解读中能建刘建波:电化学储能项目设计实践与思考

2024-01-25 8 次浏览电化学储能
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碳通通 · 脱水解读

6 分钟理解报告 · 解读 2454 字 · 9 张图 · 19 个数据点

这份由刘建波主讲的《电化学储能项目设计实践与思考》课件,系统梳理了电化学储能从规范体系、前期策划、工程设计到收益测算的全流程。如果你是储能项目开发或设计人员,大概都会关心:到底该遵循哪些标准?接入系统怎么定?消防、暖通有哪些硬要求?浙江的收益模式算不算得过来账?接下来我按课件脉络,把这几件事逐一拆开讲清楚。

核心判断

  • 课件将电化学储能按电池类型分为锂离子电池、铅酸电池、钠硫电池和液流电池等。
  • 磷酸铁锂因安全性较高、性价比高,被课件列为适用于大规模储能系统的选择。
  • 课件强调了解并熟悉储能相关规范,是贯穿立项、设计、集成、调试各阶段的关键。
  • 浙江省新型储能项目实行备案制,电源侧与电网侧项目须先纳入规划或年度建设计划。
  • 课件总结电化学储能发展地域集中,盈利模式短期困难、长期向好趋势未变。

脱水解读

课件性质与整体脉络

这是一份由浙江省电力设计院有限公司刘建波主讲的课件,主题是电化学储能项目设计实践与思考,共32页。课件从目录看分为五块:电化学储能项目概述、规范梳理、典型架构、工程设计要点分析,以及电化学储能项目的思考。它不是一份政策文件,也不是研究报告,而是一线设计单位把项目执行中的实战经验做了系统归纳,适合储能项目开发、设计和咨询人员作为工作参考。

储能电池怎么分类

课件先按电池类型把电化学储能铺开:铅酸电池、铅炭电池、锂离子电池、钠硫电池和液流电池。其中锂离子电池又细分为钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂(即三元锂电池)、镍钴铝酸锂、钛酸锂和磷酸铁锂,课件还分别标注了它们各自的典型应用场景——从手机、电动工具到电动车、工业动力总成。

磷酸铁锂被课件描述为安全性较高、性价比高,适用于大规模储能系统,这基本勾勒出了当前储能电站主流电池选型的方向。液流电池则列出铁铬液流、全钒液流和锌溴液流三种。按服务对象,储能又分为电源侧、电网侧和用户侧,电源侧还包括新能源侧和火电厂。

项目执行各阶段的问题清单

课件把电化学储能项目执行中的问题分成四个阶段来提。立项阶段问的是“想投资储能?如何确定规模?”;设计阶段要理清收取哪些资料、办理什么手续、准备哪些报告;系统集成阶段要回答设备执行什么标准、集成路线如何选择;调试阶段则关注调试范围、并网检测和涉网试验。这些问题不是泛泛而谈,而是设计单位在项目中反复遇到的真实卡点。

了解并熟悉电化学储能项目相关的规范至关重要!

这句话是课件在这一页给出的结论,也顺理成章地引出了后面大篇幅的规范梳理内容。

储能规范体系的分类梳理

课件用六页篇幅把储能相关标准按环节归类,覆盖面相当完整。前期策划阶段列了《电力系统配置电化学储能电站规划导则》(GB/T XXXX,正在征求意见)。接入电网要求方面,既有现行的DL/T 2313-2021《参与辅助调频的电厂侧储能系统并网管理规范》、GB/T 36547-2018《电化学储能系统接入电网技术规定》,也有正在征求意见的接入电网运行控制规范、用户侧接入配电网技术规定,还有杭州储能行业协会的T/HZESA001—2021《浙江电化学储能电站并网技术规范》。

设计阶段的标准密度最高。课件列出的重要规范包括GB 51048-2014《电化学储能电站设计规范》,这是住建部发布的现行标准;DL/T 5810-2020《电化学储能电站接入电网设计规范》;以及2023年8月6日即将实施的一批DL/T 5860-2023可研报告内容深度规定、DL/T 5861-2023初步设计内容深度规定、DL/T 5862-2023施工图设计内容深度规定。安全与环境方面,GB/T 42288-2022《电化学储能电站安全规程》和GB/T 42318-2023《电化学储能电站环境影响评价导则》也列为即将实施。

设备、运维标准与前期策划收资

储能设备相关标准覆盖了电池、变流器、监控系统等关键设备。课件列出的现行标准包括GB/T 36558-2018《电力系统电化学储能系统通用技术条件》、GB/T 36276-2018《电力储能用锂离子电池》、GB/T 36280-2018《电力储能用铅炭电池》、GB/T 34120-2017《电化学储能系统储能变流器技术规范》等,黑启动技术导则还处于征求意见阶段。运行维护方面,DL/T 2246系列从第1部分到第9部分,把并网运行调试、并网运行、验收、继电保护、安全稳定控制、调度信息通信、惯量支撑与阻尼控制、仿真建模、仿真计算模型与参数实测逐一规范,配套还有DL/T 2579-2022并网试验规程和DL/T 2581-2022调试导则。

前期策划阶段,课件列出了一份基础数据收集清单,包括站址用地性质及规模、地质初勘或测量资料、地上地下布置图、水文气象、电网结构及年负荷量、拟接入电压等级与变电站位置、送出线路长度和廊道条件、当地电网公司政策、水源情况以及雨污水市政管网情况。这些收资项的完整程度,直接决定了后续可研和设计的推进效率。

浙江备案制与分级管理

浙江省新型储能项目管理暂行办法明确了三级管理架构:省发改委(能源局)负责全省规划、指导和监督管理,制定发布省级发展规划;设区市发展改革委负责本地区项目纳规建议报送、年度建设计划编制报送及建设监督管理;各县(市、区)发展改革局负责本地项目备案、建设管理等工作。

项目备案按规模分级推进。电源侧、电网侧新型储能项目须先纳入《新型储能发展规划》或全省年度建设计划,再执行备案流程。纳入规划且额定功率50MW以下的项目,由属地县(市、区)发展改革局备案;50MW至200MW的项目,需经有市级主管部门参与的专项论证后由属地县级备案;200MW及以上项目,专项论证须有省级主管部门参与;动力电池梯次利用项目同样需省级主管部门参与专项论证。

工程设计五大要点

工程设计要点部分,课件用五张图分别讲接入系统、全厂总平面、储能系统、消防安全和暖通设计,另加收益测算。接入系统按规模分级:额定功率大于100MW的大型储能电站一般接入220kV及以上电网,30MW至100MW的中型电站一般接入110kV,30MW及以下的小型电站一般接入35kV及以下。课件举例,100MW出线1回、导线截面300mm²,200MW导线截面400mm²;100MW/200MWh储能电站主变容量一般为120MVA;储能系统功率因数应能在0.9超前至0.9滞后范围内连续可调。

全厂总平面遵循按最终规模、远近结合、以近为主的原则,站区标高大型储能电站按1%洪水水位或历史最高内涝水位设计,中小型按2%洪水水位或历史最高内涝水位。受江、河、湖、海风浪影响时,按2%风浪高加0.5m。布置形式有全户外、全户内、半户内三种。储能系统方面,电池须通过GB/T 36276和NB/T 42091-2016认证,额定电压宜选38.4V至166.4V系列;BMS应具备数据采集、估算、控制、保护、故障诊断等功能;PCS保护功能涵盖短路、极性反接、直流过欠压、过电流、过温、交流进线相序错误、通讯故障、冷却系统故障和防孤岛保护。电池预制舱长边和短边间距均不宜低于3m,距站内道路不小于1m,堆叠不宜超过两层。消防方面,电池舱应设置自动灭火系统,最小保护单元宜为电池模块,灭火介质应具备良好绝缘性能和降温性能,消防给水须满足GB 51048要求。暖通则对比了空气冷却、液体冷却、热管冷却和相变冷却的散热效率、速度、温差、寿命和成本差异。

收益模式与行业思考

收益测算是课件最贴近算账的板块。以浙江省“十四五”新型储能示范项目为例,调整后共计1915.7MW(含储热),其中电网侧20个项目1071MW、占比55.92%,用户侧20个项目722.17MW、占比37.71%,电源侧4个项目122MW、占比6.37%。电源侧收益包括火储调频奖励、参与电力辅助服务市场获取调频收益、减少考核分摊费用;用户侧靠峰谷套利和示范补贴。

电网侧的收益来源更复杂。示范补贴方面,浙江省对过渡期调峰项目(年利用小时数不低于600小时)给予容量补偿,补贴按200元、180元、170元/千瓦年三年退坡。现货套利方面,电力现货市场运行前电网侧示范项目可委托电网企业代理购电,充电按一般工商业及其他用电价格执行,上网电量按燃煤发电基准价执行。调峰价格上限1000元/兆瓦时,填谷调峰上限320元/兆瓦时;一次调频价格上限120元/兆瓦时,二次调频上限60元/兆瓦时;旋转备用按《交易规则》上限15元/兆瓦时、按《试运行方案》上限50元/兆瓦时。共享租赁浙江无政策、山东为300元/kW年,容量电价浙江无政策、山东按火电1/6补偿约600万元/年。课件最后给出六点思考:储能发展非常必要但地域集中,西部北部以电源侧电网侧为主、东部南部以电网侧用户侧为主,政策与配套市场仍在建立中,盈利短期困难长期向好,行业规范正在完善,集成技术百花齐放、安全防护路径仍待统一。

图说解读

课件五部分内容框架

课件目录把这堂课分成五块,依次是概述、规范梳理、电化学储能项目典型架构、工程设计要点分析、电化学储能项目的思考。这不是并列罗列,而是从认识对象到约束条件、再到技术方案和落地设计、最后回到行业判断的完整推进。对读者来说,这条线本身就可以当作一份储能项目工作的自查路径。

概述:分类与问题
规范梳理
典型架构
工程设计要点
项目思考
课件内容推进路径
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储能电池与服务对象分类

课件从两个维度给电化学储能分类。按电池类型分出锂离子电池、铅酸电池、铅炭电池、钠硫电池和液流电池,其中锂离子电池又细分到钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂、钛酸锂和磷酸铁锂六种,各自标了典型用途。磷酸铁锂被明确标注为安全性较高、性价比高,适用于大规模储能系统。按服务对象则分为电源侧、电网侧和用户侧,电源侧再分新能源侧和火电厂。

电化学储能锂离子电池含磷酸铁锂、三元、钛酸锂等铅酸/铅炭电池课件单列钠硫电池课件单列液流电池铁铬、全钒、锌溴电源侧新能源侧、火电厂电网侧服务对象之一用户侧服务对象之一
电化学储能→锂离子电池
电化学储能→铅酸/铅炭电池
电化学储能→钠硫电池
电化学储能→液流电池
电化学储能→电源侧
电化学储能→电网侧
电化学储能→用户侧
储能电池类型与服务对象
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项目执行四阶段问题

课件把项目执行中的问题按立项、设计、系统集成、调试四个阶段排开。立项阶段的核心问题是投资储能如何确定规模;设计阶段要回答收取哪些资料、办理什么手续、准备哪些报告;系统集成要明确设备执行什么标准、集成路线如何选择;调试阶段则落在调试范围、并网检测和涉网试验。这四个阶段的问题清单,实际上是设计单位在项目中反复碰到的卡点。

立项:如何确定规模
设计:收资与手续
集成:标准与路线
调试:检测与涉网试验
项目各阶段待解问题
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储能规范梳理的六个维度

课件用六页篇幅把储能相关标准分门别类,覆盖前期策划、接入电网要求、设计阶段、储能设备、运行维护以及安全环评等环节。设计阶段的标准密度最高,既有GB 51048-2014《电化学储能电站设计规范》这样的现行标准,也有2023年8月6日即将实施的DL/T 5860-2023、DL/T 5861-2023、DL/T 5862-2023三项内容深度规定。运行维护方面,DL/T 2246系列从第1部分一直排到第9部分,把并网运行调试、验收、继电保护、安全稳定控制、调度信息通信、惯量支撑、仿真建模等逐一规范。

前期策划
规划导则正在征求意见
接入电网
并网管理与技术规定
设计阶段
可研、初设、施工图
储能设备
电池、变流器、监控
运行维护
并网运行与检修调试
安全环评
安全规程与环评导则
规范梳理的六类标准
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浙江储能项目备案分级

电源侧、电网侧新型储能项目要先纳入《新型储能发展规划》或全省年度建设计划,才能走备案流程。备案按规模分级:纳入规划且额定功率50MW以下的项目,直接由属地县(市、区)发展改革局备案;50MW至200MW的项目,须经有市级主管部门参与的专项论证后再备案;200MW及以上的项目,专项论证须有省级主管部门参与。动力电池梯次利用项目同样要省级主管部门参与论证。

纳入规划或年度建设计划
50MW以下:属地县级备案
50~200MW:市级参与专项论证
200MW及以上:省级参与专项论证
动力电池梯次利用项目同样省级论证
浙江省新型储能备案层级
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储能电站接入电压等级

课件按额定功率把储能电站分成三档,接入电压等级也随之拉开。大型储能电站(额定功率大于100MW)一般接入220kV及以上电网;中型储能电站(30MW至100MW)一般接入110kV电网;小型储能电站(额定功率30MW及以下)一般接入35kV及以下电网。这个分级直接决定了接入系统设计的复杂程度和送出线路的规模。课件还举例说明,100MW出线1回、导线截面300mm²,200MW导线截面400mm²;100MW/200MWh储能电站主变容量一般为120MVA。

大型>100MW
220kV及以上
中型30~100MW
110kV
小型≤30MW
35kV及以下
不同规模储能电站的接入电压等级
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四类热管理技术对比

课件对四种热管理技术做了对照。空气冷却是储能中应用最广泛的方式,结构简单、轻便、寿命长、可靠性高、成本低,但空气热容小、单位体积能带走的热量少、内部均温性不佳,还存在流动死区和出口温度高的问题。液体冷却以液体作导热介质,分非接触式和接触式,散热效率和速度好,能显著提升电池组温度场一致性,但结构复杂、成本较高。热管冷却类似空调制冷机理,依靠冷却介质相变实现换热,成本较高。相变冷却利用特定温度下相变吸收或释放能量的材料,结构紧凑、接触热阻低、冷却效果好,但无法持续吸收热量会导致失效。

空气冷却:结构简单、成本低
热容小、均温性不佳
液体冷却:散热效率与速度好
结构复杂、成本较高
热管冷却:靠冷却介质相变换热
成本较高、性价比低
相变冷却:结构紧凑、冷却效果好
无法持续吸热导致失效
热管理技术特点对照
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浙江示范项目三类构成

以浙江省“十四五”新型储能示范项目调整结果为例,共计1915.7MW(含储热),三类项目分布差异明显。电网侧20个项目合计1071MW,占55.92%;用户侧20个项目合计722.17MW,占37.71%;电源侧4个项目合计122MW,占6.37%。电网侧和用户侧项目数量相同,但电网侧单体规模明显更大,这与电网侧承担调峰调频功能、需要一定规模支撑有关。

电网侧
1071MW
用户侧
722.17MW
电源侧
122MW
浙江省十四五新型储能示范项目构成
碳通通

电网侧收益来源与价格上限

电网侧储能的收益来源在课件里被逐项拆开。示范补贴方面,浙江省对过渡期调峰项目(年利用小时数不低于600小时)给予容量补偿,补贴标准按200元、180元、170元/千瓦年退坡,补贴期暂定3年。辅助服务方面,削峰调峰价格上限1000元/兆瓦时,填谷调峰上限320元/兆瓦时,一次调频上限120元/兆瓦时,二次调频上限60元/兆瓦时。旋转备用在《交易规则》中上限15元/兆瓦时,在《试运行方案》中为50元/兆瓦时。共享租赁和容量电价浙江暂无政策,山东分别为300元/kW年和火电1/6、约600万元/年的水平。

收益来源
价格或标准
备注
削峰调峰
上限1000元/兆瓦时
下限0元/兆瓦时
填谷调峰
上限320元/兆瓦时
下限0元/兆瓦时
一次调频
上限120元/兆瓦时
交易规则规定
二次调频
上限60元/兆瓦时
试运行方案无此费用
旋转备用
交易规则上限15元/兆瓦时
试运行方案上限50元/兆瓦时
容量电价
山东按火电1/6约600万元/年
浙江无相关政策
电网侧收益来源与价格上限
碳通通

数据解读

指标数值单位出处
项目总数容量(含储热)1915.7MW第28页
电网侧项目数量20个第28页
电网侧项目容量1071MW第28页
电网侧容量占比55.92%第28页
用户侧项目数量20个第28页
用户侧项目容量722.17MW第28页
用户侧容量占比37.71%第28页
电源侧项目数量4个第28页
电源侧项目容量122MW第28页
电源侧容量占比6.37%第28页
浙江省“十四五”新型储能示范项目构成(调整后)

这组数据来自课件的收益测算部分,展示的是浙江省“十四五”新型储能示范项目经调整后的构成。全部项目合计1915.7MW(含储热),其中电网侧以20个项目、1071MW占据55.92%的容量份额,用户侧同样是20个项目但容量为722.17MW、占37.71%,电源侧仅4个项目、122MW、占6.37%。 电网侧和用户侧项目数量相同,但电网侧单体规模明显更大,这与电网侧储能承担调峰调频、需要一定规模支撑有关。对项目开发人员来说,这个分布也说明浙江省储能示范项目的重心在电网侧和用户侧两端。

指标数值单位出处
过渡期调峰容量补偿(第1年)200元/千瓦年第29页
过渡期调峰容量补偿(第2年)180元/千瓦年第29页
过渡期调峰容量补偿(第3年)170元/千瓦年第29页
削峰调峰价格上限1000元/兆瓦时第29页
填谷调峰价格上限320元/兆瓦时第29页
一次调频价格上限120元/兆瓦时第29页
二次调频价格上限60元/兆瓦时第29页
山东共享租赁参考300元/kW年第29页
山东容量电价水平(100MW/200MWh)600万元/年第29页
电网侧储能主要收益来源与价格上限

这组数据把电网侧储能的收益来源做了量化整理,可以当成一张算账底表来看。示范补贴方面,浙江省对过渡期调峰项目(年利用小时数不低于600小时)给予容量补偿,补贴标准逐年退坡,从200元/千瓦年降到180元再降到170元,补贴期暂定3年。辅助服务方面,削峰调峰价格上限1000元/兆瓦时、填谷调峰上限320元/兆瓦时、一次调频上限120元/兆瓦时、二次调频上限60元/兆瓦时。 共享租赁和容量电价这两块,浙江省暂无相关政策,课件给出的参考是山东省:共享租赁300元/kW年,容量补偿按火电的1/6执行,对一座100MW/200MWh的独立储能电站约600万元/年。这两项收益的缺位,是影响浙江电网侧储能项目收益测算的关键变量。

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