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不久前，我國首個移動式大容量全場景電池儲能站——南方電網(wǎng)河北保定電池儲能站正式投入商業(yè)運行。該電池儲能站位于保定國家高新技術產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)，功率6兆瓦（MW），容量超過7.2兆瓦時（MWh），轉換效率達到98%。電站的投運標志著我國高壓級聯(lián)關鍵技術研究取得成功，有效解決了電池儲能站應用場景固定限制的難題。

此前，我國電池儲能站主要采用低壓380伏（V）儲能系統(tǒng)，經(jīng)變壓器升壓至10千伏（kV）后并入電網(wǎng)儲能發(fā)電。不同于傳統(tǒng)儲能站，南方電網(wǎng)河北保定電池儲能站應用了高壓級聯(lián)鏈式儲能變流器拓撲，將電池組通過模塊級聯(lián)方式直接接入10kV高壓交流系統(tǒng)。該儲能站采取集裝箱設計，各電池加裝運輸?shù)鬃蔀槲覈谝蛔鶡o須配套變壓器的移動式電池儲能站，可隨時靈活“動”起來。

【資料圖】

實現(xiàn)我國電化學儲能領域的三個首次

“十四五”時期是我國新型儲能發(fā)展的重要戰(zhàn)略機遇期。《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》明確提出，到2025年，新型儲能由商業(yè)化初期步入規(guī)模化發(fā)展階段，具備大規(guī)模商業(yè)化應用條件；到2030年，新型儲能全面市場化發(fā)展。

新型儲能是指除抽水蓄能以外的新型儲能技術，是構建新型電力系統(tǒng)的重要技術和基礎裝備，是實現(xiàn)碳達峰碳中和目標的重要支撐。

“未來我國大規(guī)模的新能源并網(wǎng)消納需要大電網(wǎng)的支撐，尤其是隨著新型電力系統(tǒng)建設不斷推進，儲能電站應用場景不斷豐富，同時提出了儲能系統(tǒng)可移動性能的新要求。在此背景下，我們開展了移動式大容量全場景電池儲能站的研發(fā)。”南網(wǎng)儲能公司儲能科研院院長、高壓級聯(lián)項目負責人陳滿介紹。該儲能站的特點是大容量、可移動，不僅實現(xiàn)了儲能高效率的目標，還豐富了移動式大容量儲能電站作為“有源式”并網(wǎng)測試平臺等應用場景。

“這好比原來開的是小汽車，受限于馬力，每次只能拉10噸貨。現(xiàn)在這個大容量全場景電池儲能站是大卡車，直接拉50噸貨甚至更多。”對于大容量，陳滿打了一個形象的比喻。

據(jù)介紹，南方電網(wǎng)河北保定電池儲能站的示范建設，實現(xiàn)了我國電化學儲能領域的三個首次：首次運用了“H橋”的級聯(lián)結構，可在大幅減少儲能系統(tǒng)數(shù)量的情況下，實現(xiàn)同等儲能效率；首次研究應用電池簇間熱阻隔技術，對電池柜作耐壓絕緣和防火隔熱處理，在電池陣列之間加裝隔熱板，大幅延長火災等極端情況下的救援緩沖時間至60分鐘；首次攻克了移動式大容量電池儲能站黑啟動關鍵技術，可為局部電網(wǎng)提供靈活、快速、可靠的黑啟動電源服務。

大容量和可移動兩種性能完美結合

如何突破大容量和可移動兩種條件的相互制約，是研發(fā)團隊遇到的最為棘手的問題。

“一方面，移動式電站在空間上的特點限制了硬件結構，如何在有限的空間內(nèi)將電池、變流器、控制柜等設備高效地排列，同時保證電氣絕緣可靠和熱管理安全性，這是一個難題。另一方面，則是大容量、大功率儲能系統(tǒng)設備繁多、結構復雜對移動性能的限制，如何在運輸全過程中對集裝箱及其內(nèi)部設備狀態(tài)進行監(jiān)測、保障其可靠性，也是必須解決的難題。”南網(wǎng)儲能公司儲能科研院高壓級聯(lián)項目技術專家李勇琦介紹。

為此，團隊對移動式大容量高壓級聯(lián)電池儲能系統(tǒng)的絕緣結構進行解剖，創(chuàng)新性地將“H橋”級聯(lián)結構應用于移動式電站，可在大幅減少儲能系統(tǒng)數(shù)量的情況下，實現(xiàn)同等儲能效率，從而首次將儲能電站大容量和可移動兩種性能完美結合。

隨著電化學儲能蓬勃發(fā)展，電池熱失控的問題被暴露在聚光燈下，儲能系統(tǒng)安全性能是電化學儲能發(fā)展的底線。

“我們不僅對‘事前’措施進行了創(chuàng)新和高效的設計，還首次采用了不燃耐火材料，對集裝箱式儲能電站做了簇間熱阻隔設計，延長了‘事后’救援緩沖時間，實現(xiàn)了在有限的空間內(nèi)采用最高效的安全措施。”李勇琦表示，這可在最大程度避免出現(xiàn)火燒連環(huán)船的情景。他們首次應用了電池簇間熱阻隔技術，相當于在船與船之間加上阻燃板。一旦其中一艘船著火了，在一定時間內(nèi)，仍可讓火勢不蔓延到旁邊船只，為延長電池熱失控救援時間提供了新的思路。

大面積停電后的系統(tǒng)自恢復被通俗地稱為黑啟動。針對儲能電站的黑啟動要求儲能系統(tǒng)具有離網(wǎng)運行模式，且需具備零起升壓、二次調(diào)頻調(diào)壓、頻率范圍控制等能力，對儲能變流器提出較高要求。為此，團隊逐一攻克了移動式大容量電池儲能站黑啟動的各關鍵技術難題。這是黑啟動在移動式儲能電站的首次應用，未來可為局部電網(wǎng)提供靈活、快速、可靠的黑啟動電源服務。

可應用于各類電化學儲能場景

“這樣一座控制技術成熟、安全性能穩(wěn)定的移動式大容量電池儲能站，可應用于各類電化學儲能場景。”陳滿說。

在電源側，該電站可平滑新能源出力波動，提供備用容量；在電網(wǎng)側，該電站可改善輸配電網(wǎng)絡功率分布，滿足設備檢修和線路融冰等特殊時期的臨時供電需求；在用戶側，該電站能夠有效調(diào)節(jié)季節(jié)性區(qū)域內(nèi)負荷，作為電網(wǎng)突發(fā)事故、春運等時段性事件的應急電源。此外，該電站還可以作為儲能產(chǎn)品并網(wǎng)的性能測試平臺，為不同儲能產(chǎn)品性能對比提供大容量電源。

新能源“看天吃飯”的先天屬性使其帶有間歇性、波動性的特征，而電網(wǎng)又要保持電源和負荷的實時平衡。“該儲能站所用到的高壓級聯(lián)關鍵技術，使電站具有單機容量大的優(yōu)勢，能為新型電力系統(tǒng)提供更好的調(diào)節(jié)服務，使得整個電網(wǎng)更加安全穩(wěn)定。”陳滿表示。

值得一提的是，自2020年起，南方電網(wǎng)公司在企業(yè)內(nèi)部大力推動科技項目“揭榜掛帥制”落地實施，面向國家重大科研需求、行業(yè)科技前沿等領域發(fā)動科研人員技術攻關。該儲能站的“高壓級聯(lián)儲能系統(tǒng)規(guī)模化應用關鍵技術研究”是首批科技項目“揭榜掛帥制”試點項目之一，由南網(wǎng)儲能公司“掛帥”攻關，與北京四方公司、上海交通大學等單位合作研究，推動產(chǎn)學研用一體融合實踐。目前，項目已發(fā)表論文9篇、完成各類專利受理授權30余項，下一步項目將實現(xiàn)更大容量的高壓級聯(lián)，推廣升級前景廣闊。

當前，我國新型儲能技術正加快發(fā)展，新型鋰離子電池、液流電池、飛輪、壓縮空氣、氫（氨）儲能、熱（冷）儲能等材料領域技術的相繼涌現(xiàn)，帶動產(chǎn)業(yè)熱度的持續(xù)升溫。預計到2025年末，新型儲能在電力系統(tǒng)中的裝機規(guī)模將達到3000萬千瓦以上，年均增長50%以上。高壓級聯(lián)作為儲能領域集成應用技術的創(chuàng)新突破，將持續(xù)助推儲能產(chǎn)業(yè)模式的優(yōu)化完善，為服務構建新型電力系統(tǒng)發(fā)揮積極示范作用。