MW級集裝箱式電池儲能系統
2023-06-01
概(gai)要：MW 級(ji)集裝箱式電(dian)(dian)(dian)池(chi)儲(chu)能系(xi)統(tong)(CBESS)是未來電(dian)(dian)(dian)網發(fa)展的(de)重要支持，能夠(gou)有效(xiao)提高(gao)電(dian)(dian)(dian)力系(xi)統(tong)的(de)穩定性(xing)、可靠性(xing)和電(dian)(dian)(dian)能質量。綜述(shu)了MW 級(ji)集裝箱式電(dian)(dian)(dian)池(chi)儲(chu)能系(xi)統(tong)的(de)研究(jiu)現狀，詳細介紹了MW 級(ji)集裝箱式電(dian)(dian)(dian)池(chi)儲(chu)能系(xi)統(tong)的(de)相關(guan)概(gai)念和工(gong)作(zuo)原理(li)，全面闡述(shu)了MW 級(ji)集裝箱式電(dian)(dian)(dian)池(chi)儲(chu)能系(xi)統(tong)的(de)結構、設計、應用等方面的(de)特點和優(you)勢，深(shen)入探討其(qi)發(fa)展前(qian)景和研究(jiu)方向。
近(jin)年來國內(nei)外MW 級電(dian)池儲(chu)能技術發展迅速，集裝箱式電(dian)池儲(chu)能系統(tong)具有容(rong)量(liang)高、可靠性(xing)強、靈活性(xing)高、環境適應性(xing)強等(deng)優(you)點，在(zai)電(dian)網系統(tong)具有廣泛(fan)的應用(yong)(yong)前景(jing)。鋰電(dian)池儲(chu)能系統(tong)相對其他儲(chu)能電(dian)池較(jiao)成熟，上下游產業鏈配套完善，成本下降空間較(jiao)大；同時(shi),我(wo)國電(dian)力系統(tong)正處于用(yong)(yong)電(dian)高峰期供電(dian)緊(jin)張(zhang)、輸配電(dian)容(rong)量(liang)利用(yong)(yong)率低(di)、有功無功儲(chu)備短缺(que)以及(ji)輸電(dian)效(xiao)率低(di)的狀況中。用(yong)(yong)戶側(ce)也(ye)對負(fu)荷側(ce)電(dian)能質量(liang)提出了更高的要求。這(zhe)些問(wen)題都加速了儲(chu)能技術的快速發展。
儲(chu)能(neng)(neng)技(ji)術成為發展(zhan)和建設智能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)網的(de)關(guan)鍵技(ji)術之(zhi)一(yi)，其(qi)具(ju)有(you)改(gai)善(shan)電(dian)(dian)(dian)網的(de)低能(neng)(neng)質量，加大可再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)源的(de)利用率。隨著新(xin)一(yi)代鋰電(dian)(dian)(dian)池(chi)材(cai)料的(de)迅速發展(zhan)，以及電(dian)(dian)(dian)池(chi)技(ji)術的(de)進一(yi)步提高，使(shi)得鋰電(dian)(dian)(dian)池(chi)在儲(chu)能(neng)(neng)方面的(de)應(ying)用有(you)廣泛的(de)空間(jian)。集(ji)裝箱式電(dian)(dian)(dian)池(chi)儲(chu)能(neng)(neng)系(xi)統具(ju)有(you)技(ji)術成熟(shu)、大容量、可移動、可靠性高、無污染、噪音(yin)低、適應(ying)性強、可擴充、便于(yu)安裝等優點，所(suo)以集(ji)裝箱儲(chu)能(neng)(neng)系(xi)統作為電(dian)(dian)(dian)力系(xi)統的(de)儲(chu)能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)源，是未來儲(chu)能(neng)(neng)的(de)發展(zhan)方向。
1 概 念
MW 級集裝箱式(shi)電(dian)池儲(chu)能(neng)系(xi)統(tong)是以磷酸鐵鋰電(dian)池為能(neng)量(liang)載體，通過PCS 進(jin)行充放電(dian)，實現與(yu)電(dian)力系(xi)統(tong)的(de)多(duo)種能(neng)量(liang)交換(huan)，并可接入(ru)多(duo)種供(gong)電(dian)模式(shi)，如光伏(fu)陣(zhen)列(lie)、風(feng)能(neng)、柴(chai)油發電(dian)機與(yu)電(dian)網(wang)(wang)等(deng)儲(chu)能(neng)系(xi)統(tong)。儲(chu)能(neng)系(xi)統(tong)的(de)輸出可以上電(dian)并網(wang)(wang)、供(gong)應各種負載設(she)備(bei)以及電(dian)動汽車(che)充電(dian)機等(deng)。
分(fen)布(bu)式電(dian)(dian)(dian)(dian)源如(ru)柴油發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)、光(guang)伏(fu)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)、風(feng)力發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)、電(dian)(dian)(dian)(dian)池儲能系統等相對分(fen)散地接入低壓交(jiao)流母線(xian)，然(ran)后通過升壓變壓器接入10 kV 或者更(geng)高(gao)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓等級的電(dian)(dian)(dian)(dian)網，如(ru)圖1 所示。
微電網的(de)主電源是儲能系(xi)統(tong)或柴油發(fa)電機時，微電網有(you)兩種運行模式，作為系(xi)統(tong)電壓或調頻參考：
(1) 風儲(chu)(chu)運行模式：儲(chu)(chu)能電(dian)(dian)池(chi)系統(tong)(tong)通過恒頻、恒壓(ya)(V/F)控制策(ce)略，保(bao)持微電(dian)(dian)網系統(tong)(tong)電(dian)(dian)壓(ya)和(he)頻率(lv)(lv)的穩(wen)定(ding)性。此種模式運行情況(kuang)下，柴油發電(dian)(dian)機處于靜止狀(zhuang)態，風能發電(dian)(dian)系統(tong)(tong)一般采用(yong)最(zui)大(da)輸出功跟(gen)蹤控制策(ce)略，當風能輸出功率(lv)(lv)大(da)于負(fu)荷消(xiao)耗功率(lv)(lv)，并(bing)且儲(chu)(chu)能電(dian)(dian)池(chi)系統(tong)(tong)的荷電(dian)(dian)狀(zhuang)態(SOC)較高時，也(ye)需要(yao)運行在(zai)限功率(lv)(lv)狀(zhuang)態中(zhong)。
(2) 風柴儲(chu)運行模式(shi)：柴油發(fa)(fa)電(dian)機(通(tong)過勵磁和(he)調速控制)或風能發(fa)(fa)電(dian)機，建立微(wei)電(dian)網系(xi)統(tong)電(dian)壓和(he)頻率參考，儲(chu)能電(dian)池系(xi)統(tong)采用(yong)恒功率控制(PQ)策略，通(tong)過接收(shou)后(hou)臺控制系(xi)統(tong)指令，接收(shou)對儲(chu)能電(dian)池系(xi)統(tong)充(chong)/ 放電(dian)命。
2 設 計
MW 級(ji)集裝箱式電池(chi)儲能系(xi)統(tong)(tong)包含鋰電池(chi)組、電池(chi)管理系(xi)統(tong)(tong)、能量轉換(huan)系(xi)統(tong)(tong)、控(kong)制系(xi)統(tong)(tong)等(deng)(deng)設(she)(she)備(bei)。其中(zhong)技術核心是電池(chi)組、電池(chi)簇結構設(she)(she)計、電池(chi)系(xi)統(tong)(tong)熱(re)設(she)(she)計、電池(chi)系(xi)統(tong)(tong)的(de)保護技術、電池(chi)管理系(xi)統(tong)(tong)等(deng)(deng)。
MW 級(ji)集(ji)裝(zhuang)(zhuang)箱儲能(neng)(neng)系(xi)統(tong)(tong)由電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)系(xi)統(tong)(tong)和(he)(he)能(neng)(neng)量(liang)轉換系(xi)統(tong)(tong)組(zu)成，電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)系(xi)統(tong)(tong)含有先進的(de)(de)磷酸(suan)鐵鋰電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)模塊、電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)管理系(xi)統(tong)(tong)和(he)(he)作(zuo)為(wei)直流(liu)短路保護和(he)(he)電(dian)(dian)(dian)路隔離熔斷(duan)開關，所有的(de)(de)設備(bei)集(ji)中安裝(zhuang)(zhuang)在集(ji)裝(zhuang)(zhuang)箱內(nei)。為(wei)滿足(zu)容(rong)量(liang)輸(shu)出(chu)要(yao)求(qiu)，若干個電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)模塊連接成一個電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)簇，電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)系(xi)統(tong)(tong)中的(de)(de)每一個電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)簇的(de)(de)直流(liu)輸(shu)出(chu)，連接到能(neng)(neng)量(liang)轉換系(xi)統(tong)(tong)，將(jiang)DC-AC 和(he)(he)AC-DC(雙向(xiang))，并控制功率。圖2 為(wei)MW 級(ji)集(ji)裝(zhuang)(zhuang)箱儲能(neng)(neng)系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)主要(yao)組(zu)成拓撲圖。
MW 級集(ji)(ji)裝箱式(shi)電(dian)池儲(chu)能(neng)系統完成新能(neng)源接入，并網控制、數據采集(ji)(ji)、遠程傳(chuan)輸(shu)、無人值守(shou)等功能(neng)，與傳(chuan)統的(de)儲(chu)能(neng)電(dian)站相比，具有安裝調(diao)試簡單、外形美觀等特(te)點，特(te)別適用于(yu)高(gao)海拔、嚴寒、島嶼、荒漠(mo)等復雜環境的(de)并網或離網儲(chu)能(neng)系統應(ying)用需(xu)求。
3 結 構
MW 級(ji)集(ji)(ji)裝(zhuang)箱(xiang)式電(dian)池儲(chu)(chu)能(neng)(neng)系統(tong)是以40 尺(chi)標(biao)準集(ji)(ji)裝(zhuang)箱(xiang)為(wei)載體，內(nei)置兩臺(tai)250 kW 儲(chu)(chu)能(neng)(neng)能(neng)(neng)量轉換系統(tong)，將1 MWh 鋰電(dian)池系統(tong)、電(dian)池管理(li)系統(tong)、儲(chu)(chu)能(neng)(neng)監控系統(tong)、空調系統(tong)、消(xiao)(xiao)防(fang)系統(tong)、配電(dian)系統(tong)集(ji)(ji)中(zhong)裝(zhuang)在一個(ge)特制的(de)箱(xiang)體內(nei)，以實現高集(ji)(ji)成度、大容(rong)量、可移動的(de)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)設備，具有(you)隔(ge)熱(re)、恒溫(wen)、消(xiao)(xiao)防(fang)阻燃(ran)、防(fang)風沙等特點，滿足各種環境使用。
MW 級集裝箱式電(dian)(dian)池(chi)(chi)儲能系(xi)統內(nei)部包含電(dian)(dian)池(chi)(chi)系(xi)統、電(dian)(dian)池(chi)(chi)管理系(xi)統、能量轉(zhuan)(zhuan)換(huan)系(xi)統以及控(kong)制(zhi)系(xi)統等。如(ru)圖3 所(suo)示：黑(hei)色(se)部分為電(dian)(dian)池(chi)(chi)室中有6 個電(dian)(dian)池(chi)(chi)簇并聯，灰色(se)部分為能轉(zhuan)(zhuan)換(huan)系(xi)統、空(kong)調系(xi)統和控(kong)制(zhi)系(xi)統，紫色(se)部分為風道。圖4 為集裝箱電(dian)(dian)池(chi)(chi)系(xi)統內(nei)部圖。
4 優(you) 勢
本文(wen)設計的(de)MW 級集(ji)裝(zhuang)箱(xiang)式電池儲能(neng)系統(tong)有可(ke)(ke)移動(dong)、靈(ling)活性強、可(ke)(ke)擴(kuo)充、可(ke)(ke)拆卸等功能(neng)，不論(lun)從商(shang)業(ye)角度還是在技(ji)術角度都具有一定的(de)實用價值(zhi)，此外，在軍事領域和環境(jing)適應性方面都具有優勢(shi)。其主要特點有以下(xia)幾(ji)面：
(1) 模(mo)塊(kuai)化設計：國際標(biao)準(zhun)化組織是標(biao)準(zhun)的尺寸，允許遠洋(yang)運輸(shu)和公路運輸(shu)方便。它們可(ke)以懸掛在高架起重機上，船上，卡(ka)車和臨(lin)時用地(di)。
(2) 堅固耐用的(de)設計：國際標準化(hua)組織在運輸過程中保護貨物(wu)，并將在能(neng)源(yuan)儲存系統的(de)生命(ming)期內提(ti)供良好(hao)的(de)保護，免受天氣、運輸及其他環境(jing)的(de)侵(qin)害。
(3) 可移(yi)動性設(she)計：綜合比(bi)較其他儲能電池，鋰電池儲能技術的優勢在于質量與體積，可移(yi)動性強，不(bu)受地(di)域限(xian)制。
(4) 靈活的(de)基礎設計：集(ji)裝(zhuang)箱是很容易適(shi)用任何所(suo)需的(de)選擇。這包括(kuo)空調，光伏，風機，通道門，電力電纜接入(ru)和其他等設備(bei)的(de)接入(ru)。
5 應 用
以1 MWh 儲能(neng)系統作(zuo)為一(yi)個(ge)單元(yuan)，具有廣泛的適用性，可以通過(guo)多個(ge)單元(yuan)并(bing)聯組合(he)擴(kuo)充(chong)容量(liang)，具有較好的競(jing)爭(zheng)優(you)勢，也可接入新能(neng)源或作(zuo)為智能(neng)電網的分布式電源接入電網。
(1) 新能源接入
由于風能(neng)與(yu)太陽能(neng)等新(xin)能(neng)源的(de)(de)特點是(shi)隨機(ji)(ji)性(xing)(xing)強、間歇性(xing)(xing)高(gao)，出(chu)(chu)力變化快，新(xin)能(neng)源直接并網(wang)(wang)，特別是(shi)大容量(liang)的(de)(de)接入電網(wang)(wang)，會對電網(wang)(wang)的(de)(de)調度(du)和控制產(chan)生一定(ding)的(de)(de)影響，甚至會干(gan)擾(rao)電網(wang)(wang)的(de)(de)穩定(ding)性(xing)(xing)。通過電池儲能(neng)系(xi)統與(yu)可再生新(xin)能(neng)源聯(lian)合應用，將隨機(ji)(ji)變化的(de)(de)輸(shu)出(chu)(chu)功率(lv)轉(zhuan)換為相(xiang)對穩定(ding)的(de)(de)輸(shu)出(chu)(chu)，保證了電網(wang)(wang)系(xi)統的(de)(de)穩定(ding)性(xing)(xing)。
(2) 備(bei)用電源
在偏遠地區(qu)、供電(dian)(dian)可(ke)靠性差(cha)或者有重要負荷的(de)地區(qu)，MW級(ji)電(dian)(dian)池儲能系(xi)(xi)統(tong)可(ke)作為(wei)(wei)備用(yong)電(dian)(dian)源(yuan)，為(wei)(wei)發生故(gu)障的(de)電(dian)(dian)網(wang)系(xi)(xi)統(tong)或者需(xu)要檢修時(shi)配電(dian)(dian)系(xi)(xi)統(tong)提供電(dian)(dian)源(yuan)。MW 級(ji)集裝箱式電(dian)(dian)池儲能系(xi)(xi)統(tong)能夠運(yun)到一(yi)個地區(qu)并提供本地化的(de)電(dian)(dian)力來(lai)源(yuan)。當惡劣(lie)氣候損壞(huai)公用(yong)電(dian)(dian)網(wang)系(xi)(xi)統(tong)，可(ke)用(yong)于(yu)緊(jin)急救援(yuan)；或可(ke)用(yong)于(yu)尚未連接(jie)到電(dian)(dian)網(wang)的(de)地區(qu)。MW 級(ji)集裝箱式儲能系(xi)(xi)統(tong)可(ke)以并入(ru)電(dian)(dian)網(wang)進行充(chong)電(dian)(dian)，也(ye)可(ke)配置新(xin)能源(yuan)接(jie)入(ru)進行儲能電(dian)(dian)能補給。
(3) 微電網
微(wei)電(dian)網(wang)孤網(wang)運(yun)行(xing)時，分布式能(neng)源和用戶負荷的(de)隨機性很大(da)，很難(nan)保(bao)證(zheng)發電(dian)用電(dian)的(de)實(shi)時平衡，導致頻率波動(dong)范圍大(da)，電(dian)壓波動(dong)劇烈(lie)。大(da)容量、高效(xiao)的(de)電(dian)池儲(chu)能(neng)技術可以抑制外部(bu)電(dian)網(wang)的(de)干(gan)擾，保(bao)證(zheng)局部(bu)用戶的(de)電(dian)能(neng)質量，并進(jin)一步實(shi)現(xian)微(wei)電(dian)網(wang)的(de)平穩(wen)運(yun)行(xing)。
(4) 電能質量
MW 級(ji)集裝箱(xiang)電池儲能系統可永久連接到電網，從而提供快(kuai)速響應頻率調(diao)節電網的效用。
(a) 可再生(sheng)平(ping)滑(hua)：可用于風(feng)力農場和大型太陽能(neng)光伏陣列連接平(ping)滑(hua)輸(shu)出這些(xie)可再生(sheng)能(neng)源系統。
(b) 遠程軍(jun)事行動：可用于遠程軍(jun)事行動沒有接(jie)入公用電(dian)網提(ti)供(gong)電(dian)力(li)。MW 級(ji)集裝箱式電(dian)池儲(chu)能(neng)系統可以(yi)為照明，通信和各(ge)種軍(jun)事電(dian)子硬件提(ti)供(gong)電(dian)力(li)。可移動性還可以(yi)提(ti)高(gao)使用的靈活性，拓(tuo)展(zhan)新的市場商業模式，如短期(qi)可租賃性、臨時增容、在建工程用電(dian)等(deng)，具有比較(jiao)大(da)的發展(zhan)空(kong)間
(c) 其他：大容量電(dian)池(chi)儲能技(ji)術還可以(yi)用(yong)于提高配(pei)網電(dian)能質量。通過換流器提供(gong)動態(tai)無功(gong)補償(chang)，提高系(xi)統電(dian)壓穩(wen)(wen)定性，應對電(dian)壓跌落問題；為系(xi)統提供(gong)備用(yong)、調(diao)峰、電(dian)力系(xi)統穩(wen)(wen)定器等。
6 結(jie) 論
本文(wen)詳(xiang)細介紹(shao)了MW 級集裝箱式電池儲(chu)能系統(tong)的(de)概(gai)念、結構、核心(xin)技(ji)術(shu)以及應(ying)用方向(xiang)，其(qi)在電網系統(tong)中(zhong)的(de)應(ying)用還(huan)處于不斷(duan)發展階段，要(yao)實現大規(gui)模規(gui)范化(hua)的(de)應(ying)用，需要(yao)解決(jue)成本、政策、環境等非技(ji)術(shu)和(he)儲(chu)能技(ji)術(shu)等一系列(lie)相關(guan)問(wen)題。
MW 級集(ji)(ji)裝箱式(shi)電池儲能系統具有容(rong)量大、可(ke)靠性高(gao)、技(ji)術(shu)成熟、環保、環境適應性強、安裝簡(jian)便、可(ke)擴充性高(gao)等特點(dian)，因(yin)此MW 級集(ji)(ji)裝箱式(shi)儲能系統是未來(lai)儲能技(ji)術(shu)的發展方向。
近(jin)年來國內(nei)外MW 級電(dian)池儲(chu)能技術發展迅速，集裝箱式電(dian)池儲(chu)能系統(tong)具有容(rong)量(liang)高、可靠性(xing)強、靈活性(xing)高、環境適應性(xing)強等(deng)優(you)點，在(zai)電(dian)網系統(tong)具有廣泛(fan)的應用(yong)(yong)前景(jing)。鋰電(dian)池儲(chu)能系統(tong)相對其他儲(chu)能電(dian)池較(jiao)成熟，上下游產業鏈配套完善，成本下降空間較(jiao)大；同時(shi),我(wo)國電(dian)力系統(tong)正處于用(yong)(yong)電(dian)高峰期供電(dian)緊(jin)張(zhang)、輸配電(dian)容(rong)量(liang)利用(yong)(yong)率低(di)、有功無功儲(chu)備短缺(que)以及(ji)輸電(dian)效(xiao)率低(di)的狀況中。用(yong)(yong)戶側(ce)也(ye)對負(fu)荷側(ce)電(dian)能質量(liang)提出了更高的要求。這(zhe)些問(wen)題都加速了儲(chu)能技術的快速發展。
儲(chu)能(neng)(neng)技(ji)術成為發展(zhan)和建設智能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)網的(de)關(guan)鍵技(ji)術之(zhi)一(yi)，其(qi)具(ju)有(you)改(gai)善(shan)電(dian)(dian)(dian)網的(de)低能(neng)(neng)質量，加大可再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)源的(de)利用率。隨著新(xin)一(yi)代鋰電(dian)(dian)(dian)池(chi)材(cai)料的(de)迅速發展(zhan)，以及電(dian)(dian)(dian)池(chi)技(ji)術的(de)進一(yi)步提高，使(shi)得鋰電(dian)(dian)(dian)池(chi)在儲(chu)能(neng)(neng)方面的(de)應(ying)用有(you)廣泛的(de)空間(jian)。集(ji)裝箱式電(dian)(dian)(dian)池(chi)儲(chu)能(neng)(neng)系(xi)統具(ju)有(you)技(ji)術成熟(shu)、大容量、可移動、可靠性高、無污染、噪音(yin)低、適應(ying)性強、可擴充、便于(yu)安裝等優點，所(suo)以集(ji)裝箱儲(chu)能(neng)(neng)系(xi)統作為電(dian)(dian)(dian)力系(xi)統的(de)儲(chu)能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)源，是未來儲(chu)能(neng)(neng)的(de)發展(zhan)方向。
1 概 念
MW 級集裝箱式(shi)電(dian)池儲(chu)能(neng)系(xi)統(tong)是以磷酸鐵鋰電(dian)池為能(neng)量(liang)載體，通過PCS 進(jin)行充放電(dian)，實現與(yu)電(dian)力系(xi)統(tong)的(de)多(duo)種能(neng)量(liang)交換(huan)，并可接入(ru)多(duo)種供(gong)電(dian)模式(shi)，如光伏(fu)陣(zhen)列(lie)、風(feng)能(neng)、柴(chai)油發電(dian)機與(yu)電(dian)網(wang)(wang)等(deng)儲(chu)能(neng)系(xi)統(tong)。儲(chu)能(neng)系(xi)統(tong)的(de)輸出可以上電(dian)并網(wang)(wang)、供(gong)應各種負載設(she)備(bei)以及電(dian)動汽車(che)充電(dian)機等(deng)。
分(fen)布(bu)式電(dian)(dian)(dian)(dian)源如(ru)柴油發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)、光(guang)伏(fu)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)、風(feng)力發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)、電(dian)(dian)(dian)(dian)池儲能系統等相對分(fen)散地接入低壓交(jiao)流母線(xian)，然(ran)后通過升壓變壓器接入10 kV 或者更(geng)高(gao)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓等級的電(dian)(dian)(dian)(dian)網，如(ru)圖1 所示。
微電網的(de)主電源是儲能系(xi)統(tong)或柴油發(fa)電機時，微電網有(you)兩種運行模式，作為系(xi)統(tong)電壓或調頻參考：
(1) 風儲(chu)(chu)運行模式：儲(chu)(chu)能電(dian)(dian)池(chi)系統(tong)(tong)通過恒頻、恒壓(ya)(V/F)控制策(ce)略，保(bao)持微電(dian)(dian)網系統(tong)(tong)電(dian)(dian)壓(ya)和(he)頻率(lv)(lv)的穩(wen)定(ding)性。此種模式運行情況(kuang)下，柴油發電(dian)(dian)機處于靜止狀(zhuang)態，風能發電(dian)(dian)系統(tong)(tong)一般采用(yong)最(zui)大(da)輸出功跟(gen)蹤控制策(ce)略，當風能輸出功率(lv)(lv)大(da)于負(fu)荷消(xiao)耗功率(lv)(lv)，并(bing)且儲(chu)(chu)能電(dian)(dian)池(chi)系統(tong)(tong)的荷電(dian)(dian)狀(zhuang)態(SOC)較高時，也(ye)需要(yao)運行在(zai)限功率(lv)(lv)狀(zhuang)態中(zhong)。
(2) 風柴儲(chu)運行模式(shi)：柴油發(fa)(fa)電(dian)機(通(tong)過勵磁和(he)調速控制)或風能發(fa)(fa)電(dian)機，建立微(wei)電(dian)網系(xi)統(tong)電(dian)壓和(he)頻率參考，儲(chu)能電(dian)池系(xi)統(tong)采用(yong)恒功率控制(PQ)策略，通(tong)過接收(shou)后(hou)臺控制系(xi)統(tong)指令，接收(shou)對儲(chu)能電(dian)池系(xi)統(tong)充(chong)/ 放電(dian)命。
2 設 計
MW 級(ji)集裝箱式電池(chi)儲能系(xi)統(tong)(tong)包含鋰電池(chi)組、電池(chi)管理系(xi)統(tong)(tong)、能量轉換(huan)系(xi)統(tong)(tong)、控(kong)制系(xi)統(tong)(tong)等(deng)(deng)設(she)(she)備(bei)。其中(zhong)技術核心是電池(chi)組、電池(chi)簇結構設(she)(she)計、電池(chi)系(xi)統(tong)(tong)熱(re)設(she)(she)計、電池(chi)系(xi)統(tong)(tong)的(de)保護技術、電池(chi)管理系(xi)統(tong)(tong)等(deng)(deng)。
MW 級(ji)集(ji)裝(zhuang)(zhuang)箱儲能(neng)(neng)系(xi)統(tong)(tong)由電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)系(xi)統(tong)(tong)和(he)(he)能(neng)(neng)量(liang)轉換系(xi)統(tong)(tong)組(zu)成，電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)系(xi)統(tong)(tong)含有先進的(de)(de)磷酸(suan)鐵鋰電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)模塊、電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)管理系(xi)統(tong)(tong)和(he)(he)作(zuo)為(wei)直流(liu)短路保護和(he)(he)電(dian)(dian)(dian)路隔離熔斷(duan)開關，所有的(de)(de)設備(bei)集(ji)中安裝(zhuang)(zhuang)在集(ji)裝(zhuang)(zhuang)箱內(nei)。為(wei)滿足(zu)容(rong)量(liang)輸(shu)出(chu)要(yao)求(qiu)，若干個電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)模塊連接成一個電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)簇，電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)系(xi)統(tong)(tong)中的(de)(de)每一個電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)簇的(de)(de)直流(liu)輸(shu)出(chu)，連接到能(neng)(neng)量(liang)轉換系(xi)統(tong)(tong)，將(jiang)DC-AC 和(he)(he)AC-DC(雙向(xiang))，并控制功率。圖2 為(wei)MW 級(ji)集(ji)裝(zhuang)(zhuang)箱儲能(neng)(neng)系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)主要(yao)組(zu)成拓撲圖。
MW 級集(ji)(ji)裝箱式(shi)電(dian)池儲(chu)能(neng)系統完成新能(neng)源接入，并網控制、數據采集(ji)(ji)、遠程傳(chuan)輸(shu)、無人值守(shou)等功能(neng)，與傳(chuan)統的(de)儲(chu)能(neng)電(dian)站相比，具有安裝調(diao)試簡單、外形美觀等特(te)點，特(te)別適用于(yu)高(gao)海拔、嚴寒、島嶼、荒漠(mo)等復雜環境的(de)并網或離網儲(chu)能(neng)系統應(ying)用需(xu)求。
3 結 構
MW 級(ji)集(ji)(ji)裝(zhuang)箱(xiang)式電(dian)池儲(chu)(chu)能(neng)(neng)系統(tong)是以40 尺(chi)標(biao)準集(ji)(ji)裝(zhuang)箱(xiang)為(wei)載體，內(nei)置兩臺(tai)250 kW 儲(chu)(chu)能(neng)(neng)能(neng)(neng)量轉換系統(tong)，將1 MWh 鋰電(dian)池系統(tong)、電(dian)池管理(li)系統(tong)、儲(chu)(chu)能(neng)(neng)監控系統(tong)、空調系統(tong)、消(xiao)(xiao)防(fang)系統(tong)、配電(dian)系統(tong)集(ji)(ji)中(zhong)裝(zhuang)在一個(ge)特制的(de)箱(xiang)體內(nei)，以實現高集(ji)(ji)成度、大容(rong)量、可移動的(de)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)設備，具有(you)隔(ge)熱(re)、恒溫(wen)、消(xiao)(xiao)防(fang)阻燃(ran)、防(fang)風沙等特點，滿足各種環境使用。
MW 級集裝箱式電(dian)(dian)池(chi)(chi)儲能系(xi)統內(nei)部包含電(dian)(dian)池(chi)(chi)系(xi)統、電(dian)(dian)池(chi)(chi)管理系(xi)統、能量轉(zhuan)(zhuan)換(huan)系(xi)統以及控(kong)制(zhi)系(xi)統等。如(ru)圖3 所(suo)示：黑(hei)色(se)部分為電(dian)(dian)池(chi)(chi)室中有6 個電(dian)(dian)池(chi)(chi)簇并聯，灰色(se)部分為能轉(zhuan)(zhuan)換(huan)系(xi)統、空(kong)調系(xi)統和控(kong)制(zhi)系(xi)統，紫色(se)部分為風道。圖4 為集裝箱電(dian)(dian)池(chi)(chi)系(xi)統內(nei)部圖。
4 優(you) 勢
本文(wen)設計的(de)MW 級集(ji)裝(zhuang)箱(xiang)式電池儲能(neng)系統(tong)有可(ke)(ke)移動(dong)、靈(ling)活性強、可(ke)(ke)擴(kuo)充、可(ke)(ke)拆卸等功能(neng)，不論(lun)從商(shang)業(ye)角度還是在技(ji)術角度都具有一定的(de)實用價值(zhi)，此外，在軍事領域和環境(jing)適應性方面都具有優勢(shi)。其主要特點有以下(xia)幾(ji)面：
(1) 模(mo)塊(kuai)化設計：國際標(biao)準(zhun)化組織是標(biao)準(zhun)的尺寸，允許遠洋(yang)運輸(shu)和公路運輸(shu)方便。它們可(ke)以懸掛在高架起重機上，船上，卡(ka)車和臨(lin)時用地(di)。
(2) 堅固耐用的(de)設計：國際標準化(hua)組織在運輸過程中保護貨物(wu)，并將在能(neng)源(yuan)儲存系統的(de)生命(ming)期內提(ti)供良好(hao)的(de)保護，免受天氣、運輸及其他環境(jing)的(de)侵(qin)害。
(3) 可移(yi)動性設(she)計：綜合比(bi)較其他儲能電池，鋰電池儲能技術的優勢在于質量與體積，可移(yi)動性強，不(bu)受地(di)域限(xian)制。
(4) 靈活的(de)基礎設計：集(ji)裝(zhuang)箱是很容易適(shi)用任何所(suo)需的(de)選擇。這包括(kuo)空調，光伏，風機，通道門，電力電纜接入(ru)和其他等設備(bei)的(de)接入(ru)。
5 應 用
以1 MWh 儲能(neng)系統作(zuo)為一(yi)個(ge)單元(yuan)，具有廣泛的適用性，可以通過(guo)多個(ge)單元(yuan)并(bing)聯組合(he)擴(kuo)充(chong)容量(liang)，具有較好的競(jing)爭(zheng)優(you)勢，也可接入新能(neng)源或作(zuo)為智能(neng)電網的分布式電源接入電網。
(1) 新能源接入
由于風能(neng)與(yu)太陽能(neng)等新(xin)能(neng)源的(de)(de)特點是(shi)隨機(ji)(ji)性(xing)(xing)強、間歇性(xing)(xing)高(gao)，出(chu)(chu)力變化快，新(xin)能(neng)源直接并網(wang)(wang)，特別是(shi)大容量(liang)的(de)(de)接入電網(wang)(wang)，會對電網(wang)(wang)的(de)(de)調度(du)和控制產(chan)生一定(ding)的(de)(de)影響，甚至會干(gan)擾(rao)電網(wang)(wang)的(de)(de)穩定(ding)性(xing)(xing)。通過電池儲能(neng)系(xi)統與(yu)可再生新(xin)能(neng)源聯(lian)合應用，將隨機(ji)(ji)變化的(de)(de)輸(shu)出(chu)(chu)功率(lv)轉(zhuan)換為相(xiang)對穩定(ding)的(de)(de)輸(shu)出(chu)(chu)，保證了電網(wang)(wang)系(xi)統的(de)(de)穩定(ding)性(xing)(xing)。
(2) 備(bei)用電源
在偏遠地區(qu)、供電(dian)(dian)可(ke)靠性差(cha)或者有重要負荷的(de)地區(qu)，MW級(ji)電(dian)(dian)池儲能系(xi)(xi)統(tong)可(ke)作為(wei)(wei)備用(yong)電(dian)(dian)源(yuan)，為(wei)(wei)發生故(gu)障的(de)電(dian)(dian)網(wang)系(xi)(xi)統(tong)或者需(xu)要檢修時(shi)配電(dian)(dian)系(xi)(xi)統(tong)提供電(dian)(dian)源(yuan)。MW 級(ji)集裝箱式電(dian)(dian)池儲能系(xi)(xi)統(tong)能夠運(yun)到一(yi)個地區(qu)并提供本地化的(de)電(dian)(dian)力來(lai)源(yuan)。當惡劣(lie)氣候損壞(huai)公用(yong)電(dian)(dian)網(wang)系(xi)(xi)統(tong)，可(ke)用(yong)于(yu)緊(jin)急救援(yuan)；或可(ke)用(yong)于(yu)尚未連接(jie)到電(dian)(dian)網(wang)的(de)地區(qu)。MW 級(ji)集裝箱式儲能系(xi)(xi)統(tong)可(ke)以并入(ru)電(dian)(dian)網(wang)進行充(chong)電(dian)(dian)，也(ye)可(ke)配置新(xin)能源(yuan)接(jie)入(ru)進行儲能電(dian)(dian)能補給。
(3) 微電網
微(wei)電(dian)網(wang)孤網(wang)運(yun)行(xing)時，分布式能(neng)源和用戶負荷的(de)隨機性很大(da)，很難(nan)保(bao)證(zheng)發電(dian)用電(dian)的(de)實(shi)時平衡，導致頻率波動(dong)范圍大(da)，電(dian)壓波動(dong)劇烈(lie)。大(da)容量、高效(xiao)的(de)電(dian)池儲(chu)能(neng)技術可以抑制外部(bu)電(dian)網(wang)的(de)干(gan)擾，保(bao)證(zheng)局部(bu)用戶的(de)電(dian)能(neng)質量，并進(jin)一步實(shi)現(xian)微(wei)電(dian)網(wang)的(de)平穩(wen)運(yun)行(xing)。
(4) 電能質量
MW 級(ji)集裝箱(xiang)電池儲能系統可永久連接到電網，從而提供快(kuai)速響應頻率調(diao)節電網的效用。
(a) 可再生(sheng)平(ping)滑(hua)：可用于風(feng)力農場和大型太陽能(neng)光伏陣列連接平(ping)滑(hua)輸(shu)出這些(xie)可再生(sheng)能(neng)源系統。
(b) 遠程軍(jun)事行動：可用于遠程軍(jun)事行動沒有接(jie)入公用電(dian)網提(ti)供(gong)電(dian)力(li)。MW 級(ji)集裝箱式電(dian)池儲(chu)能(neng)系統可以(yi)為照明，通信和各(ge)種軍(jun)事電(dian)子硬件提(ti)供(gong)電(dian)力(li)。可移動性還可以(yi)提(ti)高(gao)使用的靈活性，拓(tuo)展(zhan)新的市場商業模式，如短期(qi)可租賃性、臨時增容、在建工程用電(dian)等(deng)，具有比較(jiao)大(da)的發展(zhan)空(kong)間
(c) 其他：大容量電(dian)池(chi)儲能技(ji)術還可以(yi)用(yong)于提高配(pei)網電(dian)能質量。通過換流器提供(gong)動態(tai)無功(gong)補償(chang)，提高系(xi)統電(dian)壓穩(wen)(wen)定性，應對電(dian)壓跌落問題；為系(xi)統提供(gong)備用(yong)、調(diao)峰、電(dian)力系(xi)統穩(wen)(wen)定器等。
6 結(jie) 論
本文(wen)詳(xiang)細介紹(shao)了MW 級集裝箱式電池儲(chu)能系統(tong)的(de)概(gai)念、結構、核心(xin)技(ji)術(shu)以及應(ying)用方向(xiang)，其(qi)在電網系統(tong)中(zhong)的(de)應(ying)用還(huan)處于不斷(duan)發展階段，要(yao)實現大規(gui)模規(gui)范化(hua)的(de)應(ying)用，需要(yao)解決(jue)成本、政策、環境等非技(ji)術(shu)和(he)儲(chu)能技(ji)術(shu)等一系列(lie)相關(guan)問(wen)題。
MW 級集(ji)(ji)裝箱式(shi)電池儲能系統具有容(rong)量大、可(ke)靠性高(gao)、技(ji)術(shu)成熟、環保、環境適應性強、安裝簡(jian)便、可(ke)擴充性高(gao)等特點(dian)，因(yin)此MW 級集(ji)(ji)裝箱式(shi)儲能系統是未來(lai)儲能技(ji)術(shu)的發展方向。
