鉅大LARGE | 點擊量：1582次 | 2022年08月29日
吳候福淺談光伏電化學(xué)儲能電站技術(shù)風(fēng)險和安全要求
10月12-13日，第五屆儲能技術(shù)在分布式能源與微電網(wǎng)中應(yīng)用高層研討會在深圳順利召開，來自行業(yè)協(xié)會、科研院所、知名企業(yè)的代表超過300名嘉賓到場參會。會議由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會、全國微電網(wǎng)與分布式電源并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會聯(lián)合主辦。中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會、中國儲能網(wǎng)承辦。TüV南德意志集團(tuán)光伏及儲能事業(yè)部資深項目經(jīng)理吳候福，在會上以“光伏+電化學(xué)儲能電站技術(shù)風(fēng)險和安全要求”為題做了精彩演講。
演講全文如下：
大家好，我是來自TUV南德的吳候福。今天是儲能大會，儲能方面大家講了很多從電池到應(yīng)用這塊的產(chǎn)品和技術(shù)的介紹，大家都知道儲能更多會跟光伏結(jié)合在一起，所以我把兩塊的技術(shù)風(fēng)險和標(biāo)準(zhǔn)整合到一起來和大家分享。
關(guān)于電化學(xué)儲能在電力系統(tǒng)的應(yīng)用，剛才科陸的黃總在這邊做了深度的分析，我用四張PPT大概簡單介紹一下。整個發(fā)電的電力系統(tǒng)方面，首先從發(fā)電公司開始，如果和光伏結(jié)合，儲能系統(tǒng)的作用最主要作用是平滑輸出，大家都知道光伏是有間歇性的，我們加入儲能能平滑它的輸出，減少對電網(wǎng)有沖擊，變成更加有利的發(fā)電發(fā)展。第二個作用是時移，光伏系統(tǒng)是在6點到下午的6點，這段時間出力，其他時間是不發(fā)電的，所以這時儲能會把整個電站出力時間往前和往后推移，所以整個電站能夠更長時間發(fā)揮它的出力。第三個是取代傳統(tǒng)的化學(xué)能源的調(diào)峰電廠。第四是解決新能源限電，我們在西北的光伏電站，很多時候都會限電，比如甘肅那邊限20%多，有些電站可能限到40%-50%，限電的時候沒有辦法輸出，用儲能系統(tǒng)就可以在限制功率的時候，就把多出來的電能存儲到儲能系統(tǒng)里面來，等到?jīng)]有出力或者低功率時給電網(wǎng)輸出。
第二，儲能系統(tǒng)在配電或者輸電環(huán)節(jié)，主要起到調(diào)峰調(diào)頻的作用，還有前面黃總提到的虛擬同步機，用來增強電網(wǎng)穩(wěn)定性。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
第三，在售電和用電側(cè)。電力改革會加強售電公司在配電的作用，另外個人也會安裝光伏和儲能的應(yīng)用。這時儲能系統(tǒng)的作用會放到調(diào)峰調(diào)頻，作為備用電源和儲存光伏出力的作用，賺取峰谷電價差，還有改善電能質(zhì)量，特別是無功補償。我們之前了解到有些工廠安裝光伏之后，它的無功會被罰款很多，儲能系統(tǒng)可以用在在晚上或者是沒有出力的情況下對工廠變壓器內(nèi)發(fā)出無功補償，以達(dá)到電網(wǎng)要求95%以上的無功要求。
最后，還有一個重要的應(yīng)用就是微網(wǎng)這塊，作用是前面提到的綜合，如平滑輸出整個風(fēng)電和光伏的出力，還有穩(wěn)定整個微電網(wǎng)的穩(wěn)定性，大家可以看到圖里，看到前面左邊的圖在沒有儲能狀態(tài)下用了生物質(zhì)能和柴油發(fā)電和光力、風(fēng)電這些電源，柴油發(fā)電就會頻繁調(diào)整它的出力滿足負(fù)荷曲線。加入儲能系統(tǒng)后，柴油發(fā)電機和生物質(zhì)能可作為以基礎(chǔ)的出力，加上儲能調(diào)節(jié)其他電源，大大提高穩(wěn)定性。另外還有黑啟動等作用。
儲能系統(tǒng)的應(yīng)用主要分三大塊：一是用在家庭這塊，儲能產(chǎn)品是與光伏相關(guān)，在光伏里面會安裝一些優(yōu)化器，提高它的出力。二是集裝箱式儲能系統(tǒng)，用于微電網(wǎng)。還有大型電站，最主要是用在西北那邊限電的應(yīng)用。
下面分五大塊講光伏和儲能技術(shù)風(fēng)險和標(biāo)準(zhǔn)要求，以及我們TUV南德針對這塊的技術(shù)服務(wù)。
光伏技術(shù)風(fēng)險。影響整個光伏電站的技術(shù)有6個環(huán)節(jié)，前期影響到整個生命周期，包括前期的開發(fā)、設(shè)計、采購還有施工、調(diào)試、運行，整個生命周期都會有影響，影響它的技術(shù)風(fēng)險會包括它的選址因素還有設(shè)計，還有合同、設(shè)備、施工、運維，這些都會對光伏電站有技術(shù)風(fēng)險的存在。
選址對整個電站的發(fā)電量是影響非常大的，各個環(huán)節(jié)都是應(yīng)該要考慮，包括自然環(huán)境、周邊的環(huán)境的遮擋或者是災(zāi)害，土地、并網(wǎng)點的政策、成本，這些是我們在選址過程中應(yīng)該考慮的技術(shù)。設(shè)計和選址要注意遮擋。遮擋會對組件的功率產(chǎn)生影響，被遮擋部分是不出力的，其他部分可能對遮擋地方有反光電流，就可能發(fā)生熱斑或者著火的風(fēng)險，選址的時候一定要避開遠(yuǎn)端或者近端的遮擋。選址里面對性能影響。如影響組件功率的溫度系數(shù)，如果我們在很高溫的環(huán)境下面去安裝一個電站，它是典型的熱帶氣候，平均溫度非常高，選用不同的溫度系數(shù)下的組件，不同的PR值，如這里給出的泰國的案例。
設(shè)計的風(fēng)險，包括安全、可靠、穩(wěn)定、可行性、成本和發(fā)電效率、運維方面的影響。舉例說，如案例中的電氣設(shè)計方案，如果設(shè)計不當(dāng)，可以看到一些故障電流可能會對某部分造成非常大的故障電流，一些故障電流過大可能會造成安全隱患，像這些直接燒毀整個屋面。另外，電纜走線不當(dāng)可能引起雷擊，二極管擊穿之后就可能達(dá)到100-200度的溫度，會燒毀接線盒引起火災(zāi)。IEC標(biāo)準(zhǔn)里面規(guī)定怎么走線減少感應(yīng)雷。設(shè)計不當(dāng)，也可能造成人體觸電或者故障電流對設(shè)備或者電站的沖擊。再有是選型。這個案例是選型里面是拉弧，前面講到的屋頂基本上都要求的組件的關(guān)斷，防止拉弧的風(fēng)險。最后提一下溫度系數(shù)，實驗室里面測出來，這個是不同的溫度系數(shù)組件在同一個電站下的表現(xiàn)。
關(guān)于光伏施工風(fēng)險。在某個實際案例中，我們對整個電站做結(jié)構(gòu)檢查，發(fā)現(xiàn)了10%多的施工不當(dāng)，包括組件的熱斑、隱裂、背板劃傷、組件跌落、盒蓋跌落、壓塊安裝不當(dāng)、組件裝反、場地、護(hù)角遺留、接地銹蝕等。還有施工過程中不當(dāng)操作，比如山地，很多時候是靠抬的方式，這種方式下來施工前和施工后的對比，施工前整個組件是很好的，施工完之后，因為抬、振動等各種原因就形成隱裂，隱裂直接會影響到光伏組件的輸出功率。
運維方面。運維不當(dāng)會造成設(shè)備的損傷，有安全方面的，還有性能方面的影響。圖上的這塊電池片遮擋之后形成熱斑，大概會比其他的溫度高出50-60度，組件背板可能燒成一個坑，如果在屋面很容易造成火災(zāi)。這個案例是擊穿之后的二極管外殼直接燒熔，內(nèi)部發(fā)熱很厲害。這里還有運維過程中的其他問題，不一一講解。
光伏系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)和要求。光伏系統(tǒng)會采用不同的零部件，每個零部件都應(yīng)該滿足它自己的標(biāo)準(zhǔn)要求，光伏組件的安全要求IEC61730，還有設(shè)計定型的標(biāo)準(zhǔn)IEC61215，這是光伏組件的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。這是匯流箱的技術(shù)要求IEC61439。逆變器有兩個主要安全標(biāo)準(zhǔn)要求IEC62109-1，-2，性能效率的標(biāo)準(zhǔn)要求EN50530，對每個不同地方還有并網(wǎng)的要求，另外還有EMC的要求。配電柜的標(biāo)準(zhǔn)要求，大家可以看這邊列出來的標(biāo)準(zhǔn)。連接器的要求是IEC62852。光伏有單獨的線纜要求EN50618。SPD，這是光伏專有的SPD的要求，是50539-11。還有熔斷器，光伏也有特殊的熔斷器要求，60269-6。整個集合成為光伏系統(tǒng)后，還有系統(tǒng)級別的光伏要求。比如我們在驗收或者是測試光伏電站里面所用到的標(biāo)準(zhǔn)IEC62446。系統(tǒng)效率PR的標(biāo)準(zhǔn)出自于61724，還有一個重要的標(biāo)準(zhǔn)是62548，是光伏電站設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。
重點講一下化學(xué)儲能的風(fēng)險。5139里面列出了電化學(xué)儲能的風(fēng)險類型，這個表是不同類型的電化學(xué)儲能存在的電氣、電能量、火災(zāi)風(fēng)險、化學(xué)風(fēng)險、有毒氣體、爆炸氣體等風(fēng)險列表，打勾對應(yīng)的是這些型號的儲能系統(tǒng)可能存在的風(fēng)險。
電學(xué)風(fēng)險主要是電壓、電流的風(fēng)險。故障電流過高，有可能對整個系統(tǒng)形成破壞性的沖擊；接觸電壓過高有人體觸電的風(fēng)險。
能量的風(fēng)險最主要是來源于電的能量的風(fēng)險，表現(xiàn)形式主要是并列拉弧和串聯(lián)拉弧。這個是標(biāo)準(zhǔn)里面會給出拉弧能量的計算方式，還有就是拉弧間距要求的計算公式，如果我們做電站的設(shè)計或者集裝箱式的儲能系統(tǒng)的設(shè)計，要考慮防拉弧的間距就要用這些公式來進(jìn)行計算。
第三個是火災(zāi)風(fēng)險，這是大家最擔(dān)心的風(fēng)險。電池著火主要是因為高溫、低溫運行，過壓、欠壓運行，過充和過放，在正常操作條件下或因過載、部件故障、絕緣擊穿或誤用而導(dǎo)致電池殼穿孔或失效。影響儲能系統(tǒng)著火的因素主要還包括電池技術(shù)，不同電池技術(shù)對它的影響是不一樣的；還有其他如生產(chǎn)質(zhì)量、電池老化、電站的防火設(shè)計、電池設(shè)計、電池的總?cè)萘亢蛦未喂收下世塾?、保護(hù)器件的可靠性還有整個系統(tǒng)的合理利用。
爆炸性的風(fēng)險。這個案例是已經(jīng)發(fā)生過的爆炸，這是日本的電站發(fā)生爆炸之后做的分析報告，內(nèi)部短路之后進(jìn)行熱失控蔓延，最后電站爆炸。電池老化過程中或者高溫情況下，會產(chǎn)生可燃的氣體排放，氣體排放出來達(dá)到爆炸值或者是著火的閾值，它就會存在這種爆炸的可能。
有毒氣體的風(fēng)險。美國一個大學(xué)做的測試報告，測試報告里面對受高溫的情況下排放的氣體，是鋰離子電池排放的氣體。這里會形成5.6%的氟乙烷。遇熱分解，釋放出劇毒的氟化氫氣體。
化學(xué)風(fēng)險是對人皮膚的灼傷或者眼睛灼傷的風(fēng)險。
機械風(fēng)險，是刮傷、壓傷這些風(fēng)險，影響到它的是重量和鋒利邊角還有運動部件還有傾斜倒塌、非固定的系統(tǒng)部件掉落。
電化學(xué)儲能系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)要求。主要講一下光伏+儲能系統(tǒng)整個集成為一個系統(tǒng)，對整個系統(tǒng)的要求。這個是大型的集裝箱式儲能電站的要求，包括了光伏部分、光伏+儲能系統(tǒng)的系統(tǒng)部分、逆變器或者PCS的要求、電化學(xué)儲能系統(tǒng)的要求。我們公司針對集裝箱式的儲能系統(tǒng)做了內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)PPP59044，標(biāo)準(zhǔn)提出對箱體基礎(chǔ)、電池系統(tǒng)、PCS、暖通系統(tǒng)、氣體報警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)、火災(zāi)預(yù)防報警系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、布線系統(tǒng)等方方面面進(jìn)行評估，標(biāo)準(zhǔn)里面引用了很多其他專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。這是我們TüVSüD對集裝箱儲能系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)。
VDEE2510-2是儲能系統(tǒng)連接低電壓的要求，主要是針對離網(wǎng)系統(tǒng)的要求。2510-50主要是對鋰離子的要求。還有剛才提到的5139，5139是一個設(shè)計、施工等驗收的要求。
最后簡單介紹一下TUV南德。TüVSüD智慧電力事業(yè)部業(yè)務(wù)包括光伏組件與材料，BOS零部件，電力系統(tǒng)包括中高壓部件、變壓器與變頻器、充電樁、充電樁零部件、蓄電池、智能電網(wǎng)。光伏和儲能系統(tǒng)的服務(wù)包括大型光伏電站、分布式儲能系統(tǒng)、預(yù)裝式儲能系統(tǒng)、大型儲能系統(tǒng)等的檢測認(rèn)證服務(wù)。針對家用儲能系統(tǒng)認(rèn)證要求，我們可以發(fā)一個TüVSüDMark，主要是用PPP59034對PCS部分進(jìn)行考核，對并網(wǎng)進(jìn)行考核，還有電池部分進(jìn)行考核。預(yù)裝式儲能系統(tǒng)認(rèn)證，采用PPP59044標(biāo)準(zhǔn)，對集裝箱的要求、運輸要求、電池系統(tǒng)、PCS等等的要求，最主要是對它的系統(tǒng)里面的文件的審核、結(jié)構(gòu)的檢查還有驗證性的測試，測試完之后對儲能系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)證。
我們的服務(wù)要求還包括儲能系統(tǒng)整體服務(wù)，包括規(guī)劃階段的服務(wù)內(nèi)容，包括風(fēng)險評估，設(shè)計方案的評審，EPC采購系統(tǒng)的評估。建造和驗收過程中的服務(wù)包括供應(yīng)商的監(jiān)造和測試服務(wù)內(nèi)容，和最終的儲能電站驗收測試。運行和維護(hù)階段的現(xiàn)場效率的測試，系統(tǒng)性能和電池衰減的評估，還有系統(tǒng)故障分析以及運行的培訓(xùn)。
