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(2)储能电站面向电网侧及新能源消纳实际运行需求,在以下方面开展应用示范:
移峰填谷;新能源储能互补;调频服务+“虚拟同步机”;断面功率控制;动态无功支撑;大电网紧急控制;微网/冷热综合能源;黑启动/热备用。
2、储能容量选择
储能容量选择,需综合考虑系统潮流、调峰、调频、调压及紧急控制等各方 面需求;目前,储能容量选择主要受限于建设运营成本约束。
(1)调峰、调频、紧急控制:主要是面向解决全网性问题,客观上储能配置越大越有效。调峰需求能量型储能,一般不小于2h,调频和紧急控制需求功率型储能,持续时间一般小于0.5h即可。
(2)调压:主要考虑电网的动态无功需求,功率型储能,容量越大,动态无功支撑能力越强。
二、电池本体产品需求
1、电池选型:选型原则
(1)满足电网调频的持续高倍率充放电;
(2)满足电网调频,调峰需求的充放电循环次数;
(3)满足电网调频需求的满充放转换的快速响应;
(4)满足电网要求的稳定运行以及安全性;
(5)满足收益要求的成本及系统效率;
(6)满足电池易维护,电站无人值守的设计要求;
(7)满足电池高效使用的SOC运行范围;
(8)满足环境要求的宽工作范围。
2、电池参数对比
3、电池选型:成组方案对比
4、选型建议
综合比较各电池技术参数:
(1)铅炭电池成本较低,但倍率特性低、循环寿命短、响应速度慢及存在环保问题;
(2)全钒液流电池具有较高的倍率特性、循环次数高,但其功率及能量密度低、占地 面积大,且高成本;
(3)锂离子电池具有较高的能量和功率密度,较高的倍率特性、宽SOC运行范围、循 环次数高等优势,其中三元锂离子电池具有更高的能量及功率密度,但存在安全性 及成本问题。
(4)根据总体需求,兼顾电网调频和调峰等其他应用场景。
5、锂离子电池的风险
国内外近期发生多起锂离子电池储能电站火灾 事故。
7月2日,韩国灵岩一风力发电园区内ESS储能 设备发生重大火灾事故,造成706㎡规模电池 建筑和3500块以上锂电池全部烧毁。
镇江扬中某用户侧储能项目,8月初项目中的 磷酸铁锂电池集装箱起火并烧毁。
事故一旦发生就会造成严重后果,对锂离子电池热事故特征参数识别、热失控早期预警、 安全联动和消防防护显得尤为重要。
6、锌溴液流电池的探索
合适的电化学储能体系特征:价格合适;安全可控;易于部署;资源丰富。
(1)安全性高、不存在燃烧爆炸风险的化学体系
(2)单液流体系管路简单
(3)电解液为水体系,利于 散热,不会燃烧
(4)体系封闭、环境压力小 5 原料易得、价格适中
三、电池管理系统需求
1、储能电站BMS系统概述
大型储能系统电站可应用于发电侧或电网侧的调频调峰或削峰填谷,其中储能电站BMS实现对电池运行状 态量(电压、电流、温度、绝缘等)的监测,进而实现对电池状态剩余电量(SOC)、电池健康状态( SOH)的分析和评估,对电池组(堆)实现均衡管理、控制、故障告警、保护及通讯管理的系统装置,其 目的是实现电池组的安全、稳定、可靠、高效、经济的使用。
储能系统BMS采用三层典型架构:
从控模块(电池数据采集单元) 第一层主要采集单体电池电压、温度等信息,对 电池状态进行计算,作均衡、热管理执行控制。
主控模块(电池簇控制模块) 第二层主要负责电池组端电压采集、电流采集、 绝缘检测、电池状态计算、继电器控制、均衡策 略、数据通信等。
总控模块(电池堆控制模块) 第三层主要进行数据显示、查询、参数设置、数 据计算、通讯、数据保存等。
2、功能需求
(1)电池模型:电池模型采用增强型自校正(ESC)锂离子电池等效电路模型,考虑 温度、滞回电压、欧姆电阻、RC阶数等影响因素,并能够为SOC 估计算法提供模型基础。
(2)电池SOC估算:电池储能设备荷电状态(SOC)采用高精度的安时积分+开路电压 校正方法,采用神经网络法对磷酸铁锂电池SOC进行估算,将估算 误差控制在5%范围内,具有较高的估算精度。
(3)电池均衡控制:基于电池单体电压、单体SOC、单体SOH以及历史数据等综合均 衡判据,采用被动均衡+主动均衡控制策略,大幅改善成组电池 的一致性、可用容量、电池寿命。
(4)集成高速通信规约:支持双网冗余连接模式,通信协议采用IEC-104、IEC-61850 系列等标准规约,提升信息传输速率。
(5)电池安全保护
采用ASIL-B级保护策略,具备先进的自我故障诊断和容错技术,对模块自身软硬件具备自我检测功能, 硬件保护措施不会因为BMS故障造成储能系统安全问题;
具备完善的软硬件保护设计,采用分级预警、告警以及保护动作等分级保护系统,电压、温度等具备变 化率保护、多级阈值保护等。
具备完善的SOE以及故障录波功能,丰富的本地与远程的数据记录功能,满足现场运行状态的监控以及事后分析的要求,做到历史事件可追溯、故障问题可分析,做到历史事件可追溯、故障问题可分析,有效解 决储能系统发生故障时责任不清问题;
具备多层级消防联动保护系统设计,具备pack级的消防,采用多传感器融合技术(特征气体、烟雾、温 度),结合非标锂电池热失控判断算法,实时监控电池热失控阶段,实现锂电池热失控早期分级预警,并在 锂电池发生火情第一时间进行灭火最小单元干预控制。
(6)防护措施
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