安科瑞電化學儲能能量管理系統(tǒng)解決方案

概述

在我國新型電力系統(tǒng)中，新能源裝機容量逐年提，但是新能源比如光伏發(fā)電、風力發(fā)電是不穩(wěn)定的能源，所以要維持電網穩(wěn)定，促進新能源發(fā)電的消納，儲能將成為至關重要的一環(huán)，是分布式光伏、風電等新能源消納以及電網安全的必要保障，也是削峰填谷、平滑負荷的有效手段。國家鼓勵支持市場進行儲能項目建設，全國多個省市出臺了具體的儲能補貼政策，明確規(guī)定了儲能補貼標準和限額。國內分時電價的調整也增加了儲能項目的峰谷套利空間，多個省份每天可實現兩充兩放，大大縮短了儲能項目的投資回收期，這也讓儲能進入熱門賽道。

儲能電站盈利模式

據統(tǒng)計，2023年1-4月電化學儲能投運項目共73個，裝機規(guī)模為2.523GW/5.037GWh。其中磷酸鐵鋰儲能項目達69個，裝機規(guī)模為2.52GW/5.019GWh；液流電池儲能項目共4個，裝機規(guī)模為3.1MW/18.1MWh。其中華東、西北和華北區(qū)域儲能規(guī)模分列前三，占總規(guī)模的78.5%，分別為814.94MW、623.6MW以及541.55MW。華東區(qū)域1-4月投運儲能項目規(guī)模*大，達814.94MW/1514.2MWh，總數也*多，共26個。

從應用場景分布上看，“大儲"依舊占據重要地位，電源側和電網側項目儲能規(guī)模合計占比達98%，其中電網側儲能項目共投運24個，裝機規(guī)模為1542MW/2993MWh，包括7個集中式共享儲能項目。電源側儲能項目共投運23個，裝機規(guī)模為922MW/1964.5MWh，其中大部分為新能源側儲能項目，共19個，規(guī)模占電源側的88%。用戶側儲能項目，雖然規(guī)模體量上不及“大儲"，但各地電價機制改革后，尖峰電價提，峰谷差價拉大，用電成本提，給自身帶來了不小的挑戰(zhàn)。用戶側配儲可以谷時充電峰時放電，一方面可以緩解甚至解決尖峰購電壓力；另一方面，富余的儲能還可并網，作為用戶側參與電力市場，利用峰谷差價實現獲利，儲能的價值逐漸凸顯。1-4月份用戶側項目投運個數多達20個，隨著率的提升，用戶側儲能項目會越來越多。

儲能在不同環(huán)節(jié)存在多種盈利模式，儲能盈利模式主要有以下幾種：幫助發(fā)、輸、配各環(huán)節(jié)電力運營商以及終端用戶降本增效；延緩基礎設施投資；通過峰谷價差套利、參與虛擬電廠需求響應等輔助服務市場、容量租賃、電力現貨市場等方式。

電源側

電力調峰：通過儲能的方式實現用電負荷的削峰填谷，即發(fā)電廠在用電負荷低谷時段對電池充電，在用電負荷峰時段將存儲的電量釋放。

提供容量：通過儲能提供發(fā)電容量以應對發(fā)電尖峰負荷，提升傳統(tǒng)發(fā)電機組的運行效率。

可再生能源并網：在風、光電站配置儲能，基于電站出力預測和儲能充放電調度，對隨機性、間歇性和波動性的可再生能源發(fā)電出力進行平滑控制，滿足并網要求。

可再生能源發(fā)電調峰：將可再生能源的棄風棄光電量存儲后再移至其他時段進行并網，提可再生能源利用率。

調頻：頻率的變化會對發(fā)電及用電設備的安全運行及壽命產生影響，因此頻率調節(jié)至關重要。電化學儲能調頻速度快，可以靈活地在充放電狀態(tài)之間轉換，因而成為的調頻資源。

虛擬電廠：通過虛擬電廠的需求響應為電網尖峰時段提供應急容量，針對突發(fā)情況時為保障電能質量和系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行而預留的有功功率儲備。

黑啟動：發(fā)生重大系統(tǒng)故障或全系統(tǒng)范圍停電時，在沒有電網支持的情況下重啟無自啟動能力的發(fā)電機組，逐漸擴大系統(tǒng)恢復范圍，*終實現整個系統(tǒng)的恢復。

盈利方式：提升發(fā)電效率以增加收入；減少棄風棄光，提升發(fā)電效率；峰谷價差套利。

電網側

緩解電網阻塞：將儲能系統(tǒng)安裝在線路上游，當發(fā)生線路阻塞時可以將無法輸送的電能儲存到儲能設備中，等到線路負荷小于線路容量時，儲能系統(tǒng)再向線路放電。

延緩輸配電設備擴容升級：在負荷接近設備容量的輸配電系統(tǒng)內，可以利用儲能系統(tǒng)通過較小的裝機容量有效提電網的輸配電能力，從而延緩新建輸配電設施，降低成本。

盈利方式：提升輸配電效率，延緩投資。

用戶側

容量管理：工業(yè)用戶可以利用儲能系統(tǒng)在用電低谷時儲能，在峰負荷時放電，從而降低整體負荷，達到降低容量電費的目的。

容量租賃：儲能電站租賃給新能源服務商，目前國內的儲能容量租賃費用范圍在250-350元/kW·年，具體定價由儲能電站與新能源電站的項目收益相互協(xié)商，而后雙方簽訂長期租賃協(xié)議。

電力自發(fā)自用：安裝光伏的家庭和工商業(yè)用戶通過配置儲能可以更好地利用光伏電力，提自發(fā)自用水平，降低用電成本。

峰谷價差套利：在實施峰谷電價的電力市場中，通過低電價時給儲能系統(tǒng)充電，電價時儲能系統(tǒng)放電，實現峰谷電價差套利，降低用電成本。

消納綠電：當光伏、風力發(fā)電等可再生能源有富余時可儲存電能，促進綠電消納。

盈利方式：降低容量電費，節(jié)約用電成本，峰谷價差套利。

相關標準

《電化學儲能系統(tǒng)接入電網技術規(guī)定》GB/T 36547

《電化學儲能電站設計規(guī)范》GB 51048

《電化學儲能電站設計標準（征求意見稿）》

《電化學儲能系統(tǒng)儲能變流器技術規(guī)范》GB/T 34120

《電力儲能用鋰離子電池》GB/T 36276

《儲能電站監(jiān)控系統(tǒng)技術規(guī)范》NB/T 42090

《電化學儲能電站用鋰離子電池技術規(guī)范》NB/T 42091

《電能質量監(jiān)測設備通用要求》GB/T 19862

《爆炸危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》GB 50058

《繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程》GB/T 14285

《儲能電站用鋰離子電池管理系統(tǒng)技術規(guī)范》GB/T 34131

《3~110kV壓配電裝置設計規(guī)范》GB 50060

《20kV及以下變電所設計規(guī)范》GB 50053

《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則》GB 38755

《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術導則》GB26399

《電力系統(tǒng)調度自動化設計規(guī)程》DL/T 5003

《電能量計量系統(tǒng)設計技術規(guī)程》DL/T 5202

《電力系統(tǒng)電化學儲能系統(tǒng)通用技術條件》 GB/T 36558

電化學儲能電站分類

在GB 51048-2014《電化學儲能電站設計規(guī)范》(以下簡稱規(guī)范)中電化學儲能電站按電池類型分類可以分為鉛酸(鉛炭)電池、鋰離子電池、液流電池、鈉硫電池和多類型電化學儲能等，但是在2022年的《電化學儲能電站設計標準（征求意見稿）》(以下簡稱標準)中已經刪除鈉硫電池儲能，明確為鉛酸（鉛炭）電池、鋰離子電池和液流電池。國家能源局綜合司發(fā)布《防止電力生產事故的二十五項的要求（2022年版）（征求意見稿）》，提出中大型電化學儲能電站不得選用三元鋰電池、鈉硫電池，不宜選用梯次利用動力電池。所以中大型電化學儲能電站電池類型一般可選擇鉛酸（鉛炭）電池、磷酸鐵鋰電池和全釩液流電池。

另外針對電化學儲能電站的規(guī)模分類，規(guī)范和標準也不同。

表1 規(guī)范和標準對儲能系統(tǒng)規(guī)模定義

通過對比可以發(fā)現，儲能電站的規(guī)模上限定義遠超之前的標準，這也是由于近幾年儲能電站大規(guī)模發(fā)展的原因，放寬功率標準，簡化了電化學儲能電站的建設要求，便于促進儲能的進一步發(fā)展。

儲能系統(tǒng)設計及選型

.       儲能系統(tǒng)接入電網電壓等級要求

GB 51048《電化學儲能電站設計規(guī)范》對并網電壓等級要求沒有非常明確，僅僅是建議大中型儲能系統(tǒng)采用10kV或更電壓等級并網。在《電化學儲能電站設計標準（征求意見稿）》對接入電壓等級的要求是：小型儲能電站宜采用0.4kV~20kV及以下電壓等級；中型儲能電站宜采用10kV~110kV電壓等級；大型儲能電站宜采用220kV及以上電壓等級。

GB/T 36547-2018《電化學儲能系統(tǒng)接入電網技術規(guī)定》對不同容量的儲能系統(tǒng)并網電壓等級做了詳細的要求，電化學儲能系統(tǒng)接入電網的電壓等級應按照儲能系統(tǒng)額定功率、接入電網網架結構等條件確定，不同額定功率儲能系統(tǒng)接入電網電壓等級如下表所示：

表2 儲能系統(tǒng)接入電網電壓等級要求

.       8kW及以下儲能系統(tǒng)

8kW及以下的儲能系統(tǒng)一般用于戶用的光儲系統(tǒng)，配合屋頂光伏和光伏、儲能一體式逆變器，實現戶用并、離網模式運行。當不允許向電網輸送電能時，通過防逆流裝置可以實現光伏發(fā)電富余時自動充電，*大程度消納綠電，配電結構如圖1所示。戶用光儲系統(tǒng)數據可上傳云平臺供移動端查看數據。

圖1 8kW及以下戶用儲能光伏一體化系統(tǒng)

表3 戶用儲能管理系統(tǒng)硬件推薦

.       8kW-1000kW儲能系統(tǒng)

8kW-1000kW儲能系統(tǒng)一般500kW以下采用380V并網，500kW-1000kW根據接入電網網架結構可采用0.4kV多點并網，也可以采用6kV-20kV電壓并網。當然采用6kV-20kV電壓并網需要增加升壓變壓器、中壓開關柜等設備，會大大增加儲能系統(tǒng)的成本，所以在情況允許的情況下可以采用0.4kV多點并網以減少成本。

比如企業(yè)內部需要安裝大功率充電樁，但是企業(yè)變壓器容量不滿足要求的情況下可以安裝光伏、儲能系統(tǒng)用于擴展用電容量，在不更換變壓器的情況下，可以在0.4kV母線增加儲能系統(tǒng)并網。在光伏發(fā)電有富余或者負荷較低的谷電時段充電，負荷峰時期放電，以*小的成本擴展企業(yè)內部用電容量，這種情況*典型的場景是城市快速充電站或者需要變壓器擴容的企業(yè)，如圖2所示。通過多組250kW/500kWh分布式儲能柜并入0.4kV母線，這樣可以把企業(yè)內部配電容量一段時間內擴展1000kW，滿足企業(yè)用電擴容需要。

圖2 8kW-1000kW工商儲能光伏充電一體化系統(tǒng)

通過0.4kV多點并網的儲能系統(tǒng)中，在10kV產權分界點需要增加防孤島保護裝置和電能質量分析裝置，如果不需要往電網送電還需要安裝逆功率保護裝置，在低壓側0.4kV安裝電能質量治理和無功補償裝置等，儲能系統(tǒng)數據通過智能網關采集后可以上傳至本地管理系統(tǒng)或者云平臺，實現企業(yè)可靠、有序用電，降低用能成本。

在這種模式下，安科瑞電氣可以為1000kW以下儲能監(jiān)控系統(tǒng)提供以下設備，見表4。

表4 1000kW以下儲能監(jiān)控系統(tǒng)硬件推薦

.       500kW-5000kW儲能系統(tǒng)

500kW-5000kW儲能系統(tǒng)采用6kV-20kV并網，一般采用電氣集裝箱方式安裝，分為電池艙、電氣艙等，也可采用模塊化的分布式儲能柜并聯(lián)匯流后升壓并網，組裝方便，安全系數。

圖3 2MW/4MWh工商業(yè)儲能系統(tǒng)示意圖

現行分時電價政策由于不少地區(qū)在冬夏峰時段每天會有2個尖峰時段，持續(xù)時間2小時左右，為了保證峰谷套利收益*大化，工商業(yè)儲能系統(tǒng)大多采用充放電倍率0.5C輸出設計。

按照GB/T 36547-2018《電化學儲能系統(tǒng)接入電網技術規(guī)定》要求，儲能系統(tǒng)交流側匯流后通過變壓器升壓至10kV后并入企業(yè)內部配電網10kV母線，儲能系統(tǒng)交流側額定電壓可根據儲能系統(tǒng)功率確定，一般可選擇線電壓0.4kV、0.54kV、0.69kV、1.05kV、6.3kV、10.5kV等。

儲能系統(tǒng)的微機保護配置要求：儲能電站應配置防孤島保護，非計劃孤島時應在2s動作，將儲能電站與電網斷開；通過10（6）kV~35kV（66kV）電壓等級專線方式接入系統(tǒng)的儲能電站宜配置光纖電流差動或方向保護作為主保護。

關于儲能系統(tǒng)計量點的設置：如果儲能系統(tǒng)采用專線接入公用電網，計量點應設置在公共連接點；采用T接方式并入公共電網，計量點應設置在儲能系統(tǒng)出線側；如果儲能系統(tǒng)接入企業(yè)內部電網，計量點應設置在并網點，見圖3。

儲能單元應具備絕緣監(jiān)測功能，當儲能單元絕緣低時應能發(fā)出報警和/或跳閘信號通知儲能變流器及計算機監(jiān)控系統(tǒng)，如果BMS或者PCS具備絕緣監(jiān)測功能的話不需要另外配置絕緣監(jiān)測裝置。

通過10（6）kV接入公用電網的儲能系統(tǒng)電能質量宜滿足GB/T19862要求的電能質量監(jiān)測裝置，當儲能系統(tǒng)的電能質量指標不滿足要求時，應安裝電能質量治理設備。

在5000kW以下儲能系統(tǒng)中，安科瑞提供的二次設備推薦如表5所示。

表5 5000kW以下儲能監(jiān)控系統(tǒng)硬件推薦

.       5000kW以上儲能系統(tǒng)

5000kW以上規(guī)模的儲能系統(tǒng)根據功率大小可采用35kV、110kV或者220kV并網，一般采用2MWh~4MWh左右的儲能單元作為一個基礎單元，集成安裝在一個40英尺集裝箱。和儲能單元配套的系統(tǒng)還包括三級電池管理系統(tǒng)(BMS)、消防系統(tǒng)、空調系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)(EMS)，每個電池艙還包括電池柜、控制柜(BMS)和匯流柜等。也可采用模塊化的分布式儲能柜并聯(lián)匯流后升壓并網，組裝較為方便，安全系數較，但是相對成本偏。

圖4 中大型儲能電站電氣布局示意圖

通過110kV及以上電壓等級專線方式接入系統(tǒng)的儲能電站應配置光纖電流差動保護作為主保護；通過10（6）kV~35kV（66kV）電壓等級專線方式接入系統(tǒng)的儲能電站宜配置光纖電流差動或方向保護作為主保護；大型儲能電站（100MW以上）應配置專用故障錄波裝置。

儲能電站壓側接線型式可采用單母線、單母線分段等簡單接線形式。當電化學儲能電站經雙回路接入系統(tǒng)時，宜采用單母線分段接線，并宜符合下列要求：小型儲能電站可采用線變組、單母線接線等；中型儲能電站可采用單母線或單母線分段接線等；大型儲能電站可采用單母線分段接線、雙母線接線等，儲能電站35kV及以上電壓等級的母線宜設置母線保護。

圖5 中大型儲能電站電氣接線示意圖

接入公用電網的電化學儲能站應在并網點配置電能質量監(jiān)測裝置或具備電能質量監(jiān)測功能。10(6)kV及以上電壓等級接入公共電網的電化學儲能電站宜配置滿足現行國家標準《電能質量監(jiān)測設備通用要求》GB/T 19862要求的電能質量監(jiān)測裝置，當電能質量指標不滿足要求時，應安裝電能質量治理設備。

表6 5000kW以上儲能監(jiān)控系統(tǒng)硬件推薦

儲能工程能量管理系統(tǒng)

Acrel-2000MG儲能系統(tǒng)能量管理系統(tǒng)和AcrelEMS能源管理平臺能夠對企業(yè)微電網的源（市電、分布式光伏、微型風機）、網（企業(yè)內部配電網）、荷（固定負荷和可調負荷）、儲能系統(tǒng)、新能源汽車充電負荷進行實時監(jiān)測和優(yōu)化控制，保護微電網儲能系統(tǒng)運行安全，實現不同目標下源網荷儲資源之間的靈活互動，增加多策略控制下系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。同時促進新能源消納、合理削峰填谷，減少電網建設投資，提升微電網運行安全，降低運行成本。Acrel-2000MG儲能系統(tǒng)能量管理系統(tǒng)適合部署在本地，作為實時監(jiān)控、異常告警和策略管理；AcrelEMS能源管理平臺適用于企業(yè)源網荷儲充運維的一體化管理平臺，并提供移動端數據服務和異常告警。

.       數據展示

展示儲能的容量信息、收益、充放電量及電壓、電流、及充放電功率的變化曲線等。

圖6 儲能系統(tǒng)數據展示

.       異常報警

儲能系統(tǒng)能量管理系統(tǒng)應具有事故報警和預告報警功能。事故報警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動作信號；預告報警包括一般設備變位、狀態(tài)異常信息或電芯過壓、電芯欠壓、溫度異常、電池簇過壓告警、電池簇欠壓告警等，保障儲能系統(tǒng)運行安全。

圖7 儲能系統(tǒng)告警記錄

.       實時監(jiān)控

儲能BMS監(jiān)測電芯、電池模組、電池簇的電壓、電流、溫度、SOC及越限電芯位置等，并針對越限信息進行告警，儲能變流器交直流側運行監(jiān)控、充放電指令下發(fā)、參數限值設定等。

圖8 儲能系統(tǒng)實時監(jiān)控

.       光伏運行監(jiān)控

監(jiān)測企業(yè)分布式光伏電站運行情況，包括逆變器運行數據、光伏發(fā)電效率分析、發(fā)電量及收益統(tǒng)計以及光伏發(fā)電功率控制。

圖9 光伏運行監(jiān)測

.       電能質量監(jiān)測

監(jiān)測微電網重要回路的電壓波動與閃變、電壓暫升/暫降、短時中斷情況，實時記錄事件并故障錄波，為電能質量分析與治理提供數據來源。及時采取相應的措施提配電系統(tǒng)的可靠性，減少因諧波造成的供電事故的發(fā)生。

圖10 電能質量監(jiān)測

.       AcrelEMS能源管理平臺

AcrelEMS能源管理平臺通過的控制、計量、通信等技術，將分布式電源、儲能系統(tǒng)、可控負荷、電動汽車、電能路由器聚合在一起；平臺根據*新的電網價格、用電負荷、電網調度指令等情況，靈活調整微電網控制策略并下發(fā)給儲能系統(tǒng)、電動汽車充電樁、電能路由器等系統(tǒng)，保障企業(yè)微電網、穩(wěn)定運行，并提供移動端數據服務。