3月28日,國家電投黃河公司負責建設運營的國家光伏、儲能實證實驗平臺(大慶基地)2023年數據成果發布。數據顯示,儲能系統損耗大、SOC一致性差等問題凸顯,結合運行數據,報告給光儲電站設計運行策略提出相關建議:開展光儲電站集中控制技術研究,提高光儲電站對電網的主動支撐能力。
據悉,國家光伏、儲能實證實驗平臺(大慶基地)總投資約60億元,規劃布置實證實驗方案約640種,目前已完成一期、二期建設。平臺于2021年11月啟動運行,2022年1月正式開展實證實驗工作。此前,平臺已連續發布四次季度實證實驗數據和一次完整年度數據成果,受到行業的高度關注。
此次最新的2023年度數據,共包含13種實證實驗方案,光伏折算規模28.11MW,儲能容量14.382MW/33.545MWh。其中儲能產品實證實驗區涵蓋6個企業7種不同儲能技術類型,包括電化學儲能、電磁儲能、機械儲能三大類技術,以及磷酸鐵鋰、三元鋰、鈦酸鋰、全釩液流、超級電容、混合電容、飛輪儲能等七種儲能類型,磷酸鐵鋰包含(500kW/500kWh,1C)和(1000kW/1680kWh,0.5C)兩種方案。設計總容量12.4MW/16.6MWh。
主要開展不同廠家、不同儲能技術產品在高寒、高緯度實際工況條件下的實證運行,測試其戶外性能是否達到技術指標保證值,評估運行是否滿足實際應用場景需求。
在實證實驗平臺光伏電站中首次采用飛輪、鈦酸鋰、超級電容和混合電容作為功率型儲能使用。磷酸鐵鋰、三元鋰和全釩液流作為能量型儲能使用,實現能量搬移、平抑波動等功能。
不同技術、不同廠家儲能電池從2023年8月正式投運以來,經一年半運行,其充放電容量和充放電效率出現不同程度下降。
其中全釩液流電池共循環370.77次(標稱循環次數15000次),容量從650kWh下降到633kWh,衰減2.69%,充放電效率從77.03%下降到76.12%,降低0.91%。
三元鋰電池共循環182.89次(標稱循環次數4500次),容量從684kWh下降到 669kWh,衰減1.94%,充放電效率從96.87%下降到96.67%,降低了0.2%。
1C和0.5C兩種磷酸鐵鋰容量分別從693kWh、2242kWh下降到682kWh、2202kWh,衰減分別為1.62%和1.59%,充放電效率均為94.56%,基本未下降。
在儲能效率方面,不同技術、不同廠家儲能電池經一年半運行,儲能電池充放電效率均呈現不同程度下降。1C的磷酸鐵鋰儲能系統下降0.01%,0.5C磷酸鐵鋰儲能系統下降0.08%;全釩液流電池儲能系統下降0.91%;三元鋰電池儲能系統下降0.2%。
在儲能損耗方面,各類儲能系統損耗較大,對系統效率影響產生不利影響。其中0.5C的磷酸鐵鋰儲能系統損耗最大,全年損耗為5萬kWh,占儲能系統總充電量10%左右。溫度控制調節設備是主要損耗來源,占系統總損耗70%-85%左右。其中,磷酸鐵鋰儲能電池空調損耗最大,全年接近4萬kWh。
儲能系統效率受溫度影響較大,環境溫度在5-20℃時儲能系統效率最高,達到82.66%;在-10℃以下或20℃以上儲能電池系統空調損耗增大,系統效率分別為77.73%、72.52%,下降了5%-10%,環境溫度較高時對儲能系統損耗影響更大。
實測顯示,儲能電池簇SOC一致性較差,磷酸鐵儲能電池簇出現過同時刻SOC分別為100%、95%、100%、58%的情況,不同簇之間最大差異達42%。造成單個電池簇SOC充電至100%或放電至5%(充放電限制條件),其他儲能電池簇即便未達到100%或5%也停止充放電,導致部分儲能電池族簇無法滿充滿放。
此外,報告也公布了在2023年內儲能電池發生過的故障情況。
全釩液流電池:年內發生3次電池堆殼體緊固件及管道流量計接口處漏液現象,1次DCDC故障、1次PCS直流斷路器電操模塊故障。
飛輪儲能:年內發生震動烈度報警停機1次、下軸承高溫度報警停機1次、冷水機泄壓孔漏導致過溫警告停機2次;在冬季溫度較低時,真空泵密封油濃度增大,導致飛輪停機后無法啟動。
混合電容:曾出現電池各電芯壓差大現象,最小電壓達到0.335V、低于最低保護電壓2.20V,導致儲能系統頻繁停機,電站及廠家嘗試修改電芯壓差定值、SOC動均衡、加裝電池簇SOC自動均衡模塊,但均未能解決問題,最終無法啟機。目前設備仍處于停運狀態,最終無法啟機現象。
基于以上數據,報告給出了光儲電站設計及運行策略改善方案。
當前設計方案下,光儲系統實際年利用小時超過3000小時,系統頻率穩定。儲能的加入提升了利用小時數,具備了日內調節能力,增加光伏發電靈活性,改善了電能質量。
建議:1)開展光儲電站設備配置研究,合理提高光伏容配比,配置容量及性能與之匹配的儲能電池;2)開展光功率預測與光儲電站運行方式關鍵技術研究,不斷提高光儲電站電能質量,提升多云等天氣下的儲能充放次數,進一步增強系統可調可控能力;3)隨著構網型技術應用,開展光儲電站集中控制技術研究,提高光儲電站對電網的主動支撐能力。