中國儲能網訊：2017年4月24-26日，第七屆中國國際儲能大會在蘇州香格里拉酒店圓滿召開，超過1400位國內外嘉賓到場參會。大會共邀請140余位行業(yè)專家與企業(yè)代表，圍繞產業(yè)熱點話題，發(fā)表了一系列精彩演講，中國儲能網將向讀者傳遞本次大會最具價值的聲音。
大會期間，中國電建西北勘測設計研院有限公司光電設計院副總工程陳剛在“儲能電站暨微電網專場”，以《西藏雙湖可再生能源局域網工程設計分享》為題發(fā)表演講，現(xiàn)將演講主要內容發(fā)布，以饗讀者。
中國電建西北勘測設計研院有限公司光電設計院副總工程陳剛
陳剛：今天報告分六個部分，第一，工程概況，第二，局域網技術方案，第三，光伏裝機容量及儲能系統(tǒng)裝機容量，第四，儲能系統(tǒng)技術方案，第五，工程總結，第六，重點項目介紹。
中國電鍵集團西北勘測設計研究院有限公司成立于1950年，現(xiàn)隸屬于中國電力建設集團有限公司，面向國內外市場，為綜合能源利用、能源建設開發(fā)，提供全方位綜合性的方案規(guī)劃服務。西北院在水電與新能源、基礎設施領域大力開展EPC總承包、工程投資運營，業(yè)務范圍覆蓋水電、風電、光電、交通、市政等多各行業(yè)領域，我們院是第一批的國家級工程設計綜合資質甲級。是中國勘察設計綜合實力百強單位。
雙湖的工程概況給大家介紹一下，西藏雙湖可再生能源局域網工程是國家援建的大型離網型光儲微電網項目，項目是由西北院設計和承建的，2014年開始開展前期工作，2016年3月受西藏能源局委托開展可研設計和施工工作，項目已經于2016年9月投運發(fā)電，地點在西藏那曲雙湖縣，是我們國家總年輕的一個縣，是2012年才建立的，全縣的海拔是5100米。項目的地就在雙湖縣，這個項目地的海拔也是5100米，當時的目的，通過儲能技術建立一個獨立的供電網，為解決當?shù)厝彪姷臓顩r，為實現(xiàn)人均用電量達到1100瓦。整個雙湖縣的人口有5600人。
西北院同時開展了雙湖縣、改則縣和尼瑪縣三個離網局域網項目的前期設計工作，西北院是EPC總承包方完成了雙湖縣可再生能源局域網，5月1號正式開工，到9中旬電站投運發(fā)電，雙湖縣項目近鄰雙湖縣城，海拔5100米，平均溫度只有零下5度，冬季含氧量只有內地的30%，無霜期不足80天，成為人類生理極限實驗場。
2016年國內最大的光儲微電網項目，高起點，高難度的雙湖項目成功投運后，成為西藏地區(qū)后續(xù)同類項目借鑒的模板。雙湖項目、雙湖精神被《中國能源報》、中國能源網、國務院國資委新聞中心、《中國電力報》等多家媒體追蹤報告，雙湖項目也是2016年儲能行業(yè)的重大事件，對儲能產業(yè)的發(fā)展產生了積極的影響。
第二個，我把整個局域網的技術方案給大家做一個介紹。整個裝機容量是3兆瓦，儲能系統(tǒng)是7兆瓦，23個兆瓦時，用的是磷酸鐵鋰和三元鋰，里面配了兩臺柴油發(fā)電機，建設了一個10千伏的開放站。總體方案來講，我們這個局域網一體化智能系統(tǒng)功能及構架，在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集平臺上，我們實現(xiàn)了局域網SCADA系統(tǒng)，局域網的調度及優(yōu)化控制，局域網的進電保護系統(tǒng)的管理，局域網配電自動化，電能計量及自動抄表系統(tǒng)，還有整個電站的環(huán)境監(jiān)視。
下面是數(shù)據(jù)采集，包括各種新能源的子系統(tǒng)，包括光伏發(fā)電系統(tǒng)，還有柴油發(fā)電機系統(tǒng)，整個機電保護，還有整個縣城配電網的自動化終端，包括智能用電集抄系統(tǒng)。
對西藏局域網來講，我們在設計的重點首先是為了穩(wěn)定可靠的解決當?shù)夭刈逋挠秒妴栴}，因為西藏地區(qū)原來只建設了一個70千瓦的光伏電站，整個地區(qū)用電量非常緊缺，在2012年左右，國家投資建了一座小水電，但是整個的運營工況非常惡劣，整個水電站建好以后運行了一個多月就出現(xiàn)了非常大的故障，維護費用也非常高。
所以對于西藏地區(qū)來講，第一是為了解決它的電源、用電問題，保證它有一個可靠性的電源，局域網的調度優(yōu)化控制系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的協(xié)調安全運行的核心，通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集平臺，對氣象預測，電池電量數(shù)據(jù)，光伏發(fā)電數(shù)據(jù)和配電網負荷等實時數(shù)據(jù)的采集，在滿足各種電源運行約束條件下，實現(xiàn)各類電源的協(xié)調處理，保證電網電壓顛連和負荷的合理分配，實現(xiàn)系統(tǒng)調度和優(yōu)化控制，保證電網電壓和頻率的穩(wěn)定和系統(tǒng)安全運行，雙湖項目局域網調度及優(yōu)化控制主要是以下四個功能的實現(xiàn)，第一個是頻率的控制，第二個是電壓控制，另外是黑啟動，和柴發(fā)和儲能主電源之間的切換控制，正常我們是以儲能為主電源核心，進行電壓和頻率的控制，在資源不太好的情況下就可能采用發(fā)電機作為主電源，所以它出現(xiàn)了柴油發(fā)電機和儲能系統(tǒng)有一個電源控制切換的問題。
這是我們整個局域網控制系統(tǒng)的構架，這個構架是從三個方面來，就地控制層，協(xié)調控制層，系統(tǒng)控制層。系統(tǒng)控制層完成綜合數(shù)據(jù)采集預處理，實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化控制和調度管理，保證系統(tǒng)內電力電量的平衡，系統(tǒng)控制層實現(xiàn)其他如繼電保護信息管理、配電自動化、計量自動化、歡迎監(jiān)控等功能。中間有一個協(xié)調控制層，在局域網孤島運行時，對網內微源的控制模式及控制參數(shù)的設置，保證局域網安全穩(wěn)定運行，維持全網電壓和頻率在允許范圍之鎳，協(xié)調控制層設置了兩臺系統(tǒng)控制器，一臺為實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)控制，一臺實現(xiàn)暫態(tài)控制，協(xié)調控制層與就地控制層采用IEC61850 GOOSE網連接，保證了系統(tǒng)控制的實時性。
就地控制層，系統(tǒng)內注入開關、線路、光伏發(fā)電單元、儲能系統(tǒng)、配電變壓器等控制、保護測控裝置，主要功能為實現(xiàn)系統(tǒng)各單元的數(shù)據(jù)采集和控制。通過快速獨立的通信網絡與后臺進行通訊。
離網光儲電站有一個最大的問題，就是它的光伏裝機容量的確定，和它儲能系統(tǒng)容量的確定，它不同于我們一般的光伏電站或者儲能電站，我光伏裝機容量是確定的，或者儲能系統(tǒng)是確定的，只是解決一下我的整個電氣的設計方案。離網光伏電站我必須要根據(jù)它的負荷需求，最后要保證網內的電力電量的平衡，所以對于光伏的裝機容量和儲能的容量要進行一個設計。雙湖項目為光儲柴局域網，主要電源是光伏，柴油發(fā)電機作為輔助電源，儲能系統(tǒng)作為觸電載體，并承擔構建系統(tǒng)電壓、頻率的功能，是光儲局域網的核心系統(tǒng)，雙湖局域網整體系統(tǒng)相對電源比較單一，這也是考慮到西藏地區(qū)的太陽能資源非常豐富，它的風電也是有的，但是由于海拔比較高，它的風功率密度比較低，另外小型風機在高原的經濟性非常差，所以我們就考慮還是采用單一的太陽能作為它的主電源，這樣對我們以后構成整個局域網系統(tǒng)的運行維護，也相對比較簡單，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
在對規(guī)劃設計中有兩點最重要的工作要做介紹，第一個是光伏裝機容量的設計，第二個是對儲能系統(tǒng)容量的設計。
光伏裝機容量確定的話就要考慮兩個約束條件，第一個是太陽能資源的最小時段，第二個是負荷電量需求的最大時段，在冬天、夏天，由于太陽日照時間的變化，對我來講在沒有外電源補充的情況下，我這個太陽能的資源必須要保證我對電量的需求，所以我就要考慮太陽能最小時段，這個時候太陽能的資源情況。
第二個情況就是采用同樣的組件在不同的安裝方式，比如說固定安裝，或者是跟蹤方式，固定安裝的情況下，安裝角度的差異，它在冬天或者不同的季節(jié)，它的發(fā)電量，它的處理是有差異的。所以我們就要考慮到，第一我確定的這種安全服裝，因為我們考慮到它的維護特點，所以還是采用的固定安裝的方式。接下來是進行了負荷分析，西藏的冬季比較冷，采暖負荷是比較大的，所以我們設計冬季的日負荷電量是22000度電，夏天的話是14670度電。經過一個太陽能資源的復習，和一個負荷的分析，我們通過軟件可以確定安裝傾角。這個安裝傾角是保證在冬天發(fā)電量最大，是在我負荷需求最大的情況下。最后要電量平衡和日照最短時間的儲能，保證它的儲存電量。
下來是兩種傾角的情況下不同的日照，和在同樣組件的情況下，我在冬季和夏季兩種不同的角度它的發(fā)電量，這樣可以優(yōu)化整個光伏裝機的容量，實現(xiàn)最好的經濟性。
儲能系統(tǒng)容量，因為儲能系統(tǒng)它要考慮到在沒有太陽以后的供電，冬至日和夏至日日照時長的對比圖，可以看到冬至日的話從早上7點到下午5點，這段時間是有日照的。夏至日是從早上5點到20點，這段時間都是有日照的。所以咱們從這張圖上可以看到，我對負荷供電的情況下，是有光伏板可以直接供電的，晚上沒有日照的情況下全要靠電池來供電，在日照短的情況下，夜間供電時間需要更長，所以對電池的容量要求就會更大。這兩張是夏至日和冬至日的組合，冬天的話曲線是太陽騰的光出率，兩邊就是需要的蓄電池的容量，夏天需要的電池容量比較小，冬天的電池容量比較大。
這是整個儲能方案，剛才是一個儲能裝機容量和光伏裝機容量，我們這個儲能技術方案整個是7兆瓦和23兆瓦時，分為兩組，一組是4兆瓦，13兆瓦時，另外一組是3兆瓦，10兆瓦時，分別經過一臺3150的變壓器，從380伏升到10千伏接入10千伏母線。因為儲能系統(tǒng)要承擔主電源，所以儲能系統(tǒng)要保證我的單機裝機容量足夠大，所以我們這個經過了最大的是80PCS進行拼機，另外一組是6臺PCS500千瓦的拼機。
儲能系統(tǒng)里面有幾個關鍵技術，第一個是要實現(xiàn)最大8臺500千瓦的PCS并機，并機運行的多組電池的一致性是保證光儲局域網穩(wěn)定可靠運行的關鍵。根據(jù)儲能系統(tǒng)功能進行電池類型的選擇，V/F電源規(guī)模容量受限于10千伏變壓器制造容量，因為它是從低壓380直接升到10千伏，對它的制造容量也是有一定限制的。我們在這個系統(tǒng)里面為了維護電池的可靠運行，是保證電池正常運行及電池壽命的關鍵，雙湖項目因地處高寒地帶，系統(tǒng)設計了儲熱裝置減少夜間對電池電量的損耗。
存在的問題，雙湖項目發(fā)生過10千伏配電王變壓器投運勵磁涌流導致儲能PCS過負荷停機事件，由于PCS過載能力較低，配電變投退對系統(tǒng)穩(wěn)定運行產生了威脅，目前的解決方案就是配電自動化里面，低壓側都有自動化設計，從低壓側投退，避免高壓側投退，目前還在尋求解決的辦法。
第二個問題，大型儲能電站處于建設的初期階段，工程決末量級變化導治工程技術難度增大，多機并機運行對系統(tǒng)設計和設備提出了更高的技術要求，也使系統(tǒng)產生潛在的風險。通過雙湖項目的建設經驗，在系統(tǒng)集成和設備采購時，建議盡量減少儲能設備的多樣性，避免片面追求工程的示范性和電源種類的多樣性，而給系統(tǒng)穩(wěn)定運行帶來隱患，甚至導致系統(tǒng)無法運行。
下面是標準問題，雙湖項目進行儲能系統(tǒng)安裝、調試、驗收以及電站啟動時缺少相應的標準，如對儲能系統(tǒng)進行VF電源實驗時如何對其進行開機啟動實驗，需要與系統(tǒng)進行哪些實驗，如何檢驗是否達到設計標準，這兩年國內建設儲能電站的呼聲很高，特別是在解決新能源的棄電和參與電力系統(tǒng)的調頻方面，對促進儲能產業(yè)的發(fā)展有很大潛力，如果這些工程實施，也將面臨工程建設已驗收的標準問題，因此未雨綢繆，盡快制訂相關標準，也是促進儲能產業(yè)健康發(fā)展的保證。
另外西藏地區(qū)專業(yè)技術人員嚴重缺乏，地理位置偏遠和環(huán)境惡劣也導致組建專業(yè)的運營機構困難，后期的運營管理也是以當?shù)厝藛T為主，因此對系統(tǒng)的設計應該以簡單、運行可靠為目的。要保證它用電的可靠性，以后運營管理的簡便性。
最后把雙湖項目的一些工程情況給大家看一下，這是我們的工程建設的現(xiàn)狀，這是鳥瞰圖和安裝好的集裝箱儲能系統(tǒng)，這是建設里面的綜合樓，和建設中的雙湖局域網。
這是尼瑪可再生能源局域網的工程，是22瓦時，用到6兆瓦的鋰電池和6兆瓦的鉛碳電池，這個項目是在尼瑪縣，海拔是4800米，由于它的規(guī)模比較大，采用了多微電網的結構。
這是改則項目的基本情況，也是包括小水電、光伏、儲能、柴發(fā)和配電網。
我們公司正在做的是二連浩特的可再生能源微電網，這里面有光伏、風電還有光熱加輸配電項目。
這是我們今年國家的示范項目，延安油田的2兆瓦的項目。
作者簡介：
陳剛，中國電建西北勘測設計研院有限公司光電設計院副總工程師，主要從事新能源電氣系統(tǒng)設計。
（本文根據(jù)現(xiàn)場錄音整理，未經本人審核）
