光伏儲能的系統是如何選擇的?

芷蕾水電 2024-04-03 04:53:54

如今,在能源圈,熱度居高不下的非儲能莫屬。

包括山東、山西、新疆、內蒙古、安徽及西藏等十幾個省份,相繼出台相關文件要求光伏、風電等新能源電站加裝儲能系統。

雖然能源圈早就公認“儲能是解決光伏、風電等新能源間歇性及波動性,促進消納、減少棄風、棄光的重要手段”,全面平價時代的臨近也讓這種優勢更加凸顯,但由于其技術與成本的限制導致其一直被“嫌棄”。時至今日,官方的集體pick,終于讓儲能揚眉吐氣。

但儲能要想完成從“錦上添花”到“市場剛需”的華麗轉變,不僅需要更加清晰有力的政策支持,同時也要通過技術和産品創新來推動光儲行業自身的發展,方案如何選?如何融合才能效果最優?融合技術面臨哪些挑戰?這些都需要一一解答。

一. 典型系統方案有哪些?

目前,市場上光儲融合方案主要有交流側耦合方案和直流側耦合方案。

交流側耦合方案指光伏和儲能在交流側連接,儲能系統可以接入低壓側,也可以集中接入10 kV ~35kV母線。該方案適用于大型光儲電站,儲能系統集中布局,易于運行管理和電網調度。

直流側耦合方案指儲能系統接入直流側,兩個系統之間功率轉換環節少,能量損耗低,設備投資少。這個方案中光伏逆變器需要預留儲能接口。

二. 如何融合才能實現1+1>2?

融合方案有了,但融合要想實現1+1>2的效果,卻非易事。

光儲融合技術更加複雜。融合系統需要保障光伏、儲能及電網三方的安全穩定運行,需要打通硬件、軟件和系統級之間的壁壘。

光儲融合系統設備衆多,需要解決不同設備之間硬件和軟件的接口兼容性難題。設備往往來自不同廠家,電站設計、設備采購、運營、維護的難度和成本都會增加,最重要的是,不同設備之間的通訊接口方案不一樣,集成商需要對不同的協議和接口了如指掌。

因此,光儲融合不是光伏設備和儲能設備的簡單物理組合,而是要依靠技術上的深度融合, 才能實現1+1>2的效果。這些非常考驗集成商的集成實力。

三. 低價競爭帶來的行業集成亂象

光儲電站建設,系統集成是關鍵,但國內集成領域存在不少挑戰。

一方面,具備完整的光儲系統集成能力的企業不多。不管是技術融合還是商業模式融合,我國儲能仍然處于産業發展初期,很多企業在一些諸如光伏逆變器、儲能電池、PCS、EMS等單項領域實力強大,但具備完整的光儲系統集成能力的企業仍屈指可數。

另一方面,低價競標越演越烈,企業被低成本掣肘。目前,國內新能源側,儲能的中標價格已經由2.15元/Wh(EPC價格)降至1.699元/Wh(EPC價格),如果按照足額的容量和循環壽命要求配置,這一價格已經遠低于行業公認的成本價。

而不同場景對儲能系統要求不同,儲能系統設計與成本沒有統一標准,這中間存在的彈性空間,在行業集成能力參差不齊與低價倒逼之下,很容易演變成灰色地帶。

“現在企業招標,電池一般都是6000次循環標准,行業沒有統一的考核標准,有些廠家拿著循環壽命低于3000次的電池以低價參與項目投標,我們在價格上當然競爭不過人家。”一位儲能資深從業者無奈的表示。

“當然儲能系統集成最關鍵的還是直流側的安全管理,也就是電池系統的安全管理,這個需要非常完善的系統保護設計。”上述人士繼續說道。電芯、模塊、電池簇、電池系統管理,四個層級環環相扣,好的系統保護設計,能夠對它們的運行狀態實時可知,能夠做到故障預警,如果發生了故障,也能夠實現逐級保護、快速聯動保護。

否則,小故障也容易演變成大問題。韓國近幾年發生的30多起火災事故,大部分原因就是電氣系統設計缺陷、保護系統不過關造成的。

考驗並不是到此爲止,還有電池壽命問題,這裏就不得不提儲能的溫控系統設計了。嚴格的熱仿真和實驗驗證、儲能集裝箱的風道設計、空調功率配置等等,這些環節不嚴格把控和設計,很容易導致集裝箱內部锂電池溫度不均衡,加劇電芯不穩定性。

筆者就曾遇到過某個4h的儲能系統,運行時電芯的溫差竟達到22℃,不僅嚴重影響電池壽命,而且增加儲能電站運行風險。

四. 儲能系統如何高效運行管理?

從方案選擇到系統集成,光儲電站生命周期內安全運行、收益最優化還與整個儲能系統的運行管理息息相關。

相較于傳統的電站經濟性調度模式而言,光儲發電系統在進行調度的時候,需要充分考慮到儲能電站內部電池、變流器的有效管理問題,這樣才能提高整個光儲電站運行的安全性和經濟性。

這時候就不得不提光儲電站的智慧大腦——EMS(能量管理系統)的重要性了。儲能如何與光伏系統、電網配合?電池本身該充多少電,怎麽充電,如何保障安全?這些都需要一套智能高效的EMS進行綜合管理。

以平抑光伏系統波動性爲例,儲能系統可以基于光伏發電的光伏輸出平滑控制,設置平滑率參數,EMS以平滑率參數爲控制目標,對儲能系統進行快速充放電控制,使發電系統的輸出功率在設定的變化率範圍內。

目前,業內比較成熟的做法是,智能EMS基于光伏功率預測及儲能毫秒級響應特性,對光伏系統實現平滑控制,減少對電網的沖擊,提高電網運行穩定性和可靠性。同時, 在BMS、PCS與EMS各個層級之間構建毫秒級快速聯動機制,最大程度地保護電池及整個系統的安全。

此外,先進的智能EMS還可以實現多能數字化綜合管理,全面覆蓋發、輸、配、用全場景。

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芷蕾水電

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