儲(chǔ)能是智能電網(wǎng)、可再生能源系統(tǒng)、能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分和關(guān)鍵技術(shù)。隨著大規(guī)模儲(chǔ)能市場(chǎng)應(yīng)用的爆發(fā)，1MW的儲(chǔ)能系統(tǒng)必定是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用單元，其對(duì)多微網(wǎng)的并網(wǎng)及離網(wǎng)應(yīng)用具有重要研究意義。

MW級(jí)儲(chǔ)能集裝箱系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

微網(wǎng)項(xiàng)目的應(yīng)用類型及特點(diǎn)

1微網(wǎng)的概念

微網(wǎng)是相對(duì)傳統(tǒng)大電網(wǎng)的一個(gè)概念，是指多個(gè)分布式電源及其相關(guān)負(fù)載按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成的網(wǎng)絡(luò)，是實(shí)現(xiàn)主動(dòng)式配電網(wǎng)的一種有效方式，使傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)過渡。

微網(wǎng)涉及電力系統(tǒng)發(fā)電、儲(chǔ)能、配電、用電、調(diào)度、通信六大領(lǐng)域，它可以工作在并網(wǎng)和孤網(wǎng)兩種模式下，具有高度的可靠性和穩(wěn)定性。

2微網(wǎng)的應(yīng)用

微網(wǎng)的應(yīng)用市場(chǎng)主要分為以下四個(gè)方面：

1、家庭微網(wǎng)：這種市場(chǎng)應(yīng)用目前在國(guó)內(nèi)還比較局限，光儲(chǔ)充一體化的微網(wǎng)居多。

2、工業(yè)園微網(wǎng)：這一塊的應(yīng)用比較廣泛。

3、海島微網(wǎng)：在海島上發(fā)展光伏和風(fēng)力發(fā)電，解決海島用電穩(wěn)定性和安全性。

4、偏遠(yuǎn)/無電地區(qū)微網(wǎng)：建設(shè)微型多能源互補(bǔ)電網(wǎng)，解決偏遠(yuǎn)地區(qū)無電供應(yīng)的問題。

微電網(wǎng)可以并網(wǎng)運(yùn)行，也可孤島運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)偏向于即插即用，提高供電靈活性與可靠性；儲(chǔ)能微網(wǎng)還可以作為備用電源，運(yùn)用其黑啟動(dòng)功能；另外還可以通過本地的能量管理系統(tǒng)，參與主網(wǎng)的調(diào)節(jié)。

3微網(wǎng)的類型

1.交流微網(wǎng)

交流微網(wǎng)主要是分布式能源通過AC母線的耦合技術(shù)，將風(fēng)力發(fā)電、柴油發(fā)電、光伏以及儲(chǔ)能接入到系統(tǒng)中，最終整個(gè)系統(tǒng)通過智能配電柜連接到大電網(wǎng)，組成一個(gè)簡(jiǎn)單的交流微網(wǎng)。這種交流微網(wǎng)的應(yīng)用在目前微網(wǎng)儲(chǔ)能的應(yīng)用或項(xiàng)目中是非常典型的，而且技術(shù)方面相對(duì)也比較成熟，應(yīng)用非常靈活。在所有儲(chǔ)能微網(wǎng)技術(shù)這一塊，設(shè)備供應(yīng)商或者系統(tǒng)集成商要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成相對(duì)比較容易。

交流微網(wǎng)這個(gè)類型比較適合于海島微網(wǎng)。因?yàn)樵诤u比較寬闊的地帶，可以通過光伏做能量的補(bǔ)充，加上儲(chǔ)能系統(tǒng)，當(dāng)負(fù)載消耗不完的時(shí)候，余電可以先進(jìn)行儲(chǔ)能，到晚上再給負(fù)載供電。當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)在陰雨天光伏也無法發(fā)電的時(shí)候，可以考慮加入一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)，將其作為備用電源來使用。

交流微網(wǎng)的特點(diǎn)：

1、交流微網(wǎng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)可支持并網(wǎng)運(yùn)行，也可脫離電網(wǎng)運(yùn)行。

2、整個(gè)系統(tǒng)接入功率范圍大，設(shè)計(jì)比較靈活，可接入光伏能源、風(fēng)力發(fā)電、超級(jí)電容及其他類型的儲(chǔ)能電池系統(tǒng)。

3、支持梯次電池的應(yīng)用，電池接入多分支，減少電池組并聯(lián)。

4、整個(gè)交流系統(tǒng)微網(wǎng)可以做成實(shí)現(xiàn)光伏、儲(chǔ)能、電池一體化的集裝箱設(shè)計(jì)方案。在容量比較小的場(chǎng)合，儲(chǔ)能電池占的面積比較大，如果系統(tǒng)裝置放在某個(gè)特定區(qū)域沒有空間的時(shí)候，可以加個(gè)集裝箱放在戶外，整體打包。

交流微網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)：

1、微網(wǎng)能量管理策略，通過管理微網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)，是微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行。要組成微網(wǎng)，少不了后臺(tái)做能量管理調(diào)度和策略管控。

2、并離網(wǎng)無縫切換技術(shù)，保證微網(wǎng)內(nèi)重要負(fù)荷的供電可靠性，對(duì)大電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行具有重要作用。

3、VSG功能，增加系統(tǒng)慣性，維持系統(tǒng)的電壓和頻率的穩(wěn)定。

2.直流微網(wǎng)

直流微網(wǎng)主要應(yīng)用于電動(dòng)汽車充電站、工商業(yè)園區(qū)及一些應(yīng)急供電的場(chǎng)合。

系統(tǒng)組成主要考慮兩點(diǎn)：

1、發(fā)揮光伏的最大作用。因?yàn)槲⒕W(wǎng)中光伏和儲(chǔ)能板塊是不可缺少的，而且儲(chǔ)能是整個(gè)微網(wǎng)設(shè)備的核心組成部分。光伏發(fā)電一般是直流電，將光伏發(fā)的直流電通過中間裝置并入到直流母線，將電池通過中間的直流變換器接入到系統(tǒng)，這樣光伏發(fā)電就不需要逆變之后再整流回來給電池充電，整個(gè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化效率就會(huì)非常高。

2、目前電動(dòng)汽車的充電技術(shù)主要采用交流充電樁或者直流充電樁，這類充電樁的能量來源于交流電，搭建一個(gè)直流微網(wǎng)將能量流動(dòng)通過直流充電DC的變換，直接給電動(dòng)汽車充電，最大化提高系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化效率和利用效率。整個(gè)系統(tǒng)通過儲(chǔ)能變流器跟電網(wǎng)連接，起到互補(bǔ)的作用，當(dāng)光伏能量不足或者負(fù)載供電、直流源等類似的負(fù)載需要供電時(shí)，就可以通過電網(wǎng)取電；當(dāng)光伏發(fā)的電消耗不完時(shí)可以余電上網(wǎng)。

直流微網(wǎng)的特點(diǎn)：

1、直流微網(wǎng)采用直流母線的耦合技術(shù)，減少交直流變換損耗。

2、充分利用光伏發(fā)電，做到微網(wǎng)系統(tǒng)的功率平衡。

3、最大化減少電網(wǎng)側(cè)的配電容量，因?yàn)楹芏嘭?fù)載要供電時(shí)從電網(wǎng)取電，電網(wǎng)側(cè)的變壓器配置容量會(huì)非常大，如果直流負(fù)載很多，就可以采用直流微網(wǎng)這種方案來解決。

4、作為簡(jiǎn)單的應(yīng)急電源，這種應(yīng)急電源做不到像常規(guī)的UPS那種無縫供電切換，但是切換延遲可以控制在15毫秒以內(nèi)。

直流微網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)：

1、能量管理系統(tǒng)，通過一套軟件進(jìn)行系統(tǒng)能量的策略把控和調(diào)度。

2、直流變換器阻抗匹配技術(shù)，該阻抗匹配電路能夠減小濾波電路和輸出負(fù)載變化時(shí)對(duì)該變換器諧振電路諧振頻率的影響，使工作時(shí)該變換器諧振電路的諧振頻率僅在一個(gè)寬度較小的頻率區(qū)段內(nèi)變化，以此保障該變換器的高轉(zhuǎn)換效率和簡(jiǎn)化該變換器的控制電路。

3、分段母線的分布式協(xié)同控制技術(shù)，確保協(xié)同的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的適應(yīng)性。

3.交直流混合微網(wǎng)

交直流混合微網(wǎng)集合了前面兩種微網(wǎng)類型的所有特點(diǎn)，功能非常強(qiáng)大，整個(gè)系統(tǒng)的組合對(duì)設(shè)備及技術(shù)的要求非常高。在儲(chǔ)能、PCS等環(huán)節(jié)，如果處理不好整個(gè)系統(tǒng)分布式能源接入的協(xié)調(diào)和控制，系統(tǒng)將處于癱瘓狀態(tài)。交直流混合微網(wǎng)可以廣泛應(yīng)用于海島、無電地區(qū)及工商業(yè)園區(qū)等場(chǎng)景。

1MWh集裝箱儲(chǔ)能技術(shù)方案及應(yīng)用

1儲(chǔ)能集裝箱的解決方案

1.微網(wǎng)儲(chǔ)能解決方案

集成電池、BMS、變流器、智能切換柜、EMS等核心部件全部放在一個(gè)集裝箱里面，40英尺的集裝箱就可以做到。這種一體式的解決方案可以應(yīng)用在儲(chǔ)能電站的調(diào)峰、調(diào)頻，或者梯次電池的利用，應(yīng)急供電的場(chǎng)合及一些削峰填谷的商業(yè)應(yīng)用等方面。

2.電站儲(chǔ)能解決方案

儲(chǔ)能電站整個(gè)系統(tǒng)的搭建規(guī)模比較大，個(gè)人建議將PCS和電池部分分開，單獨(dú)放置在一個(gè)集裝箱里面，這樣在維護(hù)及電池的通風(fēng)散熱方面會(huì)比較合理。

3.機(jī)柜式儲(chǔ)能解決方案


這種一體化的儲(chǔ)能解決方案適用于小型的商業(yè)儲(chǔ)能應(yīng)用，將PCS和電池模組全部放置在一個(gè)機(jī)柜里面，整個(gè)系統(tǒng)的占用空間就比較小。

21MWh儲(chǔ)能集裝箱的設(shè)計(jì)

1MWh儲(chǔ)能集裝箱的設(shè)計(jì)主要分為兩部分：

1、電池倉(cāng)：電池倉(cāng)主要包括1MWh的電池、電池架、BMS控制柜、七氟丙烷滅火柜、散熱空調(diào)、煙感照明、監(jiān)控?cái)z像頭等。電池需要配備相對(duì)應(yīng)的BMS管理系統(tǒng)。電池的類型可以是鐵鋰電池、鋰電池、鉛炭電池及鉛酸電池。鉛酸電池的能量密度偏低，而且體積較大，標(biāo)準(zhǔn)的40英尺的集裝箱可能沒辦法放下，目前主流的標(biāo)配設(shè)計(jì)是1MWh的磷酸鐵鋰電池。散熱空調(diào)根據(jù)倉(cāng)里的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。監(jiān)控?cái)z像頭可以遠(yuǎn)端監(jiān)控倉(cāng)里設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。最終可以組成一個(gè)遠(yuǎn)程的客戶端，通過客戶端或者app對(duì)倉(cāng)里設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、電池狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理。

2、設(shè)備倉(cāng)：設(shè)備倉(cāng)主要包括PCS和EMS控制柜。PCS可控制充電和放電過程，進(jìn)行交直流的變換，在無電網(wǎng)情況下可以直接為交流負(fù)荷供電。EMS在儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用里面，功能和作用都比較重要。在配電網(wǎng)方面，EMS主要通過跟智能電表的通訊，采集電網(wǎng)實(shí)時(shí)功率的狀態(tài)，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)負(fù)載功率的變化。控制自動(dòng)發(fā)電，對(duì)電力系統(tǒng)狀態(tài)的安全性進(jìn)行評(píng)估。1MWh的系統(tǒng)里面，PCS和電池的比例可以是1:1或者1:4（儲(chǔ)能PCS250kWh，電池1MWh）。

1MW集裝箱式變流器散熱設(shè)計(jì)采用前進(jìn)分后出風(fēng)的設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)適用于將所有PCS全部放置在同一個(gè)集裝箱的儲(chǔ)能電站。

將集裝箱內(nèi)部配電系統(tǒng)的走線、維護(hù)通道及散熱設(shè)計(jì)整體一體化優(yōu)化設(shè)計(jì)，便于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，減少事后維護(hù)的成本。

3標(biāo)準(zhǔn)MW儲(chǔ)能方案的組成

標(biāo)準(zhǔn)MW儲(chǔ)能方案將電池、BMS、PCS和EMS做集成處理，系統(tǒng)多以PCS為核心的基礎(chǔ)設(shè)備，通過集成電池、BMS、EMS，提供定制化、一站式儲(chǔ)能解決方案。

儲(chǔ)能微網(wǎng)成為能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施

1儲(chǔ)能微網(wǎng)在能源互聯(lián)網(wǎng)中的作用

儲(chǔ)能和互聯(lián)網(wǎng)存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。儲(chǔ)能中的能量對(duì)應(yīng)的就是互聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)；電池就是所說的儲(chǔ)能，對(duì)應(yīng)的就是互聯(lián)網(wǎng)中的緩存；儲(chǔ)能變流器雙向變換設(shè)備對(duì)應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)中路由器的作用；儲(chǔ)能中的微電網(wǎng)就相當(dāng)于局域網(wǎng)；所有數(shù)據(jù)和設(shè)備加在一起組成了能源互聯(lián)網(wǎng)，相當(dāng)于互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)造。

2儲(chǔ)能的應(yīng)用

1、發(fā)電側(cè)：解決棄風(fēng)棄光，平抑波動(dòng)。目前局部地區(qū)的棄風(fēng)率達(dá)到10%-15%，棄光率達(dá)到15%-20%。在發(fā)電側(cè)配套儲(chǔ)能，可以平穩(wěn)發(fā)電，對(duì)電網(wǎng)的沖擊也會(huì)減少很多。

2、電網(wǎng)側(cè)：參與電網(wǎng)的調(diào)頻，提升穩(wěn)定性。目前調(diào)頻市場(chǎng)有些地方采用火電來調(diào)頻，但是火電調(diào)頻響應(yīng)的時(shí)間和周期比較長(zhǎng)。儲(chǔ)能輸出功率的變化非常快，一般在10秒內(nèi)就可以響應(yīng)，儲(chǔ)能調(diào)頻相比之下比較有優(yōu)勢(shì)。

3、用戶側(cè)：能量存儲(chǔ)，削峰填谷，賺取峰谷電價(jià)差。

 

3儲(chǔ)能微網(wǎng)發(fā)展中面臨的困難與挑戰(zhàn)

目前整個(gè)儲(chǔ)能市場(chǎng)處于不溫不火的狀態(tài)，主要有兩方面的原因。

一是政策與成本方面。國(guó)家對(duì)電動(dòng)汽車的政策補(bǔ)貼是非常大的，所以對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)或者電池做補(bǔ)貼之后，整個(gè)系統(tǒng)的造價(jià)就會(huì)降低，初始投資減少，系統(tǒng)的收益就會(huì)增加。

二是技術(shù)層面。首先在主動(dòng)配電網(wǎng)的發(fā)展方面還存在制約因素和技術(shù)難度；在能源管理技術(shù)探索方面還有待摸索；微網(wǎng)和大電網(wǎng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)有待提高；在儲(chǔ)能變流器的電網(wǎng)適應(yīng)性及對(duì)電網(wǎng)的支撐技術(shù)方面，對(duì)儲(chǔ)能PCS廠家有技術(shù)要求和門檻。

個(gè)人認(rèn)為政策與成本這塊是目前的主要問題。

4儲(chǔ)能微網(wǎng)發(fā)展的機(jī)會(huì)與機(jī)遇

1、光伏、風(fēng)電高滲透率對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的挑戰(zhàn)。研究發(fā)現(xiàn)光伏發(fā)電最高滲透率一般不超過25%-50%，否則電網(wǎng)可能會(huì)出現(xiàn)電壓升高、有云層變化引起的電壓波動(dòng)、有低電壓和頻率波動(dòng)引起的大范圍脫網(wǎng)等問題。

2、電改激活了用戶側(cè)儲(chǔ)能市場(chǎng)。隨著儲(chǔ)能成本進(jìn)一步下降，峰谷電價(jià)制度完善、尖峰電價(jià)制定、需求側(cè)管理等補(bǔ)償機(jī)制建立、電力市場(chǎng)用戶側(cè)多種增值服務(wù)開展等電改政策紅利的顯現(xiàn)，用戶側(cè)的儲(chǔ)能市場(chǎng)將成為儲(chǔ)能在我國(guó)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的主要領(lǐng)域之一。

3、隨著電動(dòng)汽車市場(chǎng)的急劇爆發(fā)，有效地進(jìn)行動(dòng)力電池的回收和實(shí)現(xiàn)電池的梯次利用成為了新能源汽車發(fā)展的重要課題之一，并已被提上了日程，未來汽車電池的市場(chǎng)非常大。

4、光儲(chǔ)充微網(wǎng)系統(tǒng)具有投資價(jià)值。它是一種綜合利用綠色能源的能源管理和配置方案，具有很高的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。

多分支儲(chǔ)能技術(shù)在梯次電池利用中的優(yōu)勢(shì)

1梯次利用的關(guān)鍵技術(shù)

對(duì)于電動(dòng)汽車退役的動(dòng)力電池梯次利用，一般需要經(jīng)過以下過程：

退役電池的回收

電池PACK拆解成為單體電芯、

電池篩選及性能分類

電池重新成組為梯次利用電池模組或PACK

電池均衡維護(hù)

檢測(cè)

動(dòng)力電池退役時(shí)，是整個(gè)pack從車上拆解下來的。不同的車型有不同的電池pack設(shè)計(jì)，其內(nèi)外部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，模組連接方式，工藝技術(shù)各不相同，意味著不可能用一套拆解流水線適合所有的電池pack和內(nèi)部模組。那么，在電池拆解方面，就需要進(jìn)行柔性化的配置，將拆解流水線進(jìn)行分段細(xì)化，針對(duì)不同的電池pack，在制定拆解操作流程時(shí)，要盡可能復(fù)用現(xiàn)有流水線的工段和工序，以提高作業(yè)效率，降低重復(fù)投資。

梯次利用，最合理的應(yīng)該是拆解到模組級(jí)，而不是電芯級(jí)，因?yàn)殡娦局g的連接通常都是激光焊接或其他剛性連接工藝，要做到無損拆解，難度極大，考慮成本和收益，得不償失。

2梯次利用的關(guān)鍵技術(shù)

1、PCS采用模塊化多分支解決方案，可以更好的減少電池組的并聯(lián)數(shù)。每路電池之間充電、放電互不影響。

多分支技術(shù)解決的痛點(diǎn)：

1、消除由于不同的電池組并聯(lián)之間產(chǎn)生的環(huán)流問題。

2、減少電池梯次利用后復(fù)雜的篩選環(huán)節(jié)，降低梯次電池重新使用的成本，以提高梯次電池的回收效率和利用價(jià)值。

3、可以接入不同電池廠家的電池，提高系統(tǒng)靈活性。

2、BMS采用主動(dòng)均衡技術(shù)方案，可以最大化的對(duì)電池進(jìn)行均衡的保護(hù)。

3技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1、儲(chǔ)能PCS模塊化設(shè)計(jì)穩(wěn)定度高，單模故障不影響其他模塊工作，模塊生產(chǎn)方便，快速高效。

2、在用戶價(jià)值方面，系統(tǒng)可帶電進(jìn)行模塊增減更換維護(hù)，10分鐘內(nèi)可完成單個(gè)模塊更換；模塊化冗余并聯(lián)避免了資源浪費(fèi)；支持多種能源接入，方便靈活。

3、采用高效的三電平拓?fù)浼夹g(shù)，增加零電平變換，IGBT耐壓為兩電平一半，開關(guān)損耗小；三電平具有更高開關(guān)頻率，輸出濾波電感減小；三電平多一層階梯電壓，輸出電流波形更接近正弦波，諧波含量小，功率因數(shù)0.99。功率因素方面，從-1到1是可以隨意調(diào)節(jié)的。

4、獨(dú)立散熱設(shè)計(jì)，模塊采用分層結(jié)構(gòu)，將主控中心和主要發(fā)熱器件隔離；采用獨(dú)立風(fēng)道，確保風(fēng)腔有足夠的風(fēng)壓，相比于混合風(fēng)道，熱設(shè)計(jì)更優(yōu)。

光儲(chǔ)充一體化技術(shù)應(yīng)用探討

光儲(chǔ)充典型的應(yīng)用模式是交流微網(wǎng)模式，其主要架構(gòu)包括交流母線、光伏、充電樁、儲(chǔ)能和電池等，系統(tǒng)可以并網(wǎng)運(yùn)行，也可以離網(wǎng)運(yùn)行。系統(tǒng)還可以配備并離網(wǎng)切換設(shè)備做無縫切換的設(shè)計(jì)。

光儲(chǔ)充的應(yīng)用未來會(huì)發(fā)展成多能互補(bǔ)的狀態(tài)，后期不僅有光伏、儲(chǔ)能，還有熱負(fù)荷、熱泵、分布式能源等接入到這個(gè)系統(tǒng)，逐漸演變成為一個(gè)龐大的微網(wǎng)系統(tǒng)。