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曹红彬:六大案例解析储能商业化应用

国际太阳能光伏网  来源:光伏头条  日期:2018-09-08

2018年9月7日,“2018盐城绿色智慧能源会议”光伏产业论坛举行,共同探讨新形势下光伏产业发展的新趋势和新路径,齐心协力推进我国光伏产业整体的纵深发展。今年是光伏发展不平凡的一年,出现了很多新的情况和新的问题,下一步光伏行业到底往哪儿走,有哪些具体的商业环境、商业模式,论坛对诸多问题进行了深入探讨和分享。

中天科技新能源产业链总经理曹红彬分享的题目是《储能商业化应用分析》,介绍了中天科技在储能领域的成功实践。在演讲中,曹红彬以详实的案例介绍了储能商业化应用的各种模式。

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完整布局储能产业链

曹红彬说,在储能领域,中天已经有完整的产业链布局,整个储能设备的成熟度也没有问题,在光储充方面开发规模很大。他说,光伏、风电都是间歇性、波动性的能源,都被认为是垃圾电。但是如果配合储能,这种波动性以及其他一些难题,都可以得到很大的改善。“531”新政以后,很热的光伏遇到困境,储能可以消除光伏发电的劣势,有助于改善光伏消纳,所以就与日俱热。

中天在盐城有三个企业,整个投资已经超过8个亿。中天光伏板块有大约420兆瓦的光伏组件,其中70%是自发自用余电上网,这方面每年净利润有1.1个亿。中天开辟自己的市场有其独特之处。他说,中天镇江项目能达到88毫秒的调平速度。

曹红彬说,目前储能类型有很多,抽水储能占比很大,但是化学储能现在占比越来越大。储能领域,国网唱主角,现在在江苏投了220兆瓦时,整个投入将近60—70个亿。

去年政府鼓励储能的文件印发,肯定储能的发展。现在分布式光伏遇到开发难、接入难、收费难,储能有助于缓解光伏的困难,而且储能的接入并不难,以江苏为例,整个申报审批节点全部打通。做储能开发,按照正常的程序差不多十个工作日就可以办好手续。

在储能的商业模式配套方面,峰谷差价可以变动。政策为未来电力改革做准备。做储能不要低估国网的能量,不要认为国网改革以后就是想收过网费,其实国网是储能的主角。江苏国网初步规划的储能格局大概是在两三年做1GW,将近有80亿的投入,市场非常大。

在储能领域,中天已经有完整的产业链布局,整个储能设备的成熟度也没有问题,长寿命电池可以与光伏相媲美,实现25年的收益。

利用光储充减少弃光

曹红彬说,现在的商业模式就是充分利用了峰谷套利。光储充项目未来发展空间很大。中天在这方面做的量不小。在利用储能减少弃光方面,中天都做了很好的尝试和布局。镇江项目运用的效果好,已经实现全部功能。比如说实现了发电的调度,江苏七八月份是峰阶段,最近开始实行调平调度,电站被明确列为国网未来发展的一个元器件,国网不需要很明确的盈利模式。

曹红彬说,储能的快速调峰能力是发电企业无比拟的。国网董事长到镇江考察,他4点钟到镇江,然后说开始吧,短短的5分钟负荷立马全部下降。

做储能要把安全放在第一位,因为跟电网在做,所做的都是10千伏,基本上都是建在废弃的110、220旁边,这个行业当中要特别注意一些产品。中天已经做了完整产业链布局,包括系统集成,长寿命电池的开发,整个电站安全性能的国际认证,关键设备双向变流器。PCS的响应低于40毫秒,到源网荷要低于130毫秒,而镇江项目是88毫秒应对。

曹红彬说,中天是南通最大企业,去年营收446.5多亿,布局电力、通信、新能源三个板块。在通信领域,中天位于前三,是唯一拥有自主知识产权预制棒的企业。在电网领域,全中国有19条特高压,其中18条都是中天所做。

在新能源的布局方面,中天在盐城有三个企业,包括一个电站,一个变压器厂,一个智慧工厂。上半年中天营收接近274亿,今年有望突破500亿。

储能商业化迎来大好时机

2018年以来,我国储能产业发展驶入快车道,不仅在用户侧、辅助服务、电网侧、可再生能源并网领域多点发力,项目快速部署、规模屡攀新高,而且有越来越多的企业以设备供应商或项目开发商的身份加入到市场角逐中来。此外,在“531新政”导致今年项目开发骤冷之后,部分光伏企业开始转向储能寻找新的市场机会。政策有力推动、实力央企出手以及众多企业介入为储能的商业化发展营造了前所未有的大好环境。

今年上半年全国储能累计装机29.7GW

截止2018年6月底,中国已投运储能项目累计装机规模为29.7GW,占全球17%,相比2017年底增长2.8%。

抽水蓄能累计装机占比最大,为98%,相比2017年底下降1个百分点;电化学储能项目累计装机规模为490.2MW,占比1.6%,占全球14%,相比2017年底上升0.3个百分点。2018年上半年,江苏、河南、青海、广东四个省份相继发布建设大规模储能项目的消息,项目规模多在几十兆瓦级到百兆瓦级不等,共计340.5MW(含规划、建设中、投运)。

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由研发示范向商业化初期过渡

政策是市场发展方向标。近年来,国家层面、各省市储能利好政策陆续出台。2017年9月22日,国家发改委、财政部、科技部、工信部、能源局联合发布《关于促进储能技术和产业发展的指导意见》,是我国储能行业中第一个指导性政策,显示了国家层面对储能产业明确的支持态度。

该政策确立了我国储能行业从短期到中长期的发展方向,提出未来10年内分两个阶段推进相关工作,第一阶段实现储能由研发示范向商业化初期过渡;第二阶段实现商业化初期向规模化发展转变。

《指导意见》明确储能可以“为实现我国从能源大国向能源强国转变和经济提质增效提供技术支撑和产业保障”,给了储能功能性极高的认可和定位。而从储能的经济性方面,政策也是直击痛点,提出“支持储能系统直接接入电网”、“建立健全储能参与辅助服务市场机制”、“探索建立储能容量电费和储能参与容量市场的规则机制”的解决之策。

储能接入不再是难点

2017年9月,国网江苏省电力公司发布了《客户侧储能系统并网管理规定》(试行),是国内首个关于客户侧储能并网的管理规范。《规定》针对江苏省客户侧储能发展的实际情况,以支持客户侧储能系统加快发展为目标,以保证安全,提高效率为原则,规范了客户侧储能并网的职责分工、工作流程。

《规定》主要适用对象是35千伏及以下电压等级接入,储能功率20兆瓦以下的客户侧储能系统,对省公司、市公司、县公司、市公司发展部、市公司运检部、市公司调控中心、法律事务部等多个部门的职责做了规定,同时也明确了并网工作的流程与要求,包括受理申请与现场勘查、工程建设、并网验收及并网调试、计量装置安装与合同协议签订、运行管理等。

政策促进储能商业模式形成

2018年6月21日,国家发展改革委发布《关于创新和完善促进绿色发展价格机制的意见》。《意见》中要求“完善峰谷电价形成机制,完善居民阶梯电价制度,推行居民峰谷电价。加大峰谷电价实施力度,运用价格信号引导电力削峰填谷。省级价格主管部门可在销售电价总水平不变的前提下,建立峰谷电价动态调整机制,进一步扩大销售侧峰谷电价执行范围,合理确定并动态调整峰谷时段,扩大高峰、低谷电价价差和浮动幅度,引导用户错峰用电。”

《意见》鼓励市场主体签订包含峰、谷、平时段价格和电量的交易合同。利用峰谷电价差、辅助服务补偿等市场化机制,促进储能发展。利用现代信息、车联网等技术,鼓励电动汽车提供储能服务,并通过峰谷价差削峰填谷获得收益。

目前国内应用最广泛的储能商业模式是利用峰谷价差套利,该政策的出台,为储能市场的开拓增添极大动力!

国网成为储能投资主角

2017年10月22日,国家电网在系统内部下发《关于在各省公司开展综合能源服务业务的意见》,明确将综合能源服务作为主营业务,将综合能源服务业务作为新的利润增长点,培育新的市场业态,从卖电向卖服务转身,提升公司市场竞争力。

《意见》中,国家电网提出创新服务产品思路,同步开发以储能、能源大数据,以碳资产和金融服务为核心。试点在用户侧建设适当规模的储能装置,发挥特高压远距离配置能源的作用,促进清洁能源跨区域消纳,提高电网运行的经济性,利用能源大数据研究客户能源消费行为特征,预测宏观经济走势和行业发展,为客户经营发展、能源交易提供有效的决策支撑服务。

随着储能的应用与发展,电网也开始作为投资主体,介入储能市场。

储能技术不断提升

设备方面,随着储能应用场景不断增加,关键设备不断更新换代,技术研发也在不断跟进,目前中天储能电池循环寿命已达到8000次以上(0.5C充放);针对镇江储能项目,中天科技国内首创“兆瓦级储能升压一体机”(集成多台500kW储能变流器、干式变压器、环网柜、智能测控单元、配电柜、集装箱等设备),满功率充放转换时间小于100ms,满足电网调度源网荷“秒级”响应。

标准方面,6月7日,国家标准委发布两项储能电池相关标准:《电力储能用铅炭电池》、《电力储能用锂离子电池》,随着这些标准的不断出台,储能系统设备开始有据可依。

峰谷套利模式增添储能活力

在储能商业模式方面,主要是以峰谷套利为主,兼顾多功能。目前国内应用最广泛的储能商业模式是利用峰谷价差套利。但是峰谷电价差有很大的地域局限性,主要集中在北京、江苏、上海等地,这些地区经济发达,工商业园区多,用电负荷大,用户侧峰谷电价差较大,拥有较大的套利空间。

除此之外,还兼顾电网动态扩容、需求响应以及需量电费管理,往往一个系统可以同时实现多功能应用。

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案例一:站房式用户侧峰谷套利——协鑫智慧能源(10MWH锂电)分布式储能示范项目

电站设计:

系统由8个250KW/1.25MWh的子系统组成,共10MWh,通过升压变压器后在10KV侧并网。

站房式采用两层钢结构设计,配有暖通系统,运行策略一充二放。

功能应用:

削峰填谷和需求响应服务有效缓解电网夏季高峰用电压力;可作为备用应急电源提高厂区供电可靠性。

整个系统转换效率平均88.2%以上,业主满意。

案例二:集装箱式用户侧峰谷套利——中天河口6MWh储能电站示范项目

电站设计:

额定功率1.5MW,电池容量6MWh,策略两充两放;

由3个500KW/2MWh的储能子系统组成,其中一子系统接入到一台630KVA升压变压器,另外2个子系统接入到一台1250KVA双分裂升压变压器,升压至10KV并网;

采用总控预制舱式安置,一二次设备分开放置;

功能应用:

与光伏相结合,有效的平滑光伏输出,提高电能质量;

用于中天本部园区10KV侧削峰填谷和负荷跟踪;

系统特色:

项目控制策略着重体现了不影响用户主变容量及需量电费的情况下充电策略,最大化的提升用户侧的智能控制策略。

全站高清摄像、web页面推送主站监控具备远程监控及无人值守,降低运行成本。

案例三:光储充用户侧峰谷套利——中天智能光储充一体化示范项目

该项目是2016年9月26日江苏省经信委批复的示范项目,安装了国网第一块储能计量表。整个系统由一套500KW/1MWh集装箱储能系统、85台充电桩、0.38MWp光伏车棚组成,采用400V并网。项目配套的能量管理系统,实现了发电、负载、储能系统的数据采集与管控,并与国网省、市电力调度中心数据共享,可实现以下功能:

白天光伏发电,适用自发自用余电上网;

运行策略二充二放模式;

储能系统同时具备削峰填谷的功能;

此项目最大特点是突然停电时,可自动切换,光伏为储能充电,行成微网系统,保持充电桩可以为汽车充电。

案例四:户用式用户侧峰谷套利——北京马池口光储项目

2017年8月,中天承建北京马池口光储项目。业主屋面、走廊安装213kWp光伏,配置315kWh储能。

系统运行策略:

白天光伏优先供电,剩余电量对储能充电,储能充满后光伏电上网;

夜晚及阴雨天,由储能对负载供电;

如果光储系统供电不足时,系统自动切换至电网供电。

系统运行策略可靠、响应速度快(毫秒级切换)、供电稳定;

效益最大化,减少光伏弃发及并网时长;

可手机APP、网页远程监控操作。

合同能源管理模式实现三方共赢

在“投资+运营”等模式下,一些已经做成的储能项目也多由储能企业自己持有,与使用储能装置的企业签订合同能源管理协议,使用储能装置的企业享受一定的优惠,只需付出用电费用而不必承担项目投资风险。

目前,国家电网正在筹划转身,进军新兴电力服务市场,瞄准具备增值潜力和高盈利能力的综合能源服务。国网江苏省综合能源服务公司正计划作为中间商参与储能电站投资方、用电方的合作:

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这样储能电站投资方电费收取有保障,用电方用电质量有保障同时节省电费,国网综合能源服务公司有营业额有利润,实现三方共赢。

案例五:弃光式合同能源管理——华能格尔木光伏产业园直流侧1MWh储能系统

该项目储能电站接入光伏电站直流侧,存储弃光“限发”电量、错峰平滑上网获得收益,为行业性“弃光”问题提供了新的解决方案。具有以下功能:

跟随调度中心下发给光伏电站的限发曲线,在弃光时进行储能,在光伏功率不足时进行补足,减少光伏弃光、提高光伏利用率。

平滑光伏功率输出,改善光伏并网电能质量。

项目储能电站拥有良好的精确跟踪电网调度的能力,储能系统效率最高可到95.77%。介于项目的成功实施以及良好反馈,中天在青海注册了项目公司,与华能清能院签订合作协议,准备在青海建设50MWh光伏直流侧储能电站用以解决弃光问题。

电力调度曲线(Pset)、光伏储能上网功率曲线(Pout)和光伏发电上网功率曲线(Pout-b)

案例六:国网调峰——镇江储能示范项目

为缓解谏壁电厂燃煤机组退役对镇江东部地区2018年夏季高峰期间用电的影响,江苏电网公司结合电化学储能电站建设周期短、布点灵活的优势,在镇江东部地区建设储能项目。该项目电网侧总功率为101兆瓦,总容量为202兆瓦时,分8个电站,是全球容量最大的电化学储能电站、全球功能最全面的储能电站、全球首套毫秒级响应的源网荷储能系统。

中天科技得到国网认可,承建其中3个电站(建山、丹阳、大港),共33MW/66MWh,60天内全部成功并网,所有设备全部由中天储能供货及安装调试,自主设备配套率达85%以上。

整个镇江储能项目建成后,可在每天用电高峰期间提供电量40万千瓦时,满足17万居民生活用电。此外,该储能电站还能发挥调峰、调频、负荷响应、黑启动服务等作用,为缓解用电高速发展与电网高质量发展带来的电力供需矛盾提供了新的绿色手段。

该项目电站还接入了国网江苏电力近年来建设的“大规模源网荷友好互动系统”,将其升级为“源网荷储”系统,更加有效地保障大电网安全。

工匠精神铸就核心技术品质

储能商业模式的形成,既需要有政策的引导,也需要有关键设备的质量保证。储能系统通常由电池组、电池管理系统(BMS)、储能双向变流器(PCS)、能量管理系统(EMS)、开关柜、安防系统、温控系统等组成,其复杂程度远远高于光伏。储能面临着暂时没有补贴的窘境,虽然现阶段储能很热,但正如国家能源局所预测的那样,储能现阶段还属于示范阶段。

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目前部分企业已开始储能产业布局,而中天科技已走在行业的前列,如今已形成含锂离子电池、电池正负极材料、结构件、铜箔、BMS、PCS、EMS等核心部件的完整产业链,实现储能系统所需设备内部自主配套率98%以上。

中天科技的发扬大国工匠精神,技术创新覆盖储能产业链,在长寿命电池、高安全性电池、高效储能双向变流器、兆瓦级储能升压一体机和标准化储能集装箱这些储能系统关键设备的技术研发上,均处于领先水平。

在长寿命电池方面,目前市场上锂电池主要针对动力电池和后备电源电池,对长寿命储能电池没有足够重视,部分储能电站电池使用动力电池替代,这是很不合理的。而中天科技早已提前布局,在长寿命储能电池方面已走在行业前列。

2016年9月,中天科技在承接江苏省经信委10MW分布式储能示范项目时,就开始完善储能产业链,开发出1条产线,专门生产储能电池,电芯可月产100MWh,全年具备1GWh储能电池的配套生产能力。目前中天储能电池循环寿命已达到8000次以上(0.5C充放)。

在高安全性电池方面,安全性是储能电池的重中之重。中天锂电池除了保证磷酸铁锂本身的安全性外,还从材料、配方、电池设计、结构等多方面进行了高安全性设计(NP比,排气阀开启压力、扁铝壳散热)、应用了陶瓷隔膜、阻燃电解液等多重安全性提升措施,更超过了一般厂家的磷酸铁锂电池,安全性更有保障。

中天集装箱式储能系统通过行业权威认证机构TUV南德的全面认证测试,获得国内首张TUV南德电力储能系统安全认证证书。

中天提供的锂电池在大巴运营过程中遭遇人为纵火,点燃了整个大巴车,但火被扑灭后,中天锂电池仍然保持正常状态,并没有起火更没有爆炸。

在高效储能双向变流器(PCS)方面,该产品的关键技术是基于强制关断策略的并离网无缝切换控制技术(无缝切换时间10ms以内)、“源网荷”、AGC毫秒级响应(从省调发源网荷指令到PCS响应满功率放电时间< 100ms(镇江项目响应时间达到了88ms), PCS响应时间< 40ms;从省调发AGC调度指令经EMS到PCS响应指令时间< 400ms,完全满足电网侧调度要求),具有卓越的转换效率(最高转换效率>99%)。

在兆瓦级储能升压一体机方面,这一产品优势是支持单机更大功率的应用场合、预装式结构,运输、安装、施工便捷、引入感性虚拟阻抗和幅值闭环校正方案的多机并联运行控制策略,解决环流问题,满功率充放转换时间小于100mS,满足电网调度源网荷“秒级”响应。

其中的关键技术采用了引入感性虚拟阻抗和幅值闭环校正方案的多机并联运行控制策略,基于强制关断策略的并离网无缝切换控制技术,基于自适应相角补偿控制的阻抗控制技术。

在标准化储能集装箱方面,中天科技打造高安全性标准化储能集装箱,箱体材质选用符合海运要求的SPA-H高耐候钢板,油漆选用三层复合环氧漆,膜厚120 μm,胶条选择长寿命耐老化三元乙丙材质,且经过水密封测试,确保无外部漏水造成内部电气短路的风险。同时箱体覆盖中天PVDF膜,确保箱体25年使用寿命。

箱体内绝缘地板下侧架空,并铺设防火聚丙烯材料,作为走线通道,确保高压线缆无短路等风险,且在有火灾发生时保护电缆不被燃烧,防止线缆连环短路风险。

其中配备七氟丙烷一次消防系统和二次消防系统,消防控制盘与BMS联动控制,增加调试维护消防方案,确保电站消防可靠性。

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