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近日,中国电力企业联合会发布了24个电化学储能行业创新与应用典型案例,旨在进一步推动行业安全高质量发展,发掘总结并交流推广成功经验和有益做法,发挥典型引领作用。今天我们推出第六个典型案例——“宁夏电投宁东基地新能源100MW/200MWh共享储能电站示范项目”。相关案例集还将在2025年3月27日举办的“第三届中国储能大会”上发布,敬请关注。
宁夏电投宁东基地新能源100MW/200MWh共享储能电站示范项目
宁夏电投宁东新能源有限公司
科华数据股份有限公司
一、项目简介
宁夏电投宁东基地新能源100MW/200MWh共享储能电站示范项目由宁夏电投宁东新能源有限公司投资建设,科华数据股份有限公司与内蒙古电力建设(集团)有限公司承建。项目位于宁夏灵武市宁东镇东湾村境内,距银川市约60km,交通便捷。项目规划建设容量为200MW/400MWh,分两期建设,约占地60亩,本期为一期工程,建设容量为100MW/200MWh。
本项目是全国首个百兆瓦级电力电子液冷共享储能电站项目,宁夏新型储能示范项目之一,也是区域内最早一批并网的大规模共享储能电站。该储能电站可配合周边新能源场站平抑新能源波动,减少对区域电网的冲击,提高电网消纳能力。该储能电站的调峰能力可达8000万kWh以上,相当于10万户居民一年的生活用电量,极大缓解了宁东新能源基地光伏接入电网的消纳问题。
二、解决方案
1. 系统构成
本期建设的100MW/200MWh共享储能电站主要由电池舱、PCS(储能变流器)一体机、能量管理系统、升压站、送出线路等组成。共建设31.5套3.2MW/6.88MWh储能单元,配置31套3.2MW储能PCS一体机,1套1.6MW储能PCS一体机,63套3.44MWh电池舱。以4回35kV汇集线路接入35kV升压站,升压站配置1台100MVA主变压器,升压至110kV后接入宁东东湾330kV汇集站110kV侧。其中单个35kV母线回路下属储能设备为一个子阵区域,单个子阵区域包括8套3.2MW/6.88MWh储能单元(其中第4个子阵区域配置7套)。配套建设综合楼、配电室、二次设备室等,以及配套供水、供电、污水处理等相关辅助设施。
图1 项目现场
2. 液冷电池仓
本项目储能部分的电池采用液冷户外预制舱布置方案,储能电池交流侧总容量为200MWh,配置63套3.44MWh储能单元。1个储能系统单元由1套BMS(电池管理系统)进行监控,每个单元相对独立,可被储能电站中央控制系统直接调度。
图2 电池集装箱外观效果图
本项目储能部分采用科华数能S3液冷储能系统,由1500V储能电池、DC/DC模块、液冷系统、安全保护系统、智能管理系统组成,系统额定容量为3.44MWh。每簇电池配置一台DC/DC模块进行一簇一充放,总计10簇电池,每簇电池由8个1P48S电池PACK串联而成,内部采用280Ah及以上电芯,经过DC/DC汇流后输出到集装箱外部接口。集装箱整体采用非步入式外维护设计,集成内部消防、液冷管道设计,实现液冷储能电池系统安全防护、智能管理。该电池系统采用20英尺标准集装箱预置化安装,系统高度集成化,环境适应性强,减少现场安装调试及后期维护的工作量。
图3 液冷电池系统框图
本项目液冷电池具有以下特点:
(1)主动安全。系统对电芯、电池PACK、BMS(电池管理系统)、集装箱系统、消防、储能电站等进行全方位安全设计。BMS+DC/DC实现智能功率控制及调度,实现电池簇单元主动均流、智能投切、快速响应和双重保护。电池智能防护管理可预测电池SOH(健康状态),降低发生热失控的概率及提升系统设备安全性。
(2)经济可靠。系统最大容量可达3.44MWh,内置DC/DC变流模块实现一簇一充放,有效改善电池簇不一致的问题。20英尺标准集装箱采用非步入式设计,便于运输和安装,实现系统最大功率密度,系统能耗降低30%。采用新型液冷管道设计,系统电池温差控制在3℃以内。
(3)智能高效。发挥电力电子技术柔性适应特性,实现PCS、BMS、EMS(能量管理系统)3S软硬件结合设计,实现全过程监控与管理。全生命周期健康智能管控,具备绝缘故障检测和保护功能,集装箱层级+“Pack层级”联动消防。智能化运维平台,由AI模型预测失效点,提前告警并预防准备,系统易扩展、易维护、易安装。
(4)精简灵活。适配主流3.45MW储能变流器,实现从电池端至电网端标准化、集成化设计,可快速配置使用。电池系统集成一体化设计,统一对外接口,可远程在线升级,进行云端数据分析及可视化管理。适配行业内主流280Ah及以上电芯,提升了系统循环使用寿命及充放电容量。
3. 储能升压一体机
本项目采用科华3.2MW储能升压一体机,在系统集成、环境适应、整体投入成本、安装调试快捷等方面具有显著的优势。
图4 储能升压一体机外形图
单台3.2MW储能升压一体机采用2台1725kW的PCS,接入一个3200kVA双绕组干式变压器,出口690V电压升压至35kV系统为一个单元,接入35kV母线并入电网。
本项目采用的储能升压一体机具备以下特点:
(1)高度集成。合理高效布局,提高空间利用率;二次回路集成,统一测量、保护与通信;“变”“升”一体设计,实现产品一体交付。
(2)灵活配置。支持多机并联,VSG(虚拟同步发电机)、PQ(有功无功控制)、VF(电压频率控制)、黑启动等功能;1500V 系统宽直流电压范围,直流端配置灵活;适应发电侧、电网侧、用户侧多种储能应用场景。
(3)电网友好。支持双网口,支持 IEC 61850 协议;集成数据采集与光纤环网,智慧运行管理;支持高/低电压穿越,满足构网型技术要求。
4. 能量管理系统(EMS)
本项目配备能量管理系统(EMS),可统一协调、控制储能成套工程中的各个设备,同时统计储能系统充放电电量,管理储能系统各组成设备。同时,EMS 可支持通过 AGC (自动发电控制)下达的指令来响应电网调度,根据 AGC 指令提供有功、无功支撑。EMS 系统可采集 PCS、电池、变压器及其他设备的数据,实现数据统一监控。就地控制模式下,按 AGC 下发的功率值实施峰谷模式的储能策略,实现能源的高效利用。在远方调度模式下,接受调度 AGC 的总功率调度,实现储能系统的功率分配,电池 SOC(荷电状态) 均衡。
三、关键点与创新点
首先,本项目共享储能电站采用科华数能S3 液冷储能系统,内置针对储能电池散热的风冷式水冷机组。该水冷机组能解决储能集装箱内部电池发热量较大,内部设备对于环境温度敏感的问题。集装箱内部液冷管路采用分布式设计,具备工程专利设计,散热均衡,有效保障电池舱内部温度分布均衡,能实现电池包内温差小于3℃,系统温差小于5℃,循环寿命提升大于10%。其次,系统散热采用“双循环”,实现双重能效管控。有效降低自用电功耗,提高系统效率,单舱制冷功耗不大于30kW。
本项目储能系统具备完善的安全方案,具备“PACK级”气体消防、集装箱系统级气体消防和水消防三级消防能力,系统具备电芯级防爆、“PACK级”防爆及系统级防爆三级防爆能力。
此外,本项目还配置了“PACK级”全氟己酮+系统级七氟丙烷自动报警。一旦发生紧急情况,可自动与BMS、本地监控联动,杜绝火灾的发生。本项目还配置了电池舱水喷淋以及场站水消防作为最后的防护手段。
(1)“PACK级”消防。若电池发生热失控,当温度达到100℃时,电池包内全氟己酮消防模块动作,全氟己酮灭火剂充满电池包,起到隔绝氧气、降温和灭火作用。
(2)系统级消防。若电池包火情蔓延,集装箱控制排风机将可燃气体排出。若检测出烟感和温感异常,关闭排风机,报警装置报警,切断总配电电源,30s后七氟丙烷灭火装置触发,灭火剂充满集装箱电池舱,达到隔绝氧气和灭火的作用。
(3)场站级水消防。水消防管道为管网式,每个电池簇配备一个喷头,达到降温和灭火作用。
四、实际成效
宁夏电投宁东基地新能源共享储能电站一期,建设容量为100MW/200MWh。本期工程实际储能配置容量为100MW/216.7MWh,可满足35kV侧交流输出200MWh,不仅满足2h充电调峰需求,还可满足2h放电调峰需求,可更进一步缓解电网调峰压力。储能系统配置电池簇级管理器,实现一簇一管理,对电池可充放电容量进行修正调整,电池系统全生命周期可充放电容量提高6%以上。结合电池簇级控制器的应用,实现电池后期更换或维护,系统可不停电操作,对单簇电池进行投切即可维护,实现全年可利用率不小于99%。通过DC/DC簇级控制器的均衡,使各个电池簇在0.5P放电标准下,放电电流均衡。
储能系统电网适应能力强,所采用的储能双向变流器弱电网适应性强。本项目储能系统接入电网电能质量好,选用的储能变流器在满载情况下各相输出电流的波形 THD (失真度)可控制2%以内,接入电网电能质量好,对电网冲击小。
五、经济效益及推广前景
1.经济效益
宁夏电投宁东基地新能源共享储能电站盈利收益包括参与全网调峰、辅助服务(调频、跟踪计划出力、黑启动)、容量指标租赁三部分,以调峰收益为主,租用收益为辅。
(1)调峰收益。按磷酸铁锂电池储能系统转换效率95%、放电深度90%考虑,综合效率为85.5%,调峰服务费单价按照当前初步确定价格即0.6元/kWh,首年调峰次数为 300次,首年累计调峰容量为Q=40.144万kWh×85.5%×300次=10296.936万 kWh,首年调峰收益=10296.936万kWh×0.6元/kWh=6178.2万元。
(2)参与辅助服务,如参与电网调频、跟踪出力、黑启动等的补贴收入。
(3)根据储能电站在宁夏电网的地位及作用,本项目可为宁夏全区新能源提供租赁服务。
2.推广前景
本项目配置液冷储能系统,与电池簇级管理器DC/DC相结合,极大提升项目整体安全性和效益,是行业内首次百兆瓦级液冷+DC/DC的应用探索。使用DC/DC簇级管理器替代了传统方案电池舱中高压盒,在成本增加不大的情况下,实现了储能的电力电子精细化管理,对于解决长时储能、1500V高压储能等电池簇并联过多的问题有很好的推广价值。本项目作为发电侧共享储能系统,接受电网调度,直接参与电网的调峰、调频服务,同时为电网提供事故备用、黑启动、需求响应支撑等多种辅助服务,具有公共属性,对于落实建立储能容量市场的规则与监管机制具有重大意义。
六、团队介绍
科华数据股份有限公司专注电力电子技术36年,团队成员包含多位深耕储能行业多年的技术专家。
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