2023年200MW储能电站储能系统设计方案.pdf

大 唐 华 银 耒 阳 分 公 司 200MW/400MWh 储 能 电 站 项 目 可 行 性 研 究 说 明 书 送 审 稿 收 口 版402）A G C 的 响 应 滞 后 时 间 不 大 于 8 0 0 m s，有 功 功 率 调 节 上 升 时 间 不 大 于3 0 0 m s，有 功 功 率 调 节 稳 定 时 间 不 大 于 5 0 0 m s，A G C 控 制 时 的 充 放 电 转 换时 间 不 大 于 4 0 0 m s。3）指 令 响 应 死 区 应 在 士 1%P n 内，稳 态 控 制 偏 差 应 在 士 1%P n 内，最 大 调 节 步 长 应 为 1 0 0%P n。4）最 大 可 用 充 电、放 电 功 率 应 为 1 0 0%P n，调 节 速 率 应 不 小 于1 0 0%P n/3 0 0 m s。4.1 0 结 论（1）耒 阳 分 公 司 电 化 学 储 能 电 站 工 程 总 规 模 2 0 0 M W/4 0 0 M W，储 能 电站 布 置 在 耒 阳 分 公 司 三 期 扩 建 端，计 划 于 2 0 2 2 年 底 前 建 成 投 产。（2）本 工 程 推 荐 接 入 系 统 方 案 为：耒 阳 储 能 电 站（2 0 0 M W/4 0 0 M W h）以 1 回 2 2 0 k V 线 路 接 入 耒 阳 分 公 司 2 2 0 k V 母 线，新 建 线 路 长 度 约 为 0.4 5 k m。最 终 接 入 系 统 方 案 以 当 地 电 网 的 批 复 意 见 为 准。（3）储 能 电 站 变 电 站 主 变 装 设（4 1 0）M v a r 容 性 无 功 补 偿，不 装 设感 性 无 功 补 偿。5 储 能 系 统5.1 储 能 必 要 性“双 碳”战 略 目 标 下，国 家 明 确 提 出 构 建 逐 步 提 高 新 能 源 占 比 的 新 型电 力 系 统。随 着 以 风 电、太 阳 能 发 电 为 代 表 的 新 能 源 逐 步 实 现 对 煤 电、气电 等 传 统 化 石 能 源 的 替 代，新 能 源 发 电“随 机 性、间 歇 性、波 动 性”出 力特 征 和“低 惯 量、弱 支 撑、弱 抗 扰”运 行 特 性 将 给 电 力 系 统 带 来 严 峻 挑 战。作 为 中 东 部 地 区 的 典 型 省 级 受 端 电 力 系 统，近 年 来 湖 南 清 洁 低 碳 转 型 步 伐大 唐 华 银 耒 阳 分 公 司 200MW/400MWh 储 能 电 站 项 目 可 行 性 研 究 说 明 书 送 审 稿 收 口 版41明 显 加 快，已 经 呈 现 出 高 比 例 可 再 生 能 源、高 比 例 电 力 电 子 器 件、高 比 例外 来 电“三 高”电 力 系 统 特 征，能 源 电 力 安 全、绿 色、经 济 发 展 面 临 的 各种 问 题 和 矛 盾 非 常 突 出。构 建 湖 南 新 型 电 力 系 统，形 成“清 洁 能 源+区 外 来电+储 能”多 轮 驱 动 的 能 源 供 应 体 系 和“源 网 荷 储”协 调 互 动 的 安 全 运 行 体系，是 保 障 湖 南 能 源 电 力 安 全 供 应、清 洁 能 源 高 效 消 纳 和 电 网 安 全 稳 定 运行 的 必 然 选 择。储 能 作 为 顺 应 能 源 革 命 最 具 发 展 前 景 的 灵 活 调 节 资 源，是 实 现 能 源 电力 非 完 全 实 时 平 衡 及 综 合 高 效 治 理 新 型 电 力 系 统 突 出 问 题 的 最 佳“缓 冲 器”与“减 震 器”，是 支 撑 新 型 电 力 系 统 的 重 要 技 术 和 基 础 装 备。主 要 表 现 在：一 是 发 挥 大 规 模 储 能“顶 峰”作 用，保 障 能 源 电 力 安 全 供 应；二 是 发 挥 储能“调 峰”作 用，提 升 新 能 源 消 纳 能 力，支 撑 高 比 例、规 模 化 新 能 源 接 入电 网；三 是 发 挥 储 能 有 功/无 功 快 速 响 应 能 力，提 升 电 力 系 统 调 频、调 压 能力，有 力 支 撑 电 网 安 全 稳 定 运 行。5.2 储 能 的 分 类 及 应 用5.2.1 储 能 的 分 类现 阶 段，在 诸 多 储 能 技 术 中，从 规 模、安 全 性、成 本 等 方 面 综 合 考 虑最 成 熟 的 技 术 是 抽 水 蓄 能。除 抽 水 蓄 能 外，尚 没 有 一 种 储 能 技 术 在 应 用 规模 上 占 据 绝 对 的 优 势，各 自 均 存 在 发 展 短 板，多 种 储 能 技 术 路 线 相 互 竞 争、多 元 化 发 展 的 局 面 在 短 期 内 仍 将 继 续 保 持。（1）机 械 储 能抽 水 蓄 能 是 电 力 系 统 中 应 用 最 广 泛、最 成 熟 的 大 规 模 储 能 技 术，具 有容 量 大、寿 命 长、运 行 费 用 低 的 优 点。抽 水 蓄 能 电 站 单 位 投 资 在 3 0 0 0 6 0 0 0大 唐 华 银 耒 阳 分 公 司 200MW/400MWh 储 能 电 站 项 目 可 行 性 研 究 说 明 书 送 审 稿 收 口 版42元/k W 左 右，连 续 抽 水 或 发 电 时 间 一 般 可 达 1 0 余 小 时，系 统 效 率 在 7 5%左 右。但 是 由 于 抽 水 蓄 能 对 外 部 地 理 环 境 要 求 较 高，限 制 了 其 广 泛 应 用。压 缩 空 气 储 能 具 有 容 量 大、连 续 工 作 时 间 长、寿 命 长 等 优 点，全 生 命周 期 内 的 度 电 成 本 低 于 大 部 分 电 化 学 储 能，具 有 良 好 的 经 济 性，但 大 型 压缩 空 气 储 能 系 统 一 般 需 要 利 用 盐 穴、矿 坑 等 特 殊 地 理 条 件 建 设 储 气 室。美国、德 国 均 有 百 兆 瓦 级 压 缩 空 气 储 能 电 站 投 入 商 业 运 营，国 内 常 州 金 坛6 0 M W 4 h 盐 穴 压 缩 空 气 储 能 项 目 已 并 网 成 功。飞 轮 储 能 具 有 瞬 时 功 率 大、能 量 转 换 效 率 高、寿 命 长 等 优 点，但 其 存储 能 量 较 小，持 续 放 电 时 间 仅 在 分 钟 级，同 时 存 在 自 放 电 率 高 的 问 题，停止 充 电 后 能 量 一 般 在 几 小 时 到 几 十 个 小 时 内 会 自 行 耗 尽。美 国 B e a c o n P o w e r建 设 了 2 0 M W 飞 轮 储 能 调 频 电 厂，已 实 现 商 业 化 运 营，后 续 加 拿 大 等 国 家 也推 出 了 飞 轮 储 能 调 频 项 目，国 内 飞 轮 储 能 技 术 仍 相 对 落 后。（2）电 磁 储 能超 级 电 容 器、超 导 储 能 等 电 磁 型 储 能 具 有 瞬 时 功 率 大、响 应 速 度 快、寿 命 长 等 优 点，但 其 持 续 放 电 时 间 很 短，一 般 不 超 过 数 分 钟，比 较 适 用 于功 率 型 应 用，如 应 对 瞬 时 电 压 跌 落、瞬 时 断 电 供 电 等。目 前 电 磁 储 能 成 本较 高，在 超 导 临 界 温 度、超 导 线 材、电 极 材 料 等 方 面 仍 有 待 突 破。（3）电 化 学 储 能电 化 学 储 能 具 有 设 备 机 动 性 好、响 应 速 度 快、能 量 密 度 高 和 循 环 效 率高 等 技 术 优 势，是 目 前 各 国 储 能 产 业 研 发 创 新 的 重 点 领 域 和 主 要 增 长 点。电 化 学 储 能 技 术 主 要 包 括 铅 蓄（铅 炭）电 池、锂 离 子 电 池、液 流 电 池 和 钠硫 电 池，其 中 铅 炭 电 池、锂 离 子 电 池 发 展 较 快，有 望 率 先 带 动 电 化 学 储 能商 业 化。在 前 沿 技 术 方 面，近 年 来 全 球 储 能 技 术 研 发 的 脚 步 不 断 加 快，超 临 界压 缩 空 气、可 变 速 抽 水 蓄 能 等 新 一 代 储 能 技 术 进 入 试 验 示 范 阶 段，锂 离 子大 唐 华 银 耒 阳 分 公 司 200MW/400MWh 储 能 电 站 项 目 可 行 性 研 究 说 明 书 送 审 稿 收 口 版43电 池、液 流 电 池 在 新 型 电 极 材 料、电 解 液、隔 膜 材 料 生 产 制 造 工 艺 等 方 面成 果 不 断，水 系 钠 离 子 电 池、锂 硫 电 池、液 体 金 属 电 池、金 属-空 气 电 池、铝 离 子 电 池 等 新 型 电 池 体 系 不 断 涌 现。5.2.2 储 能 电 池 技 术 路 线 选 择1）铅 炭 电 池 短 期 性 价 比 优 势 明 显铅 蓄 电 池 是 使 用 最 广 泛 的 蓄 电 池 储 能 技 术，具 有 价 格 低 廉、安 全 可 靠等 优 点，但 由 于 能 量 密 度 低、寿 命 短 和 不 可 深 度 放 电 等 因 素 限 制 了 更 大 范围 应 用。以 铅 炭 电 池 为 代 表 的 先 进 铅 蓄 电 池 技 术 改 善 了 传 统 铅 蓄 电 池 的 缺 陷，成 为 铅 蓄 电 池 技 术 发 展 的 重 要 方 向。铅 炭 电 池 相 较 传 统 铅 蓄 电 池 的 生 产 成本 仅 有 小 幅 增 加，但 充 放 电 功 率、循 环 寿 命、充 电 速 度 等 关 键 指 标 实 现 了明 显 提 升。与 锂 电 池 等 其 它 主 流 电 化 学 储 能 技 术 相 比，铅 炭 电 池 的 成 本 较低，短 期 性 价 比 优 势 明 显。但 是 铅 炭 电 池 放 电 深 度 一 般 在 6 0%左 右（锂 离 子电 池 可 达 8 0%以 上），同 时 大 功 率 放 电 能 力 也 弱 于 锂 离 子 电 池。长 期 来 看，锂 离 子 电 池 等 其 它 电 化 学 储 能 的 发 展 和 成 本 降 低 将 对 其 市 场 空 间 构 成 一 定挑 战。铅 炭 电 池 优 缺 点 对 比优点 缺点（1）安全性：优（2）电池价格：优（3）回收方案：优（4）自放电：良（5）维护量：良（1）能量密度：中（2）循环寿命：中（3）充放电倍率：中（4）充放电深度：中大 唐 华 银 耒 阳 分 公 司 200MW/400MWh 储 能 电 站 项 目 可 行 性 研 究 说 明 书 送 审 稿 收 口 版44（6）循环效率：良2）胶 体 电 池胶 体 电 池 属 于 铅 酸 蓄 电 池 的 一 种 发 展 分 类，最 简 单 的 做 法，是 在 硫 酸中 添 加 胶 凝 剂，使 硫 酸 电 液 变 为 胶 态。电 液 呈 胶 态 的 电 池 通 常 称 之 为 胶 体电 池。胶 体 电 池 的 优 点：循 环 寿 命 好、耐 过 放 电、可 以 长 期 不 充 足 电 又 进 行放 电、高 低 温 性 能 也 好。缺 点 是：胶 体 电 池 存 在 热 失 控 现 象，在 北 方 用 得 要 多 些。胶 体 电 池 相 对 普通 铅 酸 电 池 价 格 较 贵，且 维 护 较 困 难，在 温 度 较 高 时 易 产 生 热 失 控 现 象，不 易 用 在 南 方。这 也 是 胶 体 电 池 始 终 得 不 到 广 泛 应 用 的 最 根 本 原 因。此 外，胶 体 电 池 带 有 毒 性 物 质，不 利 于 环 保，综 合 考 虑 不 建 议 使 用 胶体 电 池。3）锂 离 子 电 池 具 备 产 业 化 发 展 优 势锂 离 子 电 池 应 用 范 围 广、能 量 密 度 高、充 放 电 速 率 快，近 年 来 其 规 模和 技 术 发 展 迅 速。在 全 球 已 建 兆 瓦 级 电 化 学 储 能 项 目 中，锂 离 子 电 池 项 目装 机 容 量 约 占 总 容 量 的 6 5%，国 内 的 张 北 风 光 储 示 范 电 站、深 圳 宝 清 储 能 电站、江 苏、湖 南、山 东 储 能 等 项 目，也 都 将 锂 电 储 能 作 为 重 点 技 术 路 线 发展。受 电 动 汽 车 动 力 电 池 需 求 增 长 的 拉 动，锂 电 产 业 快 速 发 展。目 前 锂 离子 电 池 储 能 的 规 模 效 应 已 逐 渐 显 现，储 能 成 本 实 现 快 速 下 降。以 电 力 储 能领 域 应 用 较 为 广 泛 的 磷 酸 铁 锂 电 池 为 例，2 0 1 3 年 磷 酸 铁 锂 电 池 成 本 在4 5 0 0-6 0 0 0 元/k W h 左 右，2 0 1 5 年 后 最 低 可 至 2 0 0 0-3 0 0 0 元/k W h，预 计 到 2 0 2 2大 唐 华 银 耒 阳 分 公 司 200MW/400MWh 储 能 电 站 项 目 可 行 性 研 究 说 明 书 送 审 稿 收 口 版45年 底 有 望 降 至 1 4 0 0 元/k W h。此 外，动 力 电 池 梯 次 利 用 有 望 进 一 步 提 高 锂 电 储 能 的 经 济 性。动 力 锂离 子 电 池 容 量 下 降 到 8 0%时 须 退 役，但 此 时 仍 具 有 利 用 价 值，可 在 电 力 储 能领 域 继 续 工 作，美 国、德 国、日 本 等 起 步 较 早 的 国 家 已 有 成 功 案 例。随 着未 来 国 内 电 动 汽 车 退 役 电 池 数 量 的 快 速 增 长，以 及 梯 次 利 用 技 术 和 产 业 链的 发 展 完 善，有 望 推 动 锂 电 储 能 成 本 进 一 步 下 降。优点 缺点（1）能量密度：优（2）循环效率：优（3）充放电倍率：优（4）自放电：优（5）循环寿命：良（1）安全性：中（2）维护量：中4）全 钒 液 流 电 池 具 有 循 环 寿 命 长 的 优 势液 流 电 池 种 类 繁 多，具 有 充 放 电 性 能 好、循 环 寿 命 长、功 率 容 量 可 调的 特 点，适 合 大 规 模 储 能 应 用。全 钒 液 流 电 池 是 目 前 应 用 最 广 泛 的 液 流 电池 技 术。全 钒 液 流 电 池 循 环 次 数 超 过 1 万 次，系 统 功 率 和 容 量 相 互 独 立，并且 容 量 可 在 线 恢 复。全 钒 液 流 电 池 技 术 的 主 要 缺 点 包 括：单 位 千 瓦 时 电 池成 本 是 铅 炭、锂 离 子 电 池 的 2-4 倍，造 成 初 始 投 资 较 高，但 考 虑 到 其 循 环 次数 是 铅 炭、锂 离 子 电 池 的 2-3 倍，单 次 循 环 的 度 电 成 本 与 铅 炭、锂 离 子 电 池相 比 也 具 有 一 定 的 竞 争 力；能 量 转 换 效 率 较 低，在 7 0%左 右；能 量 密 度 低，需 要 占 用 较 多 的 土 地 和 建 筑 资 源；全 钒 液 流 电 池 正 常 运 行 需 要 电 解 液 循 环泵 等 辅 助 设 备，运 维 相 较 其 它 电 化 学 储 能 技 术 更 为 复 杂。全 钒 液 流 电 池 优 缺 点 对 比大 唐 华 银 耒 阳 分 公 司 200MW/400MWh 储 能 电 站 项 目 可 行 性 研 究 说 明 书 送 审 稿 收 口 版46优点 缺点（1）安全性：优（2）循环寿命：优，可低成本在线恢复（3）回收方案：优（4）充放电倍率：良（1）能量密度：差，占地较大（2）电池价格：差（3）自放电：中（4）维护量：中（5）循环效率：中，70%左右5）钠 硫 电 池 技 术 受 国 外 垄 断钠 硫 电 池 可 实 现 较 高 的 储 能 容 量，电 池 运 行 稳 定，维 护 量 非 常 少，循环 寿 命 可 达 4 0 0 0 余 次，并 且 已 经 有 不 低 于 1 0 年 以 上 的 业 绩 实 证。但 钠 硫 电池 需 要 3 0 0 3 5 0 的 高 温 运 行 条 件，具 有 一 定 的 安 全 运 行 风 险。钠 硫 电 池 在 国 外 应 用 较 为 成 熟，在 全 球 范 围 内 已 建 成 2 0 0 余 座 钠 硫 电 池储 能 电 站，其 规 模 仅 次 于 锂 离 子 电 池。日 本 N G K 公 司 在 钠 硫 电 池 系 统 研 发 方面 处 于 国 际 领 先 地 位，是 全 球 唯 一 具 有 大 规 模 商 业 化 生 产 钠 硫 电 池 能 力 的企 业。国 内 钠 硫 电 池 研 制 起 步 较 晚，短 期 难 以 商 业 化 推 广。钠 硫 电 池 优 缺 点 对 比优点 缺点（1）能量密度：优（2）维护量：优（3）循环寿命：良（4）循环效率：良（5）自放电：良（6）电池价格：良（1）安全性：中，需要高温运行环境（2）充放电倍率：中综 上 所 述，从 储 能 技 术 的 经 济 性 来 看，锂 离 子 电 池 有 较 强 的 竞 争 力，钠 硫 电 池 和 钒 液 流 电 池 未 形 成 产 业 化，供 应 渠 道 受 限，成 本 昂 贵。从 运 营大 唐 华 银 耒 阳 分 公 司 200MW/400MWh 储 能 电 站 项 目 可 行 性 研 究 说 明 书 送 审 稿 收 口 版47和 维 护 成 本 来 看，钠 硫 电 池 需 要 持 续 供 热，钒 液 流 电 池 需 要 泵 进 行 流 体 控制，增 加 了 运 营 的 成 本，而 锂 电 池 维 护 量 相 对 较 小。而 同 样 对 于 锂 电 池 来 说，常 见 使 用 类 型 为 三 元 锂 电 池 和 磷 酸 铁 锂 电 池。三 元 锂 电 池 正 极 材 料 的 分 解 温 度 在 2 0 0 左 右，磷 酸 铁 锂 电 池 正 极 材 料的 分 解 温 度 在 7 0 0 左 右。实 验 室 测 试 环 境 下 短 路 磷 酸 铁 锂 电 池 单 体，基 本不 发 出 现 着 火 的 情 况，三 元 锂 电 池 则 不 然，在 使 用 三 元 锂 电 池 时 尤 其 要 对热 管 理 提 出 较 高 的 要 求，一 旦 出 现 过 温、过 充、过 流 等 异 常 情 况 基 友 可 能造 成 起 火、爆 炸 等 严 重 后 果，因 而 在 安 全 性 方 面 磷 酸 铁 锂 电 池 较 三 元 电 池而 言 有 着 较 大 优 势。磷 酸 铁 锂 电 池 的 全 名 是 磷 酸 铁 锂 锂 离 子 电 池，简 称 为 磷 酸 铁 锂 电 池。磷 酸 铁 锂 晶 体 中 的 P-O 键 稳 固，难 以 分 解，即 便 在 高 温 或 过 充 时 也 不 会 出 现结 构 崩 塌 发 热 或 是 形 成 强 氧 化 性 物 质，因 此 拥 有 良 好 的 安 全 性；磷 酸 铁 锂为 橄 榄 石 结 构，材 料 热 稳 定 性 高，不 会 形 成 尖 锐 的 结 晶，刺 穿 隔 膜，导 致内 部 短 路；采 用 高 安 全 性 的 六 氟 磷 酸 锂 电 解 质，添 加 了 阻 燃 添 加 剂 和 防 爆添 加 剂，不 会 出 现 由 于 电 解 液 而 导 致 的 安 全 故 障。磷 酸 铁 锂 具 有 严 格 的 生 产 工 艺 要 求 及 质 量 检 测 要 求。电 池 在 无 尘 车 间内 生 产，生 产 线 为 全 自 动 产 线，对 每 个 工 序 都 进 行 全 程 监 控 并 配 有 追 溯 系统。质 量 部 门 对 每 批 次 都 需 进 行 抽 样 检 测，而 针 刺 检 测 是 众 多 测 试 实 验 中最 为 直 观 验 证 磷 酸 铁 锂 电 池 安 全 可 靠 性 实 验。将 针 直 接 刺 入 电 池 壳 体，此时 电 池 发 生 内 部 短 路，而 发 生 内 部 短 路 的 情 况 下，磷 酸 铁 锂 电 池 只 是 冒 烟而 无 明 火 或 爆 炸 现 象。新 能 源 客 车 安 全 技 术 管 理 规 定 测 试 要 求 及 标 准 以 磷 酸 铁 锂 技 术 指 标 为大 唐 华 银 耒 阳 分 公 司 200MW/400MWh 储 能 电 站 项 目 可 行 性 研 究 说 明 书 送 审 稿 收 口 版48测 试 验 证 指 标，尤 其 在 热 失 控 及 热 失 控 管 理 方 面 的 实 验 要 求 也 仅 仅 只 有 磷酸 铁 锂 电 池 符 合 要 求。公 共 设 施 首 重 安 全，公 共 汽 车 等 尤 为 严 格，对 此 严格 要 求，仅 仅 只 有 磷 酸 铁 锂 电 池 满 足 其 要 求。世 博 会 期 间，人 流 量 高 达 4 5万 多 人，且 在 夏 天 高 温 情 况 下，磷 酸 铁 锂 电 池 大 巴 满 足 运 载 要 求，未 发 生一 例 因 磷 酸 铁 锂 电 池 引 起 安 全 事 故，磷 酸 铁 锂 电 池 在 如 此 恶 劣 的 高 温 环 境下 经 受 住 了 考 验，其 安 全 性 是 有 一 定 保 障 的。现 用 于 电 网 的 磷 酸 铁 锂 储 能 系 统，在 电 池 室 均 配 有 消 防 系 统、空 调 恒温 系 统 等，确 保 电 池 在 最 适 宜、最 安 全 的 环 境 中 运 行。以 上 种 种 信 息 表 明，磷 酸 铁 锂 电 池 具 有 高 安 全 性，是 储 能 应 用 技 术 最 佳 选 择。5.3 储 能 系 统 的 架 构 及 设 计 原 则5.3.1 储 能 系 统 的 架 构储 能 系 统 由 电 池 单 元、电 池 管 理 系 统、储 能 变 流 器、协 调 控 制 器 以 及相 应 的 能 量 监 控 与 测 控 保 护 单 元 集 成 而 成。电 站 储 能 系 统 采 用 了 科 学 的 内部 结 构 设 计，先 进 的 电 池 生 产 工 艺，并 配 置 较 先 进 的 电 池 管 理 系 统 以 及 能量 转 换 系 统，具 有 高 比 能 量 和 长 寿 命、安 全 可 靠、使 用 温 度 范 围 宽 等 特 性，是 风、光 电 储 能、智 能 电 网 等 行 业 理 想 的 绿 色 储 能 电 源 产 品。配 置 在 电 源 交 流 侧 的 储 能 系 统 也 可 以 称 之 为 交 流 侧 储 能 系 统。该 配 置方 案 可 在 现 有 电 站 进 行 升 级 安 装，形 成 站 内 储 能 系 统。这 种 模 式 克 服 了 直流 侧 储 能 系 统 无 法 进 行 多 余 电 力 统 一 调 度 的 问 题，便 于 集 中 管 理 调 度。由 于 本 项 目 兼 顾 储 能 与 放 电 两 种 型 式 的 运 行，交 流 侧 储 能 能 量 宜 双 向流 动，并 且 考 虑 到 本 项 目 储 能 系 统 参 与 调 峰、调 频，跟 踪 调 度 指 令 等 多 重应 用，本 项 目 储 能 系 统 推 荐 采 用 交 流 侧 储 能 型 式。大 唐 华 银 耒 阳 分 公 司 200MW/400MWh 储 能 电 站 项 目 可 行 性 研 究 说 明 书 送 审 稿 收 口 版495.3.2 储 能 系 统 设 计 原 则（1）可 靠 性系 统 可 靠 性 包 括 了 成 熟 性、容 错 性、易 恢 复 性 和 安 全 性 四 个 方 面。成熟 性 是 指 系 统 为 避 免 由 本 身 存 在 的 故 障 而 导 致 失 效 的 能 力。本 项 目 的 软 硬件 配 置 应 符 合 低 失 效 度、低 故 障 度 和 高 有 效 度 的 要 求。容 错 性 是 指 在 出 现故 障 或 违 反 规 定 接 口 的 情 况 下，系 统 维 持 规 定 性 能 级 别 的 能 力。本 项 目 的软 硬 件 配 置 应 符 合 高 防 死 度 和 高 防 错 度 的 要 求。易 恢 复 性 是 指 在 失 效 发 生的 情 况 下，系 统 重 建 规 定 的 性 能 级 别 和 恢 复 直 接 受 影 响 的 数 据 的 能 力。安全 性 是 指 电 化 学 储 能 电 站 应 具 备 模 块 级 安 全 分 断 和 簇 级 均 流 控 制 等 安 全 防护 功 能，应 具 备 电 芯 内 短 路 检 测。本 项 目 的 软 硬 件 配 置 应 符 合 高 重 用 度 和高 修 复 度 的 要 求。（2）先 进 性系 统 的 先 进 性 体 现 在 选 用 业 界 目 前 广 泛 使 用 的 产 品 和 解 决 方 案，技 术选 型 具 有 前 瞻 性，保 证 在 未 来 数 年 内 处 于 主 流 并 能 获 得 充 足 的 技 术 支 持。（3）实 用 性系 统 选 用 的 软 硬 件 方 案 要 充 分 结 合 中 国 业 务 特 点 和 电 池 储 能 电 站 系 统架 构 现 状，在 保 证 系 统 可 靠 性 和 可 用 性 的 前 提 下，最 大 程 度 的 达 到 实 用、好 用 的 目 的，实 现 界 面 友 好、操 作 直 观、功 能 贴 合 实 际、系 统 响 应 迅 速、部 署 方 便、运 行 稳 定 等 特 性，促 进 用 户 运 行 操 作 更 加 便 利，提 高 运 行 工 作效 率。（4）标 准 性系 统 配 置 必 须 符 合 标 准 性 的 原 则，软 硬 件 选 型 应 普 遍 采 用 遵 循 业 界 规范 的、由 国 内 外 主 流 组 织 或 企 业 参 与 和 支 持 的 标 准 产 品。（5）节 约 投 资系 统 的 软 硬 件 配 置 选 型 在 符 合 上 述 几 项 重 要 原 则 的 基 础 上，还 要 兼 顾大 唐 华 银 耒 阳 分 公 司 200MW/400MWh 储 能 电 站 项 目 可 行 性 研 究 说 明 书 送 审 稿 收 口 版50节 约 投 资 的 需 要，优 先 选 用 功 能 价 格 比 高 和 性 能 价 格 比 高 的 软 硬 件 产 品。以 储 能 系 统“度 电 成 本 最 优 和 安 全 第 一”的 原 则 来 选 择 产 品 及 特 性，设 计 整 体电 站 解 决 方 案。5.3.3 储 能 系 统 技 术 路 线 方 案 对 比根 据 目 前 储 能 市 场 的 主 要 应 用 技 术 路 线 同 时 结 合 湖 南 电 网 侧 储 能 的 情况 进 行 分 析，目 前 储 能 电 站 技 术 路 线 共 分 4 种 模 式，本 工 程 重 点 对 四 种 模式 进 行 技 术 经 济 分 析。5.3.3.1 直 流 1 0 0 0 V 方 案下 图 为 湖 南 电 网 二 期 项 目 中 使 用 的 直 流 1 0 0 0 V 方 案 接 线 示 意 图：该 方 案 电 池 通 过 2 并 2 4 0 串 组 成 电 池 簇，直 流 侧 电 压 范 围 为6 7 2 V 8 6 4 V，多 个 电 池 簇 并 联 后 接 入 P C S 进 行 交 直 流 变 换，该 方 案 技 术 成熟，国 内 应 用 案 例 较 多，目 前 江 苏、河 南、青 海 等 地 区 均 有 大 量 应 用，设大 唐 华 银 耒 阳 分 公 司 200MW/400MWh 储 能 电 站 项 目 可 行 性 研 究 说 明 书 送 审 稿 收 口 版51计、生 产、检 验 标 准 完 善，大 部 分 厂 家 均 能 满 足 要 求，其 缺 点 在 于 运 行 效率 已 达 瓶 颈，难 以 进 一 步 提 升；能 量 密 度 与 功 率 密 度 相 对 较 低，标 准 的 4 0尺 集 装 箱 能 装 电 池 约 2.8 M W h；并 联 数 较 多，容 易 出 现 木 桶 效 应，整 体 充 放电 深 度 易 受 影 响。5.3.3.2 直 流 1 5 0 0 V 方 案下 图 为 湖 南 电 网 储 能 二 期 项 目 中 使 用 的 直 流 1 5 0 0 V 方 案 接 线 示 意 图：直 流 1 5 0 0 V 系 统 是 目 前 储 能 行 业 讨 论 比 较 热 门 的 话 题。根 据 相 关 资 料与 报 道，在 美 国、英 国、德 国 等 海 外 市 场 投 运 的 大 型 储 能 项 目，8 0%以 上 均采 用 1 5 0 0 V 系 统。2 0 2 0 年 初，1 5 0 0 V 储 能 技 术 开 始 在 国 内 发 展；在 下 半 年的 各 大 展 会 上，各 大 逆 变 器 企 业 均 展 出 了 1 5 0 0 V 储 能 系 统 解 决 方 案，成 为大 唐 华 银 耒 阳 分 公 司 200MW/400MWh 储 能 电 站 项 目 可 行 性 研 究 说 明 书 送 审 稿 收 口 版52不 少 储 能 企 业 纷 纷 布 局 的 技 术 方 向，包 括 阳 光 电 源、晶 科、宁 德 时 代 等 大部 分 领 军 企 业 已 形 成 共 识，认 可 1 5 0 0 V 是 未 来 发 展 的 方 向。目 前 国 内 项 目 也 有 一 定 的 应 用，初 步 了 解，高 压 系 统 有 三 方 面 的 优 势：1、系 统 能 量 密 度 和 能 源 转 换 效 率 会 提 高。1 5 0 0 V 储 能 系 统 的 能 量 密 度、功 率 密 度 将 在 原 来 的 基 础 上 可 提 升 3 5%以 上（4 0 尺 集 装 箱 内 可 装 电 池 容 量约 4 M W h，但 其 舱 体 宽 度 有 2.4 米 增 加 到 3 米），系 统 成 本 降 低 约 5%，线缆 损 耗 降 低，系 统 效 率 提 高 0.3%以 上。2、占 地 和 施 工 成 本 会 降 减 少。以 1 0 0 M W h/2 0 0 M W h 的 储 能 电 站 为 例，采 用 1 5 0 0 V 系 统 和 1 0 0 0 V 系 统，约 节 省 用 地 2 5%，相 应 的 征 地、土 建 施 工费 用 均 将 相 应 降 低。3、电 池 簇 并 联 数 量 较 少，缓 解 了 多 个 电 池 簇 并 联 运 行 时 偏 流 情 况。5.3.3.3 高 压 级 联 方 案下 图 为 湖 南 电 网 侧 储 能 二 期 项 目 中 使 用 的 高 压 级 联 方 案 接 线 示 意 图：大 唐 华 银 耒 阳 分 公 司 200MW/400MWh 储 能 电 站 项 目 可 行 性 研 究 说 明 书 送 审 稿 收 口 版53高 压 级 联 方 案 由 于 没 有 变 压 器，其 效 率 相 对 其 他 方 案 要 略 高，系 统 成本 相 对 有 所 降 低；但 该 方 案 目 前 国 内 应 用 案 例 较 少（二 期 工 程 邵 阳 磨 石 变虽 有 应 用，但 并 未 正 式 投 入 使 用，应 用 效 果 未 知），系 统 的 成 熟 度 仍 需 市场 检 验，且 市 场 上 知 名 的 大 厂 家 不 多，招 标 可 供 选 择 范 围 小，其 存 在 的 问题 在 于：1）级 联 型 H 桥 储 能 系 统 直 流 侧 二 倍 频 波 动 会 加 速 电 池 老 化。级 联 型 H桥 储 能 系 统 将 电 池 组 直 接 接 在 H 桥 的 直 流 侧，每 个 H 桥 的 电 池 组 都 是 与 单相 系 统 交 换 能 量，根 据 瞬 时 功 率 守 恒 定 律，单 相 交 流 系 统 的 能 量 交 换 会 导致 H 桥 直 流 侧 产 生 1 0 0 H z 瞬 时 有 功 功 率 波 动，这 些 二 倍 频 的 瞬 时 功 率 波 动全 部 由 电 池 组 提 供，会 导 致 电 池 发 热 加 剧，寿 命 衰 减 速 度 加 快。而 传 统 的 储 能 系 统 结 构，电 池 组 并 在 直 流 侧 的 公 共 端，电 池 组 是 与 三大 唐 华 银 耒 阳 分 公 司 200MW/400MWh 储 能 电 站 项 目 可 行 性 研 究 说 明 书 送 审 稿 收 口 版54相 交 流 系 统 共 同 交 换 能 量，在 电 网 正 常 情 况 下，直 流 侧 并 不 会 产 生 功 率 波动 问 题，直 流 侧 将 处 于 恒 定 状 态。2）级 联 型 H 桥 储 能 系 统 电 气 绝 缘 隔 离 问 题。级 联 型 H 桥 储 能 系 统 采用 多 个 H 桥 串 联 并 入 高 压 系 统，每 组 电 池 直 接 与 各 级 H 桥 相 连，它 们 均 处于 高 压 侧 悬 浮 电 位 的 状 态，对 各 组 电 池 之 间 以 及 电 池 组 和 地 之 间 的 绝 缘 要求 较 高，同 时 也 对 人 身 安 全 造 成 威 胁。此 外，由 于 电 池 组 与 H 桥 连 接 的 直 流 电 缆 也 处 于 高 压 侧 的 悬 浮 电 位，如 何 在 保 证 电 气 绝 缘 的 前 提 下，合 理 设 计 和 分 配 大 量 的 低 压 直 流 电 缆 也 是工 程 设 计 中 需 要 考 虑 的 问 题，将 电 池 组 与 H 桥 就 近 配 置 虽 然 可 以 缩 短 直 流电 缆 长 度，但 对 安 全 空 间 的 要 求 较 高，且 单 个 电 池 组 出 现 安 全 问 题，可 能威 胁 整 个 级 联 型 H 桥 储 能 系 统 的 运 行 稳 定。而 传 统 的 储 能 系 统 结 构 并 不 存在 这 些 问 题。3）级 联 型 H 桥 储 能 系 统 稳 定 工 作 受 到 电 池 组 电 压 波 动 的 影 响。理 论 上，每 个 H 桥 的 直 流 侧 电 压 都 应 该 一 致，但 实 际 中 电 池 组 老 化 程 度 不 一，各 电池 组 端 电 压 变 化 范 围 较 大，级 联 型 H 桥 储 能 系 统 对 端 电 压 差 异 性 较 大 的 电池 组 的 适 应 能 力 有 限，当 H 桥 直 流 侧 端 电 压 不 一 致 性 到 达 一 定 范 围 时，会影 响 整 个 级 联 型 H 桥 储 能 系 统 的 正 常 工 作。4）级 联 型 H 桥 储 能 系 统 大 量 悬 浮 电 位 的 电 池 组 及 其 直 流 电 缆 可 能 会 带来 共 模 谐 振 问 题。由 于 级 联 型 H 桥 储 能 系 统 电 池 组 数 量 和 体 积 十 分 庞 大，不 可 避 免 地 造 成 电 池 组、直 流 电 缆 和 地 之 间 的 寄 生 电 容，形 成 共 模 谐 振 电路，并 可 能 进 一 步 导 致 谐 振 问 题，不 利 于 储 能 电 站 安 全 稳 定 运 行。5）级 联 型 H 桥 储 能 系 统 控 制 结 构 复 杂，对 荷 电 状 态 采 集 要 求 较 高。不同 H 桥 电 池 组 在 运 行 过 程 由 于 自 身 参 数、导 线 及 开 关 器 件 的 不 一 致 性 会 导致 电 池 S O C 一 致 性，出 现 木 桶 效 应。为 此，级 联 型 储 能 需 要 主 动 地 对 相 内H 桥 及 相 间 H 桥 的 电 池 组 S O C 进 行 均 衡 控 制，保 证 各 H 桥 电 池 组 S O C 尽大 唐 华 银 耒 阳 分 公 司 200MW/400MWh 储 能 电 站 项 目 可 行 性 研 究 说 明 书 送 审 稿 收 口 版55可 能 一 致，不 同 H 桥 电 池 组 的 S O C 是 一 个 重 要 的 控 制 参 数，需 要 参 与 到 控制 计 算 中，整 个 控 制 结 构