舒 戀,舒富根,付理祥,劉舟雯

(1.國網(wǎng)江西省電力有限公司南昌供電分公司,江西 南昌 330000; 2.豫章師范學院,江西 南昌 330000)

將電能大規(guī)模儲存起來,進行靈活穩(wěn)定調(diào)用,一直是電力系統(tǒng)努力的方向。近年來,隨著電池儲能技術的高速發(fā)展,儲能電站的建設也在穩(wěn)步開展,如湖南、江蘇、河南等地均有電池儲能電站并網(wǎng)運行。電池儲能作為大規(guī)模儲能系統(tǒng)的重要形式之一,具有調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相和事故備用等用途。與常規(guī)電源相比,大規(guī)模儲能電站不僅能夠適應負荷的快速變化,使電力系統(tǒng)的運行更加安全、穩(wěn)定,還可以優(yōu)化電源結(jié)構(gòu),實現(xiàn)節(jié)能降耗和綠色環(huán)保,提高總體經(jīng)濟效益。電站的建成只是開始,如何安全運行、維護電站,實現(xiàn)電站的高效穩(wěn)定運行是關鍵。基于此,《磷酸鐵鋰電池儲能電站消防技術與工程應用》編委會編寫的《磷酸鐵鋰電池儲能電站消防技術與工程應用》一書,聚焦于電池儲能電站的運行與維護系統(tǒng)的管理技術方案。該書共分8章,主要內(nèi)容包括:電化學儲能發(fā)展概述、鋰離子儲能電池、電池管理系統(tǒng)、電池預制艙、儲能電站防火設計、消防系統(tǒng)施工與驗收、運維檢修與應急處置以及工程應用實踐案例。

1 電池儲能電站介紹

電池儲能電站是用大批蓄電池,把谷期中電網(wǎng)富余的電能儲存起來集中高效運轉(zhuǎn),在峰期再重新送回電網(wǎng),緩解供電緊張局面的設施。電力系統(tǒng)中配置電池儲能電站,不僅可以提高電網(wǎng)的調(diào)峰能力,實現(xiàn)深度調(diào)峰,而且具有占地面積小、反應時間快等優(yōu)點,提升了電網(wǎng)的負荷承載,可為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行提供重要的支撐。

最常見的儲能電站是抽水型儲能站,但該設施對場地要求較高,建設周期較長,因此發(fā)展受到了一定的制約。電池儲能技術經(jīng)過多年的發(fā)展,取得了實質(zhì)性的突破,尤其在成本方面。據(jù)行業(yè)分析,鋰離子電池成本未來會繼續(xù)下降。當前電網(wǎng)側(cè)的儲能技術仍處在發(fā)展中,標準化、規(guī)范化程度低,且構(gòu)成復雜,雖然發(fā)展前景可觀,但道阻且長,尤其是電池儲能電站的現(xiàn)場運行、維護、檢修及在線監(jiān)測技術,仍需不斷完善,以確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

2 儲能電池及管理系統(tǒng)

電能儲存的方式主要分為4種:電池型儲能、電感器型儲能、電容器型儲能和其他類型儲能。電池型儲能相較于其他類型,具有容量大、安裝便捷、安全性高等優(yōu)點,在儲能系統(tǒng)中應用較廣。儲能電池主要用于調(diào)峰調(diào)頻電力輔助服務、可再生能源并網(wǎng)、微電網(wǎng)等領域。絕大多數(shù)儲能裝置無需移動,因此儲能用鋰離子電池對于能量密度并沒有太高的要求。對于電池材料,要注意膨脹率、能量密度、電池材料性能均勻性等,以追求整個儲能設備的長壽命和低成本。

完整的電化學儲能系統(tǒng)主要包含儲能單元和監(jiān)控與調(diào)度管理單元。儲能單元包含儲能電池組(BA)、電池管理系統(tǒng)(BMS)和儲能變流器(PCS)等;監(jiān)控與調(diào)度管理單元由中央控制系統(tǒng)(MGCC)、能量管理系統(tǒng)(EMS)等構(gòu)成。電池組是儲能系統(tǒng)最主要的構(gòu)成部分;BMS負責電池的監(jiān)測、評估、保護以及均衡等;EMS負責數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡監(jiān)控和能量調(diào)度等;PCS負責對儲能電池組的充放電過程進行控制及交直流的轉(zhuǎn)換;監(jiān)控系統(tǒng)幫助工作人員通過指標分析統(tǒng)計,自動運算分析結(jié)果,包括趨勢分析、電池預警分析等。

電池組是通過多只電芯串聯(lián)或并聯(lián)組成的,多個電池組再通過串聯(lián)組成電池簇,每簇電池組均配備一套BMS,以實現(xiàn)對電池組高效使用的目的,同時通過合理調(diào)配,處于最佳運行狀態(tài)。BMS安裝于儲能電池組內(nèi),主要對內(nèi)部的各項指標進行管理監(jiān)測,包括電池組的模塊電壓、電池容量、溫度等。對這些性能指標數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測,可以及時了解、評估運行狀態(tài),實現(xiàn)對電池的充放電管理,使電池處于最佳狀態(tài),最大限度延長使用壽命。儲能電站的監(jiān)測系統(tǒng)包括電池、BMS、PCS、空調(diào)、消防、安防、氣體監(jiān)測和其他設備等,每個設備遙信、遙測的數(shù)據(jù)各有不同,接入工作挑戰(zhàn)較大。很多電站在郊外,只能依靠3G/4G信號,對信息傳輸和時效性有很大的挑戰(zhàn)。當前,數(shù)字技術、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等高新技術的發(fā)展,為儲能電站的監(jiān)控系統(tǒng)提供了技術支撐。借助數(shù)據(jù)信息的力量,實時監(jiān)控電站狀態(tài),并多途徑實時通知,可幫助工作人員快速預警、排除故障,實現(xiàn)少人值守甚至無人值守。

綜上所述,BMS與變流器和儲能電站調(diào)度系統(tǒng)有信息交互關系,BMS給PCS發(fā)送重要的狀態(tài)和監(jiān)測信息,確定電力交互情況。BMS只有通過前期的準確監(jiān)測和評估,才能實現(xiàn)高效管理及系統(tǒng)的高性能、長壽命和安全運行。準確監(jiān)測和評估是實現(xiàn)電池系統(tǒng)高效管理的前提。準確監(jiān)測要基于靈敏的感知能力,因此BMS內(nèi)每個區(qū)域都設置了傳感器,此外,還對監(jiān)測結(jié)果進行實時診斷和校驗,一旦出現(xiàn)異常,會啟動故障報警,以確保BMS的感知能力始終處于靈敏狀態(tài)。

3 電池預制艙及其防火設計

磷酸鐵鋰鋰離子電池預制艙當前在國內(nèi)外應用十分廣泛,具有安裝便捷、可靈活移動、占地面積小、建設周期短的優(yōu)點。預制艙式磷酸鐵鋰鋰離子電池儲能電站以電池預制艙和磷酸鐵鋰鋰離子電池作為基本儲能單元的電化學儲能電站,主要由磷酸鐵鋰鋰離子電池模塊、艙體、支架和空調(diào)、通風、消防等輔助設施組成,一般采用集裝箱作為外圍護結(jié)構(gòu),在工廠內(nèi)預制成一體,并進行現(xiàn)場安裝。近年來,儲能電站的消防安全引起了全社會的關注,保障儲能電站的消防安全成為儲能行業(yè)發(fā)展中亟待解決的課題。電池預制艙最大的防火隱患是艙內(nèi)電池模塊的過充,因此電池預制艙進行防火設計時,要全方位、多角度并在大量的試驗基礎上進行。電池模塊要包括管理和保護裝置等部件;電池殼體應采用阻燃材料,且電池模塊的外殼設計應匹配固定自動滅火系統(tǒng)的相關技術指標;電池模塊成組前要確保電壓、電流等重要參數(shù)的一致性;電池簇結(jié)構(gòu)設計時應考慮在觸電、短路或緊急情況下迅速斷開回路,進行事故隔離等。

對于電池預制艙火災防控來講,早期預警可以最大限度降低危害后果,因此,磷酸鐵鋰鋰離子電池預制艙火災探測報警聯(lián)動實行三級分級機制,即火災預警、感煙火災探測器預警和火災報警。對于預制艙式磷酸鐵鋰鋰離子電池儲能電站的防火設計,則要重點關注儲能電站中構(gòu)筑物的耐火極限及電池預制艙之間的防火間距。

當前,隨著儲能電站規(guī)模的不斷擴大,為提高電站運營的經(jīng)濟性,同時考慮土地資源節(jié)約問題,預制艙的成組布置應運而生。由于電池預制艙屬于帶電設備,火災發(fā)生后儲能電池在艙內(nèi)燃燒,現(xiàn)階段消防救援采取的策略為“先斷電后滅火”,因此電池預制艙在成組布置時,不僅要考慮最大限度避免預制艙之間的火災蔓延,還要保留足夠的消防救援空間。

4 電池儲能電站的管理及開關柜的在線監(jiān)測

電池儲能電站的整體運行管理是一個系統(tǒng)工程,需要不斷積累運行數(shù)據(jù),不僅是對核心組件的監(jiān)測管理,還包括儲能電站內(nèi)其他相關設備的安全巡檢,如突發(fā)事故及火災處理,高壓斷路器、電流互感器、電力電纜、開關柜等設備的安全監(jiān)測及維護。這些非核心組件的安全運行管理,對電池儲能電站的整體運行同樣具有不可忽視的作用。實際工作中,傳統(tǒng)的依靠人工進行巡檢及運維的方式很難提高工作效率,因此,智能化的線上運維和實時監(jiān)測系統(tǒng)不斷被普及運用。

開關柜,又稱成套配電裝置,主要用于在電力系統(tǒng)中接受和分配電能。開關柜在運行過程中出現(xiàn)故障,會直接影響電站的正常運行。開關柜故障中較常見的是局部放電,會導致電氣設備的某些絕緣體被破壞,從而導致開關柜發(fā)生異常。實時監(jiān)測開關柜在運行過程中的局部放電情況,可發(fā)現(xiàn)開關柜內(nèi)部潛在的絕緣缺陷。開關柜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)采用模塊化處理,便于安裝和拆卸,整個系統(tǒng)由監(jiān)測前端、智能監(jiān)測終端、便攜式診斷中心等部分組成。智能監(jiān)測終端可適配多種傳感器,傳感器接收到的局部放電脈沖信號直接以最短的距離進入檢波模塊,完成對數(shù)檢波后,進入采集卡就地數(shù)字化,通過無線或有線通訊網(wǎng)絡組合成整站監(jiān)測網(wǎng)絡,構(gòu)成分布式監(jiān)測系統(tǒng)。

總之,電池儲能電站整體運營管理的智能化手段還有待提高,數(shù)字化運維系統(tǒng)也在不斷開發(fā)和進步。合理的運維管理方式不僅能規(guī)避安全風險,還可以延長電站的壽命,助力儲能電站的整體運行管理,推動儲能電站管理規(guī)范化、高效化、便捷化發(fā)展。

5 結(jié)語

《磷酸鐵鋰電池儲能電站消防技術與工程應用》一書在大量試驗的基礎上,提出了磷酸鐵鋰鋰離子電池儲能電站防火和滅火技術方案,并進行了工程應用。該書適合磷酸鐵鋰鋰離子電池儲能電站規(guī)劃設計、施工驗收、運行檢修、應急救援領域的工程技術人員和儲能電站消防上下游企業(yè)、科研單位研發(fā)人員,以及高等院校從事電化學儲能與應用的師生閱讀。

書名:磷酸鐵鋰電池儲能電站消防技術與工程應用

作者:《磷酸鐵鋰電池儲能電站消防技術與工程應用》編委會編

ISBN:9787519851026

出版社:中國電力出版社

出版時間:2020-12-11

定價:￥45.00元