12月31日19時(shí)許，歷經(jīng)11小時(shí)緊張操作，國(guó)內(nèi)首座大型構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能電站——湖北荊門新港儲(chǔ)能電站工程成功送電、并網(wǎng)運(yùn)行。
項(xiàng)目位于荊門市沙洋縣工業(yè)園區(qū)新港大道和工業(yè)十二路交匯處，總?cè)萘?0兆瓦/100兆瓦時(shí)，其中一期投產(chǎn)12.6兆瓦/26.8兆瓦時(shí)。該項(xiàng)目由國(guó)網(wǎng)湖北電力、國(guó)網(wǎng)湖北綜合能源公司負(fù)責(zé)項(xiàng)目建設(shè)管理，國(guó)網(wǎng)荊門供電公司承擔(dān)建設(shè)任務(wù)，負(fù)責(zé)后期運(yùn)行維護(hù)。
為積極推動(dòng)沙洋地區(qū)新型電力系統(tǒng)建設(shè)，國(guó)網(wǎng)湖北電力試點(diǎn)建設(shè)荊門新港儲(chǔ)能電站。作為構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能站先行示范工程，新港儲(chǔ)能站設(shè)計(jì)有并網(wǎng)檢測(cè)裝置，具備貫量、阻尼控制、一次調(diào)頻、大擾動(dòng)特性等測(cè)試功能，配置16臺(tái)PCS升壓一體機(jī)，具備1.5倍/10S的暫態(tài)過(guò)載能力，通過(guò)部署大型儲(chǔ)能站自主運(yùn)行控制策略，可以獨(dú)立支撐電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能暫-穩(wěn)態(tài)聯(lián)合控制與自主調(diào)節(jié)，提升區(qū)域電網(wǎng)的穩(wěn)定性。
全容量投運(yùn)后的該儲(chǔ)能電站將充分發(fā)揮“能量海綿”作用，通過(guò)低谷時(shí)段充電、高峰時(shí)段放電，每天*高可提供約100兆瓦時(shí)錯(cuò)峰電量，極大緩解用電高峰期間的變電站供電壓力，也為迎峰度冬電力保供增添了一份保障。按一戶家庭3千瓦負(fù)荷計(jì)算，相當(dāng)于可以同時(shí)滿足1萬(wàn)戶家庭**的用電需求。
將電能大規(guī)模儲(chǔ)存起來(lái),進(jìn)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(lái),隨著電池儲(chǔ)能技術(shù)的高速發(fā)展，儲(chǔ)能電站的建設(shè)也在穩(wěn)步開展，如湖北、湖南、江蘇、河南等地均有電池儲(chǔ)能電站并網(wǎng)運(yùn)行。電池儲(chǔ)能作為大規(guī)模儲(chǔ)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(chǔ)能電站不僅能夠適應(yīng)負(fù)荷的快速變化，使電力系統(tǒng)的運(yùn)行更加**、穩(wěn)定，還可以優(yōu)化電源結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗和綠色環(huán)保，提高總體經(jīng)濟(jì)效益。電站的建成只是開始，如何**運(yùn)行、維護(hù)電站，實(shí)現(xiàn)電站的高效穩(wěn)定運(yùn)行是關(guān)鍵。
電池儲(chǔ)能電站是用大批蓄電池，把谷期中電網(wǎng)富余的電能儲(chǔ)存起來(lái)集中高效運(yùn)轉(zhuǎn)，在峰期再重新送回電網(wǎng)，緩解供電緊張局面的設(shè)施。
電力系統(tǒng)中配置電池儲(chǔ)能電站，不僅可以提高電網(wǎng)的調(diào)峰能力，實(shí)現(xiàn)深度調(diào)峰，而且具有占地面積 小、反應(yīng)時(shí)間快等優(yōu)點(diǎn)，提升了電網(wǎng)的負(fù)荷承載，可為電網(wǎng)**穩(wěn)定運(yùn)行提供重要的支撐。
*常見的儲(chǔ)能電站是抽水型儲(chǔ)能站，但該設(shè)施對(duì)場(chǎng)地要求較高,建設(shè)周期較長(zhǎng)，因此發(fā)展受到了一定的制約。電池儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，取得了實(shí)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(lái)會(huì)繼續(xù)下降。當(dāng)前電網(wǎng)側(cè)的儲(chǔ)能技術(shù)仍處在發(fā)展中，標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化程度低，且構(gòu)成復(fù)雜，雖然發(fā)展前景可觀，但道阻且長(zhǎng)，尤其是電池儲(chǔ)能電站的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行、維護(hù)、檢修及在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，仍需不斷完善，以確保電網(wǎng)**穩(wěn)定運(yùn)行。
儲(chǔ)能電池及管理系統(tǒng)組成
電能儲(chǔ)存的方式主要分為 4 種:電池型儲(chǔ)能、電感器型儲(chǔ)能、電容器型儲(chǔ)能和其他類型儲(chǔ)能。電池型儲(chǔ)能相較于其他類型,具有容量大、安裝便捷、**性高等優(yōu)點(diǎn)，在儲(chǔ)能系統(tǒng)中應(yīng)用較廣。
儲(chǔ)能電池主要用于調(diào)峰調(diào)頻電力輔助服務(wù)、 可再生能源并網(wǎng)、微電網(wǎng)等領(lǐng)域。絕大多數(shù)儲(chǔ)能裝置無(wú)需移動(dòng)，因此儲(chǔ)能用鋰離子電池對(duì)于能量密度并沒(méi)有太高的要求。
對(duì)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(gè)儲(chǔ)能設(shè)備的長(zhǎng)壽命和低成本以及**性，這里就需要儲(chǔ)能**監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的參與。
儲(chǔ)能電站的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括電池、BMS、PCS、空調(diào)、消防、安防、氣體監(jiān)測(cè)和其他設(shè)備等，數(shù)字技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等高新技術(shù)的發(fā)展，為儲(chǔ)能電站的監(jiān)控系統(tǒng)提供了技術(shù)支撐。借助數(shù)據(jù)信息的力量，實(shí)時(shí)監(jiān)控電站狀態(tài)，并多途徑實(shí)時(shí)通知，可幫助工作人員快速預(yù)警、排除故障，實(shí)現(xiàn)少人值守甚至無(wú)人值守。
準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)要基于靈敏的感知能力，因此BMS內(nèi)每個(gè)區(qū)域需要設(shè)置了傳感器。此外，還對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷和校驗(yàn)，一旦出現(xiàn)異常，會(huì)啟動(dòng)故障報(bào)警，以確保 BMS 的感知能力始終處于靈敏狀態(tài)。
電池儲(chǔ)能電站中**預(yù)警的氣體傳感器
電池儲(chǔ)能電站的整體運(yùn)行管理是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要不斷積累運(yùn)行數(shù)據(jù)，不僅是對(duì)核心組件的監(jiān)測(cè)管理，還包括儲(chǔ)能電站內(nèi)其他相關(guān)設(shè)備的**巡檢，如突發(fā)事故及火災(zāi)處理，高壓斷路器、電流互感器、電力電纜、開關(guān)柜等設(shè)備的**監(jiān)測(cè)及維護(hù)。
這些非核心組件的**運(yùn)行管理，對(duì)電池儲(chǔ)能電站的整體運(yùn)行同樣具有不可忽視的作用。實(shí)際工作中，傳統(tǒng)的依靠人工進(jìn)行巡檢及運(yùn)維的方式很難提高工作效率，因此智能化的線上運(yùn)維和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不斷被普及運(yùn)用。
智能監(jiān)測(cè)終端可適配多種傳感器，傳感器接收到的環(huán)境信息的電信號(hào)，通過(guò)無(wú)線或有線通訊網(wǎng)絡(luò)組合成整站監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。以其中的氣體傳感器為例，電池柜中鋰離子電池能量密度高，其電解液的溶劑通常為有機(jī)碳酸酯類化合物，具有閃點(diǎn)低、化學(xué)活性高和極易燃燒的特點(diǎn)。
由于集裝箱內(nèi)的鋰離子電池采用集成化設(shè)計(jì)，由于其化學(xué)特性，容易產(chǎn)生H2富集，當(dāng)某一組鋰電池發(fā)生熱失控后，會(huì)對(duì)周圍的電池產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱沖擊，造成熱失控蔓延，同時(shí)生成大量烷烴類可燃?xì)怏w，可能發(fā)生嚴(yán)重的火災(zāi)甚至爆炸事故。
在起火燃燒時(shí)也會(huì)產(chǎn)生CO及CO2氣體和煙霧粉塵，嚴(yán)重危害人體健康，因此可以通過(guò)監(jiān)測(cè)這些氣體種類來(lái)進(jìn)行**預(yù)警。
電化學(xué)儲(chǔ)能電站火災(zāi)早期探測(cè)和**預(yù)警
在電池火災(zāi)前期，進(jìn)行有效準(zhǔn)確地探測(cè)并預(yù)警，采取相應(yīng)的消防手段，防止火災(zāi)的進(jìn)一步蔓延。在**閥打開前，應(yīng)做好電池故障診斷工作，及早進(jìn)行預(yù)警。當(dāng)電池**閥打開時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的氣體和煙霧，如CO的體積分?jǐn)?shù)可以從2.4×10-6迅速增加至190×10-6。
此外，釋放氣體如CO2、CH4、揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）等，在**閥打開時(shí)都有明顯的增加，因此，可以通過(guò)相關(guān)的氣體傳感器，再配合煙霧傳感器、火災(zāi)探測(cè)器、溫度傳感器等，根據(jù)電站電池的熱失控特性，設(shè)定相應(yīng)的預(yù)警閾值，將多種特征參數(shù)進(jìn)行耦合，當(dāng)不同傳感器參數(shù)達(dá)到所設(shè)閾值時(shí)，發(fā)出警報(bào)，實(shí)現(xiàn)鋰離子電池火災(zāi)早期探測(cè)和預(yù)警，并根據(jù)警報(bào)采取相應(yīng)的控制措施，防止鋰離子電池火災(zāi)的進(jìn)一步擴(kuò)大。
此外，應(yīng)根據(jù)量程和靈敏度，選取適當(dāng)?shù)膫鞲衅骱吞綔y(cè)器，同時(shí)設(shè)置冗余系統(tǒng)，保證電站火災(zāi)早期探測(cè)和預(yù)警裝置的準(zhǔn)確響應(yīng)。
我們可以從動(dòng)力鋰電池?zé)崾Э貢r(shí)產(chǎn)生的大量氣體入手，鋰離子電池?zé)崾Э氐臅r(shí)候，電池內(nèi)部會(huì)有大量的一氧化碳釋放出來(lái)。一氧化碳不僅是易燃易爆的氣體，更可以與人體內(nèi)的血紅蛋白結(jié)合，使其失去與氧氣結(jié)合的能力，從而導(dǎo)致我們?nèi)毖跎踔林舷ⅰＫ晕覀兛梢酝ㄟ^(guò)檢測(cè)一氧化碳的濃度來(lái)判斷電池?zé)崾Э?。在這里深圳三達(dá)特給大家推薦一款一氧化碳傳感器GS+4CO：
畢竟是事關(guān)我們的生命**，對(duì)于精度還是有要求的，測(cè)量不準(zhǔn)的話又怎么能給出正確的警報(bào)呢？TGS5141輸出電流與一氧化碳濃度之間在0～1，000ppm范圍內(nèi)顯示了± 5％以內(nèi)偏差的較高直線性。不同濃度CO對(duì)應(yīng)的輸出電流可以參考下圖。
總之，電池儲(chǔ)能電站整體運(yùn)營(yíng)管理的智能化手段離不開傳感器的參與，數(shù)字化運(yùn)維系統(tǒng)也在不斷開發(fā)和進(jìn)步。合理的運(yùn)維管理方式不僅能規(guī)避**風(fēng)險(xiǎn)，還可以延長(zhǎng)電站的壽命，助力儲(chǔ)能電站的整體運(yùn)行管理，推動(dòng)儲(chǔ)能電站管理規(guī)范化、高效化、便捷化發(fā)展。