國家電投集團黃河上游水電開發(fā)有限責任公司工程技術(shù)部龐秀嵐

2019年五月18-二十日，中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟、我國科學院工程熱物理研究所舉辦“ESIE2019儲能國際峰會暨展覽會”，國家電投集團黃河上游水電開發(fā)有限責任公司工程技術(shù)部龐秀嵐在會議上發(fā)言。

我要跟大家分享的內(nèi)容是“新能源電站儲能設(shè)計研究與實證”，原先是電網(wǎng)側(cè)研究的比較多，我重要是從電源側(cè)來跟大家分享。重要是依據(jù)黃河公司在兩個電站實際的運行數(shù)據(jù)和一些實證性的數(shù)據(jù)和大家來分享。

重要是從以下幾個方面，首先是光伏風電的出力特性的研究、儲能電池特性的研究、光伏電站系統(tǒng)和儲能、系統(tǒng)匹配性的研究，最后有一部分實證數(shù)據(jù)和大家分享。

黃河公司是一家大型的綜合性能源公司，重要是擁有水電17座，容量1083萬，光伏是37座，3.8GW，風電16組，94萬，還有火電、電解鋁、電子技的多晶硅，光伏的電池組建、遐邇哈姆鎳礦的開發(fā)。黃河公司重要是電力的開發(fā)，新能源、光伏風電擁有設(shè)計團隊、建設(shè)團隊、安裝調(diào)試團隊和運維團隊。整個產(chǎn)業(yè)鏈都有自己的專業(yè)隊伍，所有的實證性的數(shù)據(jù)都是來源于自己的團隊和自己的電站。

為何要做實證性的研究，大家都知道不同發(fā)電系統(tǒng)出力特性和用型特性差距比較大，特別是光伏系統(tǒng)有固定、憑單、斜單、雙伏系統(tǒng)，組建有常見的單晶硅和高效的N型薄膜組件和單面和雙面，他的發(fā)電出力的差異還是比較大的。

另外儲能系統(tǒng)大家也知道行業(yè)里邊有鋰離子電池、液流電池還有超級電容還有燃料、鈉硫等等，種類非常的多，它的特性也是差異比較大的。而且同一種技術(shù)不同的廠家的特性也是差距比較大的。儲能裝上去必須滿足四種用型模式：最基本能量的搬移、調(diào)峰調(diào)頻、平滑新能源的出力的波動型、跟蹤調(diào)度出力曲線。在這么多種變量、這么多種系統(tǒng)、這么多不同的產(chǎn)品的特性下，發(fā)電系統(tǒng)和儲能電池系統(tǒng)如何匹配?如何使電池高效的用型?這是兩個要解決的問題。

光伏+儲能工程，在四種運行模式下開展，不同的光伏發(fā)電系統(tǒng)，不同的儲能逆變，不同的電池、不同的接入方式的實證性的比較。

黃河公司共河有一個百兆瓦的基地，這里面所有的光伏發(fā)電的技術(shù)都裝有，我們調(diào)用了多年的所有的發(fā)電系統(tǒng)的特性曲線，這個是給大家展示的是實際的運行曲線，有固定單面、雙面、垂直雙軸、垂直單軸、斜單軸，還有其他的系統(tǒng)等等。

我們對不同的發(fā)電系統(tǒng)研究完了以后，調(diào)用的我們在青海海西、海南裝的從2011年開始運行所有的光伏電站多年的日用型發(fā)電曲線以后，分析出來總結(jié)出來在不同的典型天氣下的運行曲線。下面給大家展示的是多云、晴天、晴轉(zhuǎn)多云、陰天、陰轉(zhuǎn)多云等等天氣，除了晴天以外，其他的天氣波動比較大，還有其他的沙塵天氣等等沒有展示出來，海南全晴天175天，海西161天，其他的天氣波動性都是比較大的。

全年光伏發(fā)電特性總結(jié)下來：春秋發(fā)電處理比較大，夏天和冬季的時候相對低，冬季發(fā)電低是因為那個地方溫度是36度，因為太陽方位角的問題。夏季因為環(huán)境溫度的影響，反而光伏發(fā)電的出力是低的，因為溫度對電池組件的發(fā)電影響是比較大的。

下面是風電出力特性的研究，青海裝有10萬和45萬的風電，分別配有儲能是20MWh和90MWh，在四種不同的運行方式下，比較不同的風力的發(fā)電系統(tǒng)和電池的運行特性。我們調(diào)用了海西、海南所有運行的風電的多年的日運行特性曲線，這里邊只是給大家展示一部分。

這是2017年一年月平均風速，1-五月份風速最好，其實是6-七月份，接下來是8-九月份，10-十二月份較低，四季發(fā)電差異比較大。通過季節(jié)性和每日的日出力曲線和發(fā)電量的特性，我們總結(jié)了一年24種典型風電廠的日出力曲線，春夏秋冬分別是高出力和高發(fā)電量，高出力的時候，高發(fā)電量、中發(fā)電量和低發(fā)電量，低出力的時候，高發(fā)電量、中發(fā)電量和低發(fā)電量我們總結(jié)出來24種典型的日出力曲線。這是24種典型天氣下不同的日發(fā)電出力曲線，大家可以看一下波動性還是比較大的。

這是一段典型的天氣的研究，持續(xù)4天大風天氣下風電的出力特性，相對來說還是比較平穩(wěn)的。

下面是風速變化比較大的時候的持續(xù)3天的風電的出力特性曲線，這個出力特性在風電里面概率是比較高的，正因為它的波動性使得風電的發(fā)電，儲能的系統(tǒng)的設(shè)計是難度非常大的。容量如何匹配?控制策略如何制訂，要很深的研究。假如你做不好的話，可能該充的時候充不上，該放的時候放不出來，所以使得儲能系統(tǒng)不會高效的運行。

這是統(tǒng)計的全年的功率的的概率值，可以從這張表上看一下，高出力的概率實際上是比較低的，低出力時概率比較高，當然與青海的風資源也有關(guān)系。

前面把風電和光伏的出力特性研究透了以后，還要研究一下儲能的電池的特性。這張是一個常規(guī)的，只是展示一下趨勢，數(shù)字不一定非常準確。我們研究了鋰離子電池、液流電池、超級電容和鉛酸電池。電池的特性還是差距比較大的。

鋰離子電池：壽命比較短，但是效力是比較高，到90%多。

液流電池：壽命比較長，但是系統(tǒng)效率基本上是70%多。

超級電容：壽命很高、效率很高，但是成本非常高。所以還是要綜合形成的從性價比上進行選擇。這是展示的鋰離子電池和液流電池實際的出力曲線，差距比較大。

這是氣光電量光伏和儲能的設(shè)計研究，首先做的是氣光電量和儲能容量的匹配性的研究，我剛才也介紹，調(diào)用了所有的日出力曲線以后，中午大家都是大發(fā)，早上少發(fā)，晚上不發(fā)，隨著光伏大規(guī)模的投入，中午大家都大發(fā)的時候必然會限定，因為電網(wǎng)是消納不了的。所以我們研究了中午限功率，不是限電量，限功率10%、20%、25、30%、40%的情況下，在不同的發(fā)電光伏的發(fā)電容量下，日受限發(fā)電量和日受限時長，整個統(tǒng)計分析出來以后，根據(jù)這幾組數(shù)據(jù)來設(shè)計儲能電池的容量和它的充放電的時間。

這是最后，我們通過前面的分析和研究，最后選定的光伏儲能的技術(shù)參數(shù)。左邊這個是不同的發(fā)電系統(tǒng)，實際上現(xiàn)在常規(guī)整個這個行業(yè)里邊性價比最好的幾組發(fā)電系統(tǒng)，電池類型重要是鋰離子電池和液流電池，廠家有陽光三星、時代新能源、松下，在不同的限發(fā)功率，20、25、30、40下，電池的容量，每一種系統(tǒng)電池的容量是不一樣的，還有帶小數(shù)點的，這實際上是我們計算出來的。

這是集中式儲能也是分液流和鋰離子電池的幾種性能。風電儲能的研究，這是10萬風廠的研究，最后通過四種模式下計算出來一個理論型的最優(yōu)的容量值，算出來是10MW，13個小時是較優(yōu)的，最后選擇從價格上來說選擇10MW，2個小時，就是20MWh，45萬的風電，同樣計算出來是135MWh，最后性價比考慮2個小時，90MWh。

分散布置，分散控制和集中控制，集中控制和集中布置，為何這么研究?當時110MWh布置下來的，幾十個足球場那么大，從安全性考慮還是比較大的，所以我們最終選擇了分散布置和集中控制，為何集中控制?前面講了風電的運行策略是很難確定的，我們選擇了這種模式的時候，應該是電池可以高效的應用起來。

這是后面幾組實證性的數(shù)據(jù)，液流電池和鋰離子電池充放電特性曲線的展示，液流是可以100%的充放，鋰離子電池也可以，但是由于壽命的關(guān)系，還是要嚴格的按制造廠的要求來。

這是不同倍率的電池的溫度特性的測試，可以看2C要比1C和0.5C，從溫度和溫差上面都要高一些。

這是幾組不同的天氣下，晴天、陰天、限價條件下和跟蹤調(diào)度出力曲線，四種模式下實證的數(shù)據(jù)。最底下的曲線是電池的，有波動型和饅頭狀的是光伏的特性曲線。

為何要這樣實證形成的去做新能源的儲能?因為運行的很少，而且電池的特性在實驗室里邊做的都比較好，但是把它裝在現(xiàn)場的時候問題比較多。所以我們總結(jié)分析已用電站的特性，計算出來理論型的，裝上去以后經(jīng)過長時間多年的實際運行反過來再修正，理論性的計算，最后總結(jié)出來一套數(shù)據(jù)，為整個新能源光伏風電的設(shè)計，設(shè)備選型、用型等等供應一些實證性的數(shù)據(jù)。