淺談移動儲能系統(tǒng)的應(yīng)用

安科瑞 陳聰

摘 要：隨著大量的風(fēng)電、光伏等新能源并入電網(wǎng)，尤其是大量的分布式電源并入用電側(cè)，將給電網(wǎng)平穩(wěn)運行帶來一定挑戰(zhàn)。移動儲能系統(tǒng)作為能源互聯(lián)網(wǎng)的一個主要組成部分，主要應(yīng)用在能源互聯(lián)網(wǎng)的分布式能源與微網(wǎng)領(lǐng)域。本文提出的移動儲能系統(tǒng)，采用一體式集裝箱設(shè)計方案，集成可靠的智能動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，集裝箱環(huán)境支持系統(tǒng)及儲能電站監(jiān)控管理系統(tǒng)，具備與電網(wǎng)即插即用的工作模式，可以方便應(yīng)用于電網(wǎng)的支撐及區(qū)域性臨時供電支撐。

關(guān)鍵詞：能源互聯(lián)網(wǎng)； 移動儲能 ；電池PACK

1 移動儲能系統(tǒng)的背景

1.1 電化學(xué)儲能趨于成熟

儲能應(yīng)用更多的是電化學(xué)儲能，還有鋰離子電池，鈉硫電池等等，從2016—2017年，所有規(guī)劃和在建項目已經(jīng) 達(dá)到1.6GW，政策、企業(yè)、技術(shù)成熟度、產(chǎn)品成本下降等呈現(xiàn)出猛增的態(tài)勢。

現(xiàn)在10MW甚至100MW并不是很新鮮的事。除此之外，成本下降也是一個非常好的消息，根據(jù)中國電力科學(xué)研究院的模型計算，到2020年儲能系統(tǒng)的建設(shè)成本額已經(jīng)基本達(dá)到營收平衡點。

1.2 國內(nèi)外儲能政策

國際方面，現(xiàn)在有10多個政策支撐儲能發(fā)展，有能源規(guī)劃裝備，有電力規(guī)劃還有新能源、電動汽車等等，在國際相關(guān)的政策里，儲能是一個非常重要的支持要素。對于中國而言，政策在2017年10月11日發(fā)布，對儲 能現(xiàn)在和未來的發(fā)展提出了明確的目標(biāo)，規(guī)定了五大任務(wù)，在指導(dǎo)意見出臺之后很多地方就開始研究和出臺支持儲能發(fā)展的相關(guān)政策；2017年11月份出臺的43號文，在政策支持下，儲能份額由2015年的2%提高到了9%。

在一些應(yīng)用領(lǐng)域，如重點設(shè)施短時間內(nèi)保障供電，季節(jié)性區(qū)域內(nèi)負(fù)荷曲線調(diào)整等方面，需要采用移動式電力儲能系統(tǒng)。

2 移動儲能系統(tǒng)的分類

在傳統(tǒng)發(fā)電領(lǐng)域，移動儲能主要起到輔助動態(tài)運行、取代或延緩新建機組的作用；在可再生能源領(lǐng)域，移動儲能主要起到削峰填谷和跟蹤計劃出力的作用；在輔助服務(wù)領(lǐng)域，移動儲能主要起到調(diào)頻、調(diào)峰和備用容量的作用;在分布式能源與微網(wǎng)領(lǐng)域，儲能主要起到分時電價管理、容量費用管理和提高供電可靠性的作用。

2.1 大型電力儲能系統(tǒng)

大型電力儲能系統(tǒng)是對電網(wǎng)可靠運行的支撐，在調(diào)整負(fù)載曲線、削峰填谷、提高配電網(wǎng)設(shè)備與線路的利用效率、參于電網(wǎng)調(diào)頻、改善大電網(wǎng)的供電水平等方面具有重要作用。在一些應(yīng)用領(lǐng)域，如重點設(shè)施短時間內(nèi)保障供電，季節(jié)性區(qū)域內(nèi)負(fù)荷曲線調(diào)整等方面，需要采用移動式電力儲能系統(tǒng)。大規(guī)模移動儲能系統(tǒng)采用一體式集裝箱設(shè)計方案，集成可靠的智能動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，集裝箱環(huán)境支持系統(tǒng)及儲能電站監(jiān)控管理系統(tǒng)，具備與電網(wǎng)即插即用的工作模式，可以方便應(yīng)用于電網(wǎng)的支撐及區(qū)域性臨時供電支撐。

2.2 中型電力儲能系統(tǒng)

中型電力儲能系統(tǒng)如移動充電設(shè)備，也就是電動車、樓宇、大型會議、充電站（樁）等臨時需要充電的用電設(shè)備“充電寶”，可以有效應(yīng)對臨時用電、老舊小區(qū)電網(wǎng)改造難導(dǎo)致的電力增容和應(yīng)急負(fù)荷等難題，也解決了小區(qū)停車位不固定、充電不方便的問題。例如北京的“移動充電寶”，2018年2月，北京的新能源車主就可以在“易充網(wǎng)”上看到電子版的充電樁地圖，地圖囊括所有快速充電樁和慢速充電樁的地理位置信息和相應(yīng)的數(shù)量信息，隨時隨地查詢到充電樁信息。

2.3 小型移動儲能系統(tǒng)

家用儲能系統(tǒng)主要指安裝在居民住宅或者企業(yè)園區(qū)的的小型儲能系統(tǒng)，其運行模式包括獨立運行、與小型風(fēng)機、屋頂光伏等可再生能源發(fā)電設(shè)備配套運行以及家用儲熱設(shè)備等。家用儲能系統(tǒng)的應(yīng)用包括：電費管理、控制用電成本（低充高放）；供電可靠性；分布式可再生能源接入；電動汽車儲能電池應(yīng)用等。

3 移動儲能系統(tǒng)的作用

（1）解決“發(fā)電與用電的時差矛盾”和“間歇式可再生能源發(fā)電直接并網(wǎng)沖擊電網(wǎng)”，平滑出力及調(diào)節(jié)電能品質(zhì)。

（2）將“谷電”存儲在儲能電池中，在高峰期釋放出來應(yīng)用于生產(chǎn)、運營，不僅可以減輕電網(wǎng)負(fù)荷負(fù)擔(dān)，還可以降低運營成本。

（3）將儲能系統(tǒng)應(yīng)用于、醫(yī)院、數(shù)據(jù)、精密制造、軍事指揮等重要部門的備用電站，可在非常時期保證穩(wěn)定、及時的應(yīng)急電力供應(yīng)。

（4）儲能系統(tǒng)還可以為實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置（燃料、太陽能和風(fēng)能）、資源整合、電網(wǎng)穩(wěn)定性（頻率和電壓）以及負(fù)載管理服務(wù)提供支持。

4 移動儲能系統(tǒng)的組成

采用一體式集裝箱設(shè)計方案，集成可靠的智能動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，集裝箱環(huán)境支持系統(tǒng)及儲能電站監(jiān)控管理系統(tǒng)，具備與電網(wǎng)即插即用的工作模式，可以方便應(yīng)用于電網(wǎng)的支撐及區(qū)域性臨時供電支撐。將電池PACK、變流器（PCS）、配電裝置等集成在一起，提供多種電氣接口（交流輸出/直流輸出/快充。同時配備電池狀態(tài)檢測、PCS狀態(tài)監(jiān)控、火災(zāi)預(yù)警與自動滅火裝置等安全措施，具有“可移動、大容量、大功率、遠(yuǎn)程調(diào)度、低噪音、節(jié)能減排、綠色環(huán)保”的特點。實現(xiàn)用戶與一體化終端的人機互動，具備光伏發(fā)電的信息采集與監(jiān)控功能，從而為應(yīng)急救援、后勤保障、移動充電等提供快速、可靠、高質(zhì)量的電能。當(dāng)前，移動儲能在用戶側(cè)的應(yīng)用主要包括以下5個方面：峰谷套利、需量電費管理、動態(tài)增容、需求響應(yīng)以及提高新能源自用率。

5 移動儲能系統(tǒng)典型設(shè)計

以1MW/1MWh集裝箱儲能系統(tǒng)為例，系統(tǒng)一般由儲能電池系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、電池管理單元、消防系統(tǒng)、空調(diào)、儲能變流器及隔離變壓器組成，并集成在一個40英尺集裝箱內(nèi)。

其中電池系統(tǒng)主要由電芯串并聯(lián)構(gòu)成：首先十幾組電芯通過串并聯(lián)組成電池箱，然后電池箱通過串聯(lián)組成電池組串并提升系統(tǒng)電壓，將電池組串進(jìn)行并聯(lián)提升系統(tǒng)

容量，并集成安裝在電池柜內(nèi)。

監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)對外通信、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集、分析和處理的功能，保證數(shù)據(jù)監(jiān)控準(zhǔn)確、電壓電流采樣精度高、數(shù)據(jù)同步率及遙控命令執(zhí)行速度快；電池管理單元擁有高精度的單體電壓檢測與電流檢測功能，保證電芯模塊的電壓均衡，避免電池模塊間產(chǎn)生環(huán)流，影響系統(tǒng)運行效率。

為了保證系統(tǒng)的安全，集裝箱內(nèi)配置了消防及空調(diào)系統(tǒng)，其中消防系統(tǒng)通過煙霧傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、應(yīng)急燈等安全設(shè)備感知火警，并自動滅火；空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)外部環(huán)境溫度，通過熱管理策略控制空調(diào)冷熱系統(tǒng)，保證集裝箱內(nèi)溫度處于合適區(qū)間，延長電池使用壽命。

6.安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統(tǒng)概述

6.1概述

安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統(tǒng)，專門針對工商業(yè)儲能柜、儲能集裝箱研發(fā)的一款儲能EMS，具有完善的儲能監(jiān)控與管理功能,涵蓋了儲能系統(tǒng)設(shè)備(PCS、BMS、電表、消防、空調(diào)等)的詳細(xì)信息,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢與分析、可視化監(jiān)控、報警管理、統(tǒng)計報表等功能。在高級應(yīng)用上支持能量調(diào)度,具備計劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等控制功能。

6.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Acrel-2000ES，可通過直采或者通過通訊管理或串口服務(wù)器將儲能柜或者儲能集裝箱內(nèi)部的設(shè)備接入系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：

6.3接入設(shè)備

Acrel-2000ES，具備多種接口，多種協(xié)議對接的能力，支持多種設(shè)備接入。

6.4系統(tǒng)功能

6.4.1實時監(jiān)測

系統(tǒng)人機界面友好，能夠顯示儲能柜的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測 PCS、BMS 以及環(huán)境參數(shù)信息，如電參量、溫度、濕度等。實時顯示有關(guān)故障、告警、收益等信息。

6.4.2設(shè)備監(jiān)控

系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測 PCS、BMS、電表、空調(diào)、消防、除濕機等設(shè)備的運行狀態(tài)及運行模式。

PCS 監(jiān)控：滿足儲能變流器的參數(shù)與限值設(shè)置；運行模式設(shè)置；實現(xiàn)儲能變流器交直流側(cè) 電壓、電流、功率及充放電量參數(shù)的采集與展示；實現(xiàn) PCS 通訊狀態(tài)、啟停狀態(tài)、開關(guān)狀態(tài)、 異常告警等狀態(tài)監(jiān)測。

BMS 監(jiān)控：滿足電池管理系統(tǒng)的參數(shù)與限值設(shè)置；實現(xiàn)儲能電池的電芯、電池簇的溫度、

電壓、電流的監(jiān)測；實現(xiàn)電池充放電狀態(tài)、電壓、電流及溫度異常狀態(tài)的告警。

空調(diào)監(jiān)控：滿足環(huán)境溫度的監(jiān)測，可根據(jù)設(shè)置的閾值進(jìn)行空調(diào)溫度的聯(lián)動調(diào)節(jié)，并實時監(jiān)測空調(diào)的運行狀態(tài)及溫濕度數(shù)據(jù)，以曲線形式進(jìn)行展示。

UPS 監(jiān)控：滿足 UPS 的運行狀態(tài)及相關(guān)電參量監(jiān)測。

6.4.3 曲線報表

系統(tǒng)能夠?qū)?PCS 充放電功率曲線、SOC 變換曲線、及電壓、電流、溫度等歷史曲線的查詢與展示。

6.4.4策略配置

滿足儲能系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)的配置、電價參數(shù)與時段的設(shè)置、控制策略的選擇。目前支持的控制策略包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制等。

6.4.5實時報警

儲能能量管理系統(tǒng)具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)δ艹浞烹娫较?、溫度越限、設(shè)備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。

6.4.6事件查詢統(tǒng)計

儲能能量管理系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，溫濕度、電壓越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

6.4.7遙控操作

可以通過每個設(shè)備下面的紅色按鈕對 PCS、風(fēng)機、除濕機、空調(diào)控制器、照明等設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的控制，但是當(dāng)設(shè)備未通信上時，控制按鈕會顯示無效狀態(tài)。

6.4.8用戶權(quán)限管理

儲能能量管理系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

6.4.9安科瑞配套產(chǎn)品

7 結(jié)語

移動式儲能系統(tǒng)以其較為突出的靈活便捷性已廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)輸發(fā)配送等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)固定式儲能電站相比，集裝箱儲能系統(tǒng)的模塊化設(shè)計采用了國際標(biāo)準(zhǔn)化的集裝箱尺寸，允許遠(yuǎn)洋和公路運輸，可以通過高架起重機進(jìn)行吊裝，可移動性強，不受地域限制。另外集裝箱儲能系統(tǒng)可進(jìn)行工廠化生產(chǎn)，直接在車間進(jìn)行組裝調(diào)試，大大節(jié)約了工程的施工和運維成本，并實現(xiàn)事故隔離。相信隨著電池本體技術(shù)的不斷突破，移動式儲能系統(tǒng)的能量密度將

進(jìn)一步提升，成本也會大幅度下降，移動式儲能系統(tǒng)的實際價值將不斷體現(xiàn)，應(yīng)用范圍也會不斷擴張，未來必定會成為推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費革命的重要載體，是能源互聯(lián)網(wǎng)中發(fā)展前景的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)。

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