工业电力储能

1.储能行业概述

能源的可再生和可持续发展是21世纪的机遇和挑战.我国”十二五”关于智能电网, 风能和光伏分布能源建设的战略规划,对其中的基础储能产业发展无疑是一大政策利好,将会产生对储能系统的大量需求.

随着我国电网容量的不断扩大，峰谷差不断增加，可再生能源、分布式供能和智能电网的蓬勃发展， 对大规模发展储能产业的需求也越来越大。我国储能产业发展总体落后于发达国家。 截至2010年底，全球电力储能总装机为125.52GW，约占世界电力装机总量的3.0％。 截至2010年底，我国电网发电装机容量为962GW，电力储能总装机约为16.345GW， 仅约占全国装机总量的1.7％。预计到2015年全国发电装机容量将为1430GW， 到2020年将达到1640GW。在已发表文献中，预测到2020年电网调峰储能将占国家发电装机容量的最大比例为16％， 则到时我国电网调峰储能产业的规模将达到262.4GW。目前，大规模储能技术已被列入国家“十二五”能源规划 ，出台相应的法规和政策，引导促进储能产业发展已成趋势.

总体来说，储能电站（系统）在电网中的应用目的主要考虑“负荷调节、配合新能源接入、弥补线损、功率补偿、提高电能质量、孤网运行、削峰填谷”等几大功能应用。比如：削峰填谷，改善电网运行曲线，通俗一点解释，储能电站就像一个储电银行，可以把用电低谷期富余的电储存起来，在用电高峰的时候再拿出来用，这样就减少了电能的浪费；此外储能电站还能减少线损，增加线路和设备使用寿命；优化系统电源布局，改善电能质量。而储能电站的绿色优势则主要体现在：科学安全，建设周期短；绿色环保，促进环境友好；集约用地，减少资源消耗等方面。

2.1 智慧型工业电力储能电站介绍

本电站采用锂电池作为储能核心部件，集成电力切换系统，电池管理系统，储能变流系统，能源管理系统及调度中心等功能的系统应用。整体外形为集装箱结构，便于运输，安装和技术服务。简称集装箱式电站，见示意图。

2.1.1 集装箱式储能电站系统架构

在本系统中，储能电站（系统）主要包括电力切换隔离系统、能源管理系统（EMS）、电池组、电池管理系统（BMS）、储能变流系统 （包括储能汇流系统和储能变流系统）以及相应的储能电站联合控制调度中心等在内的发电系统。系统架构图如下：

电力储能电站架构图 1、工厂配电系统通过电力切换系统，然后对锂电池组充电，并储能；在使用时候，通过逆变器将直流电转换为交流电对负载进行供电；
2、储能变流系统由充电系统和放电系统构成，放电系统由几台逆变器组成，把蓄电池中的直流电变成标准的380V市电接入 用户侧低压电网,或直接供给具体设备。
3、锂电池组及系统是基本的储能单元，负责充电平衡，放电平衡，负荷及能量管理等。

2.1.2 集装箱式储能电站电力切换隔离系统 电力切换隔离系统主要是指保护负载端,冲放电及配电端达到有序实用和互不影响等功能. 在充电工作前, 切换系统通过专线从配电柜取电,不影响工厂其他设备供电需求,同时安装隔离和保护装置; 在放电工作前,及时关断与主配电系统的连接,在放电结束前,及时切换回原供电系统.

2.1.3 集装箱式储能电站锂电池组 电池子系统设计PES100B-500/1000中由8套125kwh电池子系统组成，每套125kwh电池子系统由18箱标准电池模块（型号为EBM10-25/8P12S）串联而成，总电压为691.2V，总能量为138.24kwh。另加上1个电器元件箱，负责本子系统的电器输出控制及BCU的布置。所有电池箱布置于5层的电池架（EDCJ10-5/20）上，电池架尺寸约为600mm*1200mm*2000mm（长*宽*高）安装所有电池箱后总重量约1750kg。模块底部安装导轨，方便维护。
2.1.4. 集装箱式储能电站电池管理系统 PES100B-500/1000集装箱型电站储能系统的电池管理系统采用三层架构，由１个ＢＭＳ（型号为BMS10－E01）＋ HMI负责统一管理，对应的８个电池子系统分别由８个ＢＣＵ分别管理，总的ＢＭＳ分别管理８个BCU， 每个BCU下面有１８个ＢＭＵ负责管理1P12S的模组，１个ＢＣＵ管理１８个ＢＭＵ，系统基本架构如下：

2.1.5．集装箱式储能电站储能变流系统 本方案中采用１台500kw的PCS10-500／0.4T储能变流器，通过汇流柜分别连接８个电池子系统，并通过与ＢＭＳ通讯获取电池信息，与储能站监控系统通讯上传电池主要信息和PCS工作状态，并接受上级监控系统控制指令，下发充放电功率。
2.1.6．集装箱式储能电站能源管理及监控调度中心系统 储能系统中包括一套能源管理系统，监控调度中心系统，该系统能完成与电池系统及变流系统相关的状态监控， 数据采集，历史数据库维护查询等功能，并完成与上级监控系统的信息交换及指令传递。 其中监控系统主要包括就地监测系统监控，PCS监控，电池管理系统监控三大部分。 其中，就地检测单元负责采集电池和变流器的遥信和遥测数据，并下达控制命令至电池管理系统和变流器就地控制器；滇池管理系统用于监测，评估及保护电池运行状态；变流器就地控制器用于对变流器的工作状态进行监测和控制。就地监测系统能够接受来自上层储能电站监控系统的远方指令，设定或调整电池储能系统的运行状态和运行方式，同时，也能够根据上层储能电站监控系统的要求向其上传整个电池储能系统的实时运行数据，环境数据等。就地监测系统内部以及就地监测系统与上层储能电站监控系统提供两个百兆光纤以太网端口， 采用开放的通信协议，分别按照IEC104规约和Modbus TCP/IP标准与其进行通信。

2.2 集装箱式储能电站特点和优势 2.2.1 本电站电池组及电池管理系统的功能和特点 １） 电池模拟量高精度监测及上报功能：包括电池组串实时电压监测，电池组串充放电电流监测，单体电池端电压监测，电池组多点温度监测，电池组串漏电监测。
２） 电池系统运行报警，报警本地显示及上报功能：包括电池系统过压告警，电池系统欠压告警，电池系统过流告警，电池系统高温告警，电池系统低温告警，电池系统漏电告警，电池管理系统通信异常告警，电池管理系统内部异常告警。
３） 电池系统保护功能：电池管理系统在电池系统出现电压，电流，温度等模拟量出现超过安全保护门限的情况时，将进行故障隔离，将问题电池组串推出运行，同时上报保护信息，并在本地进行显示。
４） 自诊断功能：本电池管理系统具备自诊断功能，在电池管理系统内部通信与外部通信出现中断故障时，能够上报通信中断告警；另外针对模拟量采集异常等其他异常也具备故障自诊断，本地显示和上报就地监测系统的功能。
５） 均衡功能：本电池管理系统具备均衡功能，通过高效的均衡策略能够很好的维护电池组的一致性
６） 运行参数设定功能：本电池管理系统提供本地和远程两种方式对电池管理系统的各项运行参数进行修改，并提供修改授权密码验证功能。本地参数修改在电池管理系统本地触摸屏上完成，远程参数修改通过以太网通信完成，电池管理系统提供参数修改使用的通信规约及命令字格式。
７） 运行参数存储功能：本电池管理系统能够在本地对电池系统的各项事件及历史数据进行存储，记录超过10000条事件及最少30天的历史数据。
８） 电池组串接入／退出运行功能：电池管理系统能够接受储能监控系统对储能单元下发命令，利用功率接触器完成针对每个电池组串接入或退出运行的功能。
2.2.2 本电站其他部分的功能和特点
1） 能源管理及监控调度中心，能够实现24小时，实时在线监测和管理功能。
2） 根据现场工况及时进行自动切换，或人工操作管理。
3） 根据工厂需要，可以移动或调整使用对象。容易实现多方式组合，满足较高的工作电压和较大工作电流；
４） 电池容量和性能的可检测和可诊断，使控制系统可在预知电池容量和性能的情况
下实现对电站负荷的调度控制； ５） 高安全性、可靠性：在正常使用情况下，电池正常使用寿命不低于15年；在极 限情况下，即使发生故障也在受控范围，不应该发生爆炸、燃烧等危及电站安全运行的故障；
６） 具有良好的快速响应和大倍率充放电能力，一般要求5-10倍的充放电能力； 较高的充放电转换效率；
７） 易于安装和维护；对于偏远地方工厂，可以进行卡车直接运输，或装备车轮。
８） 具有较好的环境适应性，较宽的工作温度范围；
９） 符合环境保护要求，在电池生产、使用、回收过程中不产生对环境的破坏和污染；
10）集装箱的外观设计充分考虑实用性以及美观性。涂装采用浅色图装，辅以中聚绿色带的装饰带，凸显设备的专业性，给人以稳重大方的感觉。同时便于同周围环境的和谐搭配，没有突兀感。集装箱外观可设置“移动式储能电站”等LOGO标识。
2.2.3 本电站和同类产品比较特点和优势 根据本电站中的核心部件是锂电池组，在比较储能电站的优劣时候，我们主要以几种不同的电池来进行比较作为电站代表。 （1）几种常用电池比较