迪 50kW/168kWhC16梯次利用储能系统亿纬锂能 30kW/117kWh系 统C003 标称容量1MW/2MWhC004 标称容量1MW/3MWhC016 标称容量3MW/13MWh 测试系统1 50kW/168kWh测试系统2 30kW/117kWh 测试系统3 250kW/1MWh比亚迪 250kW/1MWhC003 中航锂电C004 万向退役动力电池健 康状态与残值快

9、速评估梯次利用储能系 统的电热安全管 控性能与应用场景 需求的适配15关键技术研究电锅 炉四、基于储能的真实电网测试环境自2015年至今，试验环境建立先后经历从一期储能的500kW变流器到二期储能的5MW变流器，从35kV级到220kV。从站内拓展到上级尚义站、周边新能源场站。15年站内黑启动规模2018年启动35KV黑启动路径16关键技术研究复合电 压穿越 测试复合电压穿越标准波形直流换向失败典型电压波形四、基于黑启动的真实电网测试环境风机、光伏等新能源设备复合高低电压穿越测试17五、新能源+储能+调相机测试试验试验目的：测试调相机组在电网发生故障时的响应特性。测试调相机组在电网发生故障时对

10、风机、光伏的支撑能力。试验内容：利用风光储基地35kV母线，通过储能虚拟同步机建 立“新能源+储能+调相机”电力系统；测试变速调相机在额定转速、最大转速和最低转速下 的高、低穿特性；变速调相机在不同转速下的运行条件，监视并记录风 机、光伏数据变化情况。新能源+储能+调相机测试系统拓扑图试验实证情况18五、新一代储能系统的试验示范与实证运行试验实证运行了第三代全钒液流储能系统，实现了单位电流密度、与转化效率的提升。建立了移动式储能保电车与移动式储能保电方舱的储能应用，实现零闪动保电试验实证情况移动式储能车移动式储能方舱装 备 类 型 及 容 量100kW/200kWh150kW/300kWh50

11、0kW/500kWh500kW/1000kWh1000kW/2000kWh技 术 类 型UPSPCS+STS第三代全钒液流储能系统19目录200102示范工程基本情况储能应用技术与试验实证03储能安全技术研究试验实证情况储能电站安全检测与评价中心国家应急管理部国家安全科学与工程研究院、中国电力企业联合会、国网冀北电力共建新型储能安全检测与评 价中心。共同开展新型储能性能检测和安全评价工作，促进新能源规模化开发和高效利用，更高质量服务于以 新能源为主体的新型电力系统建设。关于成立新型储能安全检测与评价中心战略合作协议21储能系统并离网特性检测平台储能变流器与电源性能检测；储能系统并/离网特性检测

12、；可满足500kW 及以下储能接入系统并离网特性检 测试验要求。试验实证情况交流源直流源可编程交流负载50V-900V直流电压源；可实现电池模拟；模块和簇级电池性能试验；可用于安全性试验；系统容量500kW.具备低电压穿越模拟；具备频率可调功能；可开展并网适应性测试等。500kW级RLC；电压适应范围宽。可实现100%不平衡调节。调整精度0.1KW；远程控制。可编程直流负载22锂电池热失控试验目前，针对锂离子电池的热失控研究对象主要集中在单体锂离子电池,鲜有从电池模组和电池簇出发研究其热 失控过程及热扩散规律。本试验对磷酸铁锂电池模组、电池簇的外部加热或过充条件下热失控现象、温度分布、热扩散规

13、律进行研究, 探究磷酸铁锂电池模组、电池簇在加热或者过充条件下热失控相关特性,探究电池产生大量烟气后会发生燃烧 爆炸现象，探索电池爆燃条件下安全防护措施。电池模组电池簇电池系统试验实证情况23锂电池热失控试验采用集装箱模拟室内爆燃场景，对电池簇热失控进行试验。集装箱已经布置通风孔、线缆孔、探视窗等。集 装箱四个角落布置防爆摄像头。测试储能模块布置一个防爆摄像头。试验装置可实时监测记录温度、气体、 电压、电流、声压、光强等数据。试验装置试验结构试验实证情况锂电池热失控试验-磷酸铁锂电池模块2022年6月，进行了多次电池模组热失控试验。试验所用的磷酸铁锂电池及电池模组为主流产品，其中单体 电池的额

14、定电压为3.2V，额定容量为150Ah，通过加热和过充等方式触发热失控。试验集装箱内部布置试验实证情况25锂电池热失控试验-磷酸铁锂电池模块试验中，磷酸铁锂电池在加热过程中发生热失控现象，由于单体电池间存温度的不一致性，随着热量的传递， 电芯初步触发热失控，电池安全阀陆续打开，产出大量白色烟气，烟气充满了电池储能试验舱，通过点火针触发了爆燃现象，整个过程电池单体温度发生明显变化，最高温度达400，产气结束后热失控现象结束， 整个过充电过程中未出现明火。试验结束后，经检查发现所有单体发生热失控。试验过程画面试验实证情况26锂电池热失控试验-磷酸铁锂电池模块磷酸铁锂电池由于单个电池温升导致的热失控

15、，受电池本身的电量、其串并联结构影响，并连结构会加剧热 失控过程。磷酸铁锂电池在发生热失控，产气的主要成分是氢气、一氧化碳、乙醇、二氧化碳等。试验实证情况锂电池电芯电压及模组电压变化曲线试验气体含量示意图试验气体含量示意图27锂电池热失控试验-磷酸铁锂电池模块试验实证情况28锂电池热失控试验-三元锂电池模块特征：反应剧烈、明火、热失控过程温度达1000摄氏度。热失控单体温度值热失控过程中热失控后试验实证情况29锂电池热失控试验-三元锂电池模块试验实证情况30温度传感装置：在每个电池模组间布置热 电偶，对温度进行实时监测。气体采样装置：集装箱布有氢气、一氧化碳、 二氧化碳、有机气体甲烷气体传感器

16、。其他传感装置声压级传感器+光强+压力测 量传感器模块火蔓延 热电偶锂电池热失控试验-磷酸铁锂电池簇试验实证情况31锂电池热失控试验-磷酸铁锂电池簇试验实证情况3233试验过程中， 单个模组发生喷阀现 场，整个模组逐渐喷 阀，时间为上午11点20分33秒，在11点22分03秒发生爆燃。试验实证情况锂电池热失控试验-磷酸铁锂电池簇34试验实证情况锂电池热失控试验-磷酸铁锂电池簇根据预先布置热电偶采集失真时间可知失控模组单体顺序为：2-6（1125s）、2-7、2-5、2-2、 2-3、2-4、2-1该顺序仅代表过充模组内单体失控时间，其余模组失控时间可能在这之间。过充模组温度变化曲线簇级试验各点温度范围周边模组热失控试验温度变化过程35试验实证情况磷酸铁锂电池单元温度变化三元电池电池单元温度变化36试验实证情况锂电池热失控试验-磷酸铁锂电池簇-部分结论磷酸铁锂电池的温度变化由电池产热和散热关系决定，电池产热率呈指数变化，散热率呈线性变化。当电 池产热率高于散热率时，电池热量开始积累，整体