揭開移動式儲能系統(tǒng)的面紗
中國儲能網(wǎng)訊：2018年4月，山西省右玉縣老千山風電場內兩個12米長、2.3米寬、2.4米高的集裝箱儲能系統(tǒng)正準備就緒，即將接受工程師調試安裝，接入風電場35kV母線。區(qū)別于傳統(tǒng)儲能電站需要建設專用廠房、施工周期長且固定無法移動，移動式儲能系統(tǒng)可進行工廠化生產，具備環(huán)境適應性強、安裝簡便、可擴展性高的特點。
目前老千山風電場內正準備接受調式的1MW/1MWh移動式儲能系統(tǒng)只是中國電科院主要參與的山西省重點研發(fā)計劃“10MW級鋰電池儲能系統(tǒng)關鍵技術及工程示范”項目一期工程的掠影，預計至2018年底，將有共計10MW/9MWh的移動式儲能系統(tǒng)接入老千山50MW風電場內，并接入D5000系統(tǒng)與山西省地調進行通信，參與電力系統(tǒng)調峰調頻應用?，F(xiàn)場安裝調試照片如下所示：
圖1山西省右玉縣老千山風電場1MW/1MWh移動式儲能系統(tǒng)
隨著電化學儲能在電力系統(tǒng)內不斷推廣應用，越來越多這樣的移動式儲能跋山涉水，被運往祖國各地。中國電力科學研究院有限公司長期從事儲能系統(tǒng)集成技術，與國網(wǎng)甘肅電力公司、國網(wǎng)吉林電力公司、國網(wǎng)福建電力公司、國網(wǎng)江蘇電力公司、欣旺達電子股份有限公司深度合作，先后在甘肅酒泉瓜州干河口風電場、吉林白城、欣旺達園區(qū)、安溪等地部署了1MW/1MWh移動式儲能系統(tǒng)、1MW/500kWh移動式儲能系統(tǒng)、250KW/500KWh移動式儲能系統(tǒng)、125kW/250kWh移動式儲能系統(tǒng)等。這種結構緊湊、工程建設周期短，能夠快速響應客戶需求的移動式儲能系統(tǒng)已成為電化學儲能未來主流的成組方式。而這種整齊劃一的集裝箱儲能內部結構又是怎樣的呢？今天我們就來一探究竟。
系統(tǒng)典型設計
以1MW/1MWh集裝箱儲能系統(tǒng)為例，系統(tǒng)一般由儲能電池系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、電池管理單元、專用消防系統(tǒng)、專用空調、儲能變流器及隔離變壓器組成，并最終集成在一個40英尺集裝箱內，單個箱體的布局效果圖如下所示：
圖2移動式儲能系統(tǒng)內部結構
其中電池系統(tǒng)主要由電芯串并聯(lián)構成：首先十幾組電芯通過串并聯(lián)組成電池箱，然后電池箱通過串聯(lián)組成電池組串并提升系統(tǒng)電壓，最終將電池組串進行并聯(lián)提升系統(tǒng)容量，并集成安裝在電池柜內。
監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)對外通訊、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集、分析和處理的功能，保證數(shù)據(jù)監(jiān)控準確、電壓電流采樣精度高、數(shù)據(jù)同步率及遙控命令執(zhí)行速度快；電池管理單元擁有高精度的單體電壓檢測與電流檢測功能，保證電芯模塊的電壓均衡，避免電池模塊間產生環(huán)流，影響系統(tǒng)運行效率。
為了保證系統(tǒng)的安全，集裝箱內配置了專用的消防及空調系統(tǒng)，其中消防系統(tǒng)通過煙霧傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、應急燈等安全設備感知火警，并自動滅火；專用空調系統(tǒng)根據(jù)外部環(huán)境溫度，通過熱管理策略控制空調冷熱系統(tǒng)，保證集裝箱內溫度處于合適區(qū)間，延長電池使用壽命。
儲能變流器是將電池直流電轉換為三相交流電的能量轉換單元，其可運行于并網(wǎng)及離網(wǎng)模式。并網(wǎng)模式下變流器按照上層調度下發(fā)的功率指令與電網(wǎng)進行能量交互；離網(wǎng)模式下儲能變流器可為廠區(qū)負荷提供電壓頻率支撐，并為部分可再生能源提供黑啟動電源。儲能變流器出口與隔離變壓器連接，使一次側與二次側的電氣完全絕緣，最大程度保證集裝箱系統(tǒng)的安全。
典型工程介紹
1、甘肅酒泉瓜州干河口風電場儲能示范工程
該工程來源于國家重點研發(fā)計劃（863）“電網(wǎng)友好型新能源發(fā)電關鍵技術及示范應用”項目，工程地點位于甘肅省瓜州市甘北330kV升壓站內，現(xiàn)場環(huán)境惡劣風沙天氣較多。集裝箱儲能系統(tǒng)通過在進、出風口處加裝通風過濾網(wǎng)，在大風揚沙天氣時可以有效阻止灰塵進入集裝箱內部。本項目儲能系統(tǒng)容量為1MW/1MWh，經0.4kV/35kV箱式變電站接入升壓站35kV饋線。作為項目主要參與單位，中國電科院為移動式儲能系統(tǒng)制定了平抑風電輸出有功功率的波動的上層能量管理策略?，F(xiàn)場照片如下圖所示：
圖3甘肅酒泉瓜州干河口風電場1MW/1MWh集裝箱儲能系統(tǒng)
2、吉林來福風電場儲能系統(tǒng)
該工程來源于國家電網(wǎng)公司科技項目《儲能融合可控負荷提升供熱地區(qū)風電就地消納能力的關鍵技術研究及應用》，選取來福風電場及大安清潔供暖工程作為本項目的示范地點。由于工程位于東北地區(qū)，冬天極端惡劣天氣條件下室外環(huán)境溫度可達零下20攝氏度以下，而集裝箱的專用空調系統(tǒng)保證了電池儲能在低溫環(huán)境下的正常運行。該項目移動式儲能系統(tǒng)容量為1MW/0.5MWh，安裝在蓄熱式電鍋爐側，中國電科院作為項目主要參與單位提出了移動式儲能電站的選址定容方案，并制定風電-蓄熱式電鍋爐-儲能聯(lián)合運行控制策略，提升風電就地消納能力，同時提高配電網(wǎng)的電能質量。
圖4 吉林1MW/500kWh移動式儲能系統(tǒng)
3、深圳欣旺達居民園區(qū)光儲微網(wǎng)示范工程
該工程來源于國家重點研發(fā)計劃（863）“園區(qū)智能微電網(wǎng)關鍵技術研究與集成示范”項目，工程地點位于廣東省深圳市光明新區(qū)欣旺達居民園區(qū)內，電池類型為鈦酸鋰，電池容量583kWh，使用一臺250kW的PCS經過電能變換后接入微網(wǎng)。集裝箱儲能系統(tǒng)以其緊湊的工業(yè)化設計，大大節(jié)約了園區(qū)內儲能系統(tǒng)的占地面積，在運行模式上移動式儲能系統(tǒng)采用了中國電科院制定的光儲微網(wǎng)上層能量管理策略，利用峰谷電價為園區(qū)節(jié)約運行成本，同時還具備并離網(wǎng)無縫切換功能，保證園區(qū)在系統(tǒng)突然斷電情況下依然安全穩(wěn)定運行。系統(tǒng)實際結構圖如下所示：
該儲能系統(tǒng)安裝于福建省安溪感德鎮(zhèn)，系統(tǒng)容量為125kW/250kWh，由2個電池柜、1臺125kW儲能變流器、一套監(jiān)控系統(tǒng)和一套UPS電源組成。由于運行現(xiàn)場地處偏遠地區(qū)、地形險惡、交通不便，集裝箱儲能系統(tǒng)的防震功能保證了運輸過程中集裝箱及其內部設備的機械強度滿足要求，不出現(xiàn)變形、功能異常等故障。該項目儲能系統(tǒng)主要應用模式是在用電低谷時由電網(wǎng)向電池組充電，用電高峰期時電池組放電回饋電網(wǎng)，對電網(wǎng)進行局部削峰調谷，均衡用電負荷。通過該工程項目實施，福建安溪農網(wǎng)試點配電臺區(qū)供電能力提高40%以上，有效提高電能利用效率。
圖6 125kW/250kWh安溪移動儲能電站
移動式儲能未來展望
移動式儲能系統(tǒng)以其較為突出的靈活便捷性已廣泛應用于電力系統(tǒng)輸發(fā)配送等領域。與傳統(tǒng)固定式儲能電站相比，集裝箱儲能系統(tǒng)的模塊化設計采用了國際標準化的集裝箱尺寸，允許遠洋和公路運輸，可以通過高架起重機進行吊裝，可移動性強，不受地域限制。另外集裝箱儲能系統(tǒng)可進行工廠化生產，直接在車間進行組裝調試，大大節(jié)約了工程的施工和運維成本，并實現(xiàn)事故隔離。相信隨著電池本體技術的不斷突破，移動式儲能系統(tǒng)的能量密度將進一步提升，成本也會大幅度下降，移動式儲能系統(tǒng)的實際價值將不斷體現(xiàn)，應用范圍也會不斷擴張，未來必定會成為推進能源生產和消費革命的重要載體，是能源互聯(lián)網(wǎng)中極具發(fā)展前景的技術和產業(yè)。
（中國電科院 徐少華 李建林）
