光伏直流侧分布式储能技术开发与示范

:能源行业在转型，华能集团也是如此，从传统的燃煤发电为主，逐渐往清洁能源发电方向过渡。在这个过渡的过程当中，随着清洁能源发电比例的增加，对电网会产生一定的影响。所以，针对提高电力系统的效率、安全性和可靠性问题，需要对可再生能源发电配备储能系统。中国华能集团清洁能源技术研究院朱勇博士在第一届北极星“光伏+”研讨会上作了重要讲话。一起光伏APP将对大会进行全程直播。中国华能集团清洁能源技术研究院朱勇博士主题分享《光伏直流侧分布式储能技术开发与示范》。

朱勇：尊敬的周院士，谢谢主持人，谢谢主办方给提供这么好的一个机会，来分享一下华能清洁能源技术研究院在储能方面的一些研发和应用。

今天主要介绍我们在光伏直流侧进行的一个示范项目。大概介绍五个方面：

在介绍项目之前先介绍一下我们单位。华能集团大家可能比较熟悉，华能清能院是华能集团下面定位于清洁能源发电前沿技术的研究型公司，研究方向涵盖所有的清洁能源发电技术，也包括传统的燃煤发电技术等，研发的一些成果不仅为华能集团服务，同时也可为行业内发展提供技术支持。

现在大家都知道，能源行业在进行转型，像华能集团也是，从传统的燃煤发电为主，逐渐往清洁能源发电方向过渡。在这个过渡的过程当中，随着清洁能源发电量比例的增加，对电网会产生一定的影响，这个影响会有多方面的，所以我们就要想对策，为了解决电力系统的效率、安全性和可靠性，我们需要配储能系统。像刚才主持人所说，储能方案还不太成熟，尤其储能商业化应用的例子不太多，所以我就介绍一下这方面的经验。

先说一下我们为什么要在光伏配储能。这个图是发改委能源研究所关于2050年电力能源的比例研究，这是其中某一天发电的情况，可以看到，中间比较多的是太阳能发电，大家也都知道，太阳能发电分两种，光伏和光热。从现在来看，是光伏为主，在这么大的光伏发电的比例下，对电网的影响，波动性会有很大的提升，大概从30%提升到60%，这个过程当中我们想到的对策是什么呢？配储能。我们看今年三月份国家能源局出的一个指导意见，里面明确说了，要加快新型储能技术的研发，把这些技术应用到风电、光伏行业里面。同时看到这个指导意见里面还有一句话，要积极支持太阳能热发电，我也是做了将近10年的太阳能热发电的研究，想对比一下，现在光伏+储能，可能光伏是3毛多钱成本，储能方面，比如我们清能院技术可能做到八九毛的成本，如果把二者结合起来，跟现在的光热相比其实并没有太大成本的优势，只是我们光伏的体量是比较大的，市场是比较成熟的。随着光热技术示范电站的推广，比如今年可能会有四个电站并网，光热推广可能会对我们光伏+储能这个技术有一定的影响，在座同仁如果说做光伏+储能的话，可能现在得抓紧时间了，因为光热的力量还是很大的。

先介绍第一点，我们为什么要做储能？弃风、弃光比较多，这有一个弃光率超过50%的光伏例子，是西北地区的一个光伏电站。在看到这么高的弃光量的时候，我们想在这个电站上面做一些储能方面的应用。

整个应用的流程是这样的，开始提出了一种直流侧分布式的接入技术，这个接入技术主要是在光伏直流侧方面，不涉及到与交流的转换。在这个技术的基础上开发专用的控制器，包括自动运行控制器和云端存储器，就是一边控制系统运行，一边把它的数据采集并存储在云端，可以在北京的实验室里面监控现场的运行情况。在设备开发完以后做了一些模拟，就是把储能配到光伏电站上面，究竟是怎么样的运行逻辑，怎么样一个运行的状况。然后在共和光伏电站做了一个小型的示范，是一个50千瓦时的系统，这个示范运行可行了以后，我们又在格尔木推了一个3.5兆瓦时的示范项目。这是当时的一个研发里程，现在这个示范项目已经跟当地的光伏电站完成了交接，现在运行的状况不错。

这个项目有几个小的创新点：

第一个，提出分布式直流侧的接入技术。因为我们是想在直流侧接入，在光伏阵列上直接接上去，这样就直接接到直流线上面，不需要进行直流和交流间的转换，可以提高效率；可以省掉一些设备的投入，这样的话可以降低一些成本；还有一个好处，就是我们在电站里面来干这个事，不需要到电网进行报批，因为我们并不超过电站原有的出线容量，所以也就不需要在电网做备案了，省掉了很多程序。

第二个，开发一个专用的控制器，逆变器设备型号比较多，我们开发的这个控制器是不挑设备的，直接装上就可以使用，而且解决了对MPPT的干扰问题，右上角的曲线就是我们运行的时候对电力调度的跟踪情况，最上面那个黑色的是电力调度的曲线，红色的是我们配了储能以后阵列的出力情况，下面蓝色的是跟它做对比的一个出力情况。对比怎么对比？我们在于一个阵列上面分两部分，一部分配储能，一部分不配储能，就这样做对比。

第三个，就是我们在格尔木建设的示范项目，应该是国内最大直流侧分布式接入储能系统，容量是3.5兆瓦时，它的储能效率大概是90%左右，待会儿我会介绍一下。

这是当时2017年运行的情况，像刚才的图一样，对电网的调度跟踪还是比较完好的，红线跟蓝线的重合度还是比较高的，这是今年4月份某一天的运行情况，当时请第三方权威的南德认证检测机构来做的认证，他们当时在现场给测试的，测试以后发现，我们装有磷酸铁锂电池的集装箱系统，当天的充放电算下来以后，充放电效率是95.77%。大家在说效率的时候，可能很多前提都没有说，比如说我从多少充到多少，充放的时候有没有昨天充的电存在里面，今天放出来。所以我们当时测的时候，把前一天的全部放掉，当天充的时候是5%左右的SOC，放的时候也是放到5%左右，两个的相差是很小的，最后算出来的它的充放电效率是95.77%。

这个是铅炭电池系统，因为我们在格尔木那边有四个集装箱，用了两种电池，当时也是做了对比，我们这个铅炭电池系统的充放电效率要稍微低一些，87.42%，但也是比较好的。因为我们华能之前收购了一个电池储能电站，我拿到他们前两年的运行数据我算了一下，整个效率是80.88%，所以我们这个储能系统，如果把交直流变换和一些损失加进去的话，也是会比那个电站要好一些的。

这个是今年2月份的一个运行情况。

我们的技术跟目前国内外的技术相比有这么几个突出的地方。我们是用直流侧分布式接入技术，这样的话减少了一些变换的过程，提高效率，效率大概在90%，还可以更高一点，成本降的比较低，现在在六七毛、七八毛左右，而且不挑设备，有利于商业化的应用。这是获得的国际储能创新大赛的创新典范奖，连续两年，2017年、2018年都获得了。

这个示范的容量是3.5兆瓦时，因为示范效果挺好，光伏电站方想做二期，我们就做了5兆瓦时的案例分析。当时算的时候这个电价是按照1块钱来算的，其实他们的电站电价是1.15元，按我们现在的技术，如果按照1块钱的上网电价，按照4千次的充放电次数，5兆瓦时容量的储能系统的收益还是很可观的。我们这里边有一个电费收益135万元，光伏电站净得13.5万元，这是我们想的一个商业模式。因为我们华能清能院是一个研究型单位，在商业运行的过程当中，可能需要电池厂商或者投资方来一块合作，这样就涉及到一个利益的分成。

这是市场前景情况，我们把从2010年—2015年的上网电价统计了一下，9毛钱以上的，（其实现在看8毛钱以上都是可以有利润的）大概是344万千瓦时的容量，说明在光伏上应用储能技术的市场前景非常广阔。

最后再说一个事情，就是安全问题，这是韩国一个电池储能系统着火时候的照片，今年7月份刚着火的，12兆瓦时的储能系统，大家可以看到，这个系统要烧的话就完全烧毁了，因为是没法救火的，电池燃烧是不需要外界氧气补充的，现在一般用集装箱装电池，密封了以后里面放上七氟丙烷，如果燃烧，七氟丙烷是能迅速把氧气消耗掉，但是电池着火不需要外面氧气的补充，氧化剂、还原剂都有的，直到烧净了，安全问题可能就尤为凸出，尤为重要，所以说我们在这块会的研究更加注重。

我们正在进行一些安全方面的研发，现在正在做样机，主要可以把电池，不管充放电的时候温度超温，像实际电站当中我们设置的报警温度是55度，不管怎么超温，温度只要有往上提升，我们就可以及时的把这个温度带出去。而且给了一定的裕度，如果超的特别厉害，我们也保证他不会燃烧，不像现在一些电池系统，超温后有燃烧的危险性，而且还可以把旁边所有的电池点燃了，我们现在正在测试，测试的时候，即使某块电池超温了，也只是这一小部分会有问题，我们会及时的把它识别并剔除出来，不会影响到周边电池系统的安全。而且这个做好了以后对电池系统的效率有好的提升，因为如果把多余的热量都带出去，就可以把整个电池系统的温度做到均匀，提高一致性，对整个电池的寿命、效率有很大的提升。目前我们在北京的实验室做这方面的测试，有感兴趣的同仁们也欢迎到我们那去交流。