中國儲能網訊：按照國家能源局最新發(fā)布的規(guī)劃，2015年中國光伏行業(yè)新增容量為17.8吉瓦，中國將超越德國成為世界年度光伏裝機第一大國，同時也是總裝機量最多的。但是這么多光電有多少能接入電網?
專家們說可再生能源電入網比例過大會影響電網頻率的穩(wěn)定，那么今年7月25日，創(chuàng)下可再生能源電比例78%的德國電網是怎么穩(wěn)定運行的?今天就來看看德國電網的定海神針——儲能領跑者Younicos和他的電池管理系統(tǒng)。
Younicos初印象：它家有美美的拉桿箱式儲能電池
好多人會問Younicos是一家什么樣的公司?先來看看他的自我介紹：
Younicos是一家全球領先的基于電池技術的智慧儲能和電網解決方案提供者。在全球20多個儲能項目中裝機量超過100兆瓦。Younicos的核心競爭力是能夠高效整合電網中的各個元素，通過高度智能軟件系統(tǒng)整合多種電池技術和電力電子技術，以實現(xiàn)對電網和微網能效管理需求的自動響應。
簡單粗暴的概括一下，Younicos是做電池管理系統(tǒng)的。雖然很多人還不熟悉這家企業(yè)，但是人家在業(yè)內可是大名鼎鼎，并且一直在探索電池儲能的新領域。2013年以來，先后主導建設了歐洲第一家商業(yè)儲能項目和德國第一個用于調頻的儲能電池項目。
德國華人新能源協(xié)會主席廖宇在2014年底無所不能的EnergyTalk中提到，德國的儲能公司Younicos做的不只是電池，并將其列為“能源互聯(lián)網”的潛在入口之一。
Younicos的儲能電池也有很多種，比如下面這些：
Yill可移動儲能電池
可以像拉桿箱一樣拖著走的移動儲能電池。額定輸出功率為300W，每分鐘最大輸出功率是450W，電池容量為700Wh?？梢酝ㄟ^太陽能和其他可再生能源存儲電力，也可以外接電源充電。日常電器和數(shù)碼設備的電量供給一本滿足。
電腦主機式辦公用可移動儲能電池
但是比起上面的，他們更擅長這個——電池管理系統(tǒng)。
Younicos的儲能電池使可再生能源的滲透率不再受旋轉備用的限制。每100MW的電池容量能夠取代一個煤電廠的旋轉備用。2GW的電池容量能夠為整個德國提供1個小時的調頻容量，取代25個火電廠。成熟電池儲能以及參與調頻的技術，可以使得可再生能源的接入比例沖鋒到60%-70%。
Younicos這么牛!怎么做到的?
這份自信來自8年電池管理系統(tǒng)的研發(fā)積淀和20多個儲能項目積累下的運維經驗。
重視科研和項目管理經驗的儲能企業(yè)有很多，但并不是每家儲能企業(yè)都能做到花費1500萬英鎊和6年時間建造一個屬于自己的電池矩陣和并網技術測試系統(tǒng)，只是為了研究如何更好的優(yōu)化兆瓦級電池的使用壽命。而這一點Younicos做到了。
在Younicos的實驗室里有NGK生產的1兆瓦和6兆瓦的鈉硫電池，也有三星SDI生產的200千瓦的鋰電池，還包含多個逆變器，所有的元素都在younicos的系統(tǒng)管理下被接入到中壓電網中，再加上變壓器、開關和一個兆瓦級的柴油發(fā)電機就可以在實驗室里模仿間歇性能源風能和太陽能在接入電網時可能遇到的波動狀況，就像德國電網每天都要面對的一樣。
這么牛的實驗室是長這樣的：
圖片來源：Younicos官網
Younicos的電網解決方案：儲能電池+電池管理系統(tǒng)
今年3月20日發(fā)生在歐洲和北大西洋的日偏食向電網運營商們展示了當前電力系統(tǒng)面臨的重要問題，間歇性清潔能源的接入帶來的瞬時電力波動。如果惡劣的天氣可以提前預測，并安排常規(guī)電力適時補充備用，那么德國北部突如其來的一陣大風或萊茵河畔意外的晨霧將凸顯出現(xiàn)有電力系統(tǒng)中的潛在威脅。那么怎么解決這個問題?來看看Younicos的解決方案。
1電網級儲能電池
有人會說，儲能電池并不新奇，前陣子特斯拉也推出了家用儲能電池，還上了熱門話題榜。盡管工作原理相同，但是電網級的儲能電池和家用儲能電池還是有差別的。就像Younicos的新聞發(fā)言人PhilipHiersemenzel在在接受媒體采訪中提到的，Younicos一個兆瓦的儲能單元(storageunit)相當于至少1000個家用儲能電池。
想要準確的調動這些能量并不是一件容易的事，但是Younicos不但做到了，而且做得不錯。他在今年三月德國的日偏食中證明了自己的實力，在幾毫秒內將SchwerinLankow鋰離子儲能電池接入，以補充東德地區(qū)瞬間“消失”的電力，從而穩(wěn)定電網頻率。
那么問題來了，和傳統(tǒng)火電機組相比，電池的調頻效果怎么樣呢?
下圖表顯示了傳統(tǒng)火電廠在電壓出現(xiàn)波動后15分鐘內如何反應。
備用機組的旋轉發(fā)電機通過加快或減慢維持電網頻率穩(wěn)定。電力供不應求時電網頻率(gridfrequency)下降，供過于求時頻率增加。發(fā)電廠調整發(fā)電量將頻率穩(wěn)定在一個相對固定的范圍內(約50赫茲在歐洲)。但正如我們所看到的，電力輸出所代表的藍線只是接近于頻率所代表的黃線。也就是說傳統(tǒng)調頻的準確性和敏感度并不能完全滿足電網調頻的需求。
第二張圖展示了Younicos的儲能電池在應對變化時的反應?？梢钥吹絻δ茈姵氐恼{頻過程會更加及時，準確性也得到了極大的提高。
圖片來源：Younicos官網
大規(guī)?？稍偕茉唇尤牒螅娋W的日內調峰容量需求會隨著可再生能源點裝機容量的增加而顯著增長。因此擁有足夠靈活的可調節(jié)容量即旋轉備用是電力系統(tǒng)接納可再生能源電的先決條件之一。
對可再生能源持懷疑態(tài)度的人質疑大規(guī)模使用可再生能源后如何維持電網穩(wěn)定。但實驗證明，在使用電氣化控制(electricalcontrol)后，電網頻率將更穩(wěn)定(事實上，在德國，風力渦輪機和大型光伏陣列已經開始成為電網的輔助設施)。如Younicos新聞發(fā)言人Hiersemenzel所說，Younicos的存儲系統(tǒng)有更靈活的反應時間。下圖中位于底部的藍色曲線代表電網頻率，當頻率超過50Hz的時候，電池立即開始儲存電能?！半姵貎δ軐㈩l率超過50Hz默認為開始儲能的標志?！?
就像Younicos創(chuàng)始人ClemensTriebel在聲明中所提到的，可平衡瞬間波動的高效儲能解決方案將作為可再生能源的有力杠桿?！盀榱司S持電網供應的穩(wěn)定性，每兆瓦蓄電池裝機量可抵消其他傳統(tǒng)電站所需裝機量的十倍，”Triebel補充道。換句話說，這可為光伏與風電等可再生能源創(chuàng)造更多的電網空間。
小科普：目前，比較常見的儲能電及其特性：
1.鋰離子大功率電池：具有很高的功率比，特別適用于只需要儲能幾分鐘或一小時的電網。
2.鈉硫大容量電池：鈉硫電池具有較大的存儲容量。適合用于平衡風和太陽的日常波動。
3.釩液流電池：不自動放電，適合于長時間儲存能量。
2智能管理系統(tǒng)
最靠譜的電池管理系統(tǒng)是Younicos最得意的作品。
外媒稱智能電網和核心是智慧儲能，而智慧儲能則是依靠智能管理系統(tǒng)實現(xiàn)的。Younicos首席營收官StephenPrince也曾在采訪中表示，很多人認為把電池組接入到電網中是一件很簡單的事情。但電池不是腦細胞，需要智能化的軟件來幫助儲能系統(tǒng)能夠在電網波動過程中實現(xiàn)及時有效的調整。
圖片來源：Younicos官網
經過大量實驗數(shù)據積累和項目運營經驗，Younicos開發(fā)出了一系列軟件控制系統(tǒng)，用于電網、電力市場和電池廠間的通信和控制，從能效管理和優(yōu)化來進一步降低電網建設和電力使用成本，延長電池使用壽命。不僅可以幫助德國電網更好的運行也是歐洲其他國家的電網所需要的。
這些智能軟件可以提供電池系統(tǒng)的22種不同的控制模式，并且可以實現(xiàn)多功能并行。其中最重要的三種系統(tǒng)是：
1.智能電力管理系統(tǒng)，保證電網在沒有儲能的情況下也能使用較大份額的可再生能源。管理系統(tǒng)會實時估算能夠接入電網的可再生能源最大比例，并綜合考慮發(fā)電側與需求側的數(shù)據，動態(tài)匹配出維持電網正常運行所需的煤電電量。
2.電池電站管理系統(tǒng)，能夠保證電池可以順利有效的接入任何規(guī)模的電網，不管是小島上的電網還是洲際電網。電池管理系統(tǒng)同時考慮到逆變器和電池的協(xié)調作用，以便他們可以提供關鍵的系統(tǒng)服務。多個逆變器并聯(lián)工作，相互之前沒有任何結構性信息交換需求。他們只接收傳輸給自己的電網頻率數(shù)據，并對此作出反應。這也是兆瓦級電網中的電池管理系統(tǒng)的獨特之處。管理系統(tǒng)還能根據電力需求協(xié)調各個電池的負荷，并校準電池的運營數(shù)據，在實現(xiàn)電池系統(tǒng)外部和諧的同時盡可能的延長電池的使用壽命。
3.創(chuàng)新能效管理系統(tǒng)可以優(yōu)化儲能系統(tǒng)，風能、太陽能發(fā)電裝置和備用發(fā)電機。
經典案例
德國第一個用于調頻的儲能電池項目
2014年9月，Younicos電池產業(yè)園受德國電網委托，為其提供5MW的鋰離子電池，建立了德國第一個工業(yè)用電儲能電池頻率項目，并參與到國家“一次儲備”市場當中，為電網提供頻率調節(jié)、電壓支撐和啟動容量。該5MW/5MWh系統(tǒng)將會幫助德國電網實現(xiàn)負荷平衡，并且促進未來20年綠色能源的一體化。
歐洲第一家商業(yè)儲能項目
Younicos還與可再生能源發(fā)電企業(yè)WemagAG一起在德國西梅克倫堡州(WestMecklenburg)建設一座5MW的鋰離子蓄電站。該項目或將為提升輸電網絡的瞬間波動性以及調節(jié)供電頻率提供經驗，有助于保證風電及光伏電力并入現(xiàn)有電網的安全性。Hiersemenzel也向記者透露，調節(jié)供電頻率并不是該項目開發(fā)的唯一目的?！袄珉妷嚎刂啤⒃瞿芤约昂趩?blackstart)等從屬功用都將在安裝完成后進行研究?！?
發(fā)布新一代儲能解決方案：Y.Cube
為了適應當下儲能市場的需求，Younicos在本月14日推出了公司第一款用于電網調頻的硬件產品Y.Cube。
Y.Cube細節(jié)圖
Y.Cube內部結構-轉化器
Y.Cube的主要結構由功率轉換系統(tǒng)和鋰離子電池構成，控制系統(tǒng)則是公司研發(fā)的行業(yè)領先的智慧儲能軟件控制系統(tǒng)。大大降低了空間要求和系統(tǒng)維穩(wěn)所需的成本。由于控制系統(tǒng)直接與電池系統(tǒng)進行調控，縮短了電池響應時間，有效提高了轉換效率和電網穩(wěn)定程度。
同時，通過與多個電池供應商進行合作，Y.cube的模塊化設計可以整合不同的電池系統(tǒng)并解決任何功率/能量比的要求。為了確保最大的性能和適用于任何系統(tǒng)的要求，電池都在公司技術中心進行了嚴格測試。
由于Y.Cube的尺寸較小，安裝時不需要現(xiàn)場吊車，節(jié)省大量時間和金錢。為了便于運輸，Y.Cube可以被分成兩部分–一部分包含一個或兩個250kVA電力轉換系統(tǒng)，另一部分包括其他電池矩陣。Y.Cube的250或500kVA組塊可以單獨地部署在較小的應用程序，也可以并聯(lián)起來構建多兆瓦的系統(tǒng)。完成安裝后，Younicos將通過位于德國的控制中心對系統(tǒng)進行24/7的監(jiān)控管理。
Younicos的CEOJamesP.McDougall介紹說，Y.cube代表了下一代儲能解決方案。
文章綜合編譯自Younicos官網、Greentechmedia、RenewableInternational、GermanEnergyTransition和微信號德國華人新能源協(xié)會的內容
原標題:德國電網的定海神針：Younicos做的不只是電池
