电化学储能在新型电力系统中的应用
沈平1 俞兴源2 项华兵3 张勇4
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沈平1 俞兴源2 项华兵3 张勇4 ,. 电化学储能在新型电力系统中的应用[J]. 应用化学学报,2022.6. DOI:10.12721/ccn.2022.157283.
摘要: 立足于自身热电联产及烧碱氯乙烯一体化产业结构,探索向3060双碳目标下的清洁能源转型路径,逐步发展以新能源为主体的清洁能源结构电力系统,而储能在新型能源体系建设中具有基础地位。储能电站具有“负荷调节、配合新能源接入、弥补线损、功率补偿、提高电能质量、孤网运行、削峰填谷”等几大功能应用;此外,浙江省为鼓励储能产业发展拉大了峰谷电价差,用户侧储能经济性有明显改善,值得大力推荐和应用。
关键词: 双碳目标;电化学储能;经济性
DOI:10.12721/ccn.2022.157283
基金资助:

引言

我司用电类型是大工业用电,110KV 总进线,变压器总容量 79000kVA,基本电费计费方式采用容量计费。由于受热电机组发电负荷以及装置开车负荷双重因素,负荷有一定波动性。我司立足于自身热电联产及碱氯乙烯一体化产业结构,探索向3060双碳目标下的清洁能源转型路径,逐步发展以新能源为主体的清洁能源结构电力系统,而储能在新型能源体系建设中具有基础地位。

1 目前储能技术路线

目前储能技术路线主要分为两大类,一类为物理储能:抽水蓄能、压缩空气/二氧化碳储能;一类为电化学储能:主要类型为磷酸铁锂储能(占90%建设容量)、液硫电池(商业化初期)。其中磷酸铁锂储能一般为1-2小时,液流电池储能一般为4-10小时。本方案提就两种储能路线论证。

2  磷酸铁锂储能方案(15MW/30MWh)

本项目锂电池储能系统拟建容量为15MW/30MWh。储能系统共11个40尺标准集装箱,其中8个电池仓,3个电气仓。尺寸为12.192m(长)x2.438m(宽)x2.591m(高)。

设6台3150kVA,10.5/0.63kV双分裂升压变。每台升压变接入2回1575kVA储能变流器。

每3台升压变高压侧手拉手连接后,以1回10kV电缆线路接入厂内就近的10kV母线,共2回。因每回10kV电缆线路在充电、放电时,对10kV母线的功率影响为+7.MW,-7.5MW,因此需选择功率满足以上要求的10kV母线段。

锂电池的充放电效率按85%,放电深度按90%,电池可循环次数按5000次,锂电池末期容量80%,每天2充2放,锂电池7.5年更换一次。项目运营期15年。

2.1  投资及经济分析

锂电池储能系统初始投资按2元/Wh,更换电池按1.4元/Wh计算。所得税按15%计算。

2.2  储能系统对厂内供电能力的影响(在厂内供电能力突然下降时):

若锂电池正处于充电或放电状态,则储能系统对厂内的供电能力有15MW的提升。储能系统收到电厂的控制系统发出由充电转为放电命令后100ms内,储能系统可完成由充电到放电的工况转换。

2.3 存在的技术问题

电池仓的间距设计按常规的3米,未参照《电力储能系统建设运行规范》 DB11/T 1893—2021要求的甲类厂房的间距,即12米设置。如执行北京地方标准,通过增设防火墙,可将间距减少到4米。但容量要减少到24MWh。

因场地面积较小,为增加储能系统容量,单个电池仓的能量按3.75MWh设置,未按照《电力储能系统建设运行规范》 DB11/T 1893—2021要求不超过2.5MWh。如参照此标准执行,则本项目容量需减少至约20MWh。

3  全钒液流电池储能方案

全钒氧化还原液流电池,简称为钒电池,是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。钒电池是一种蓄电池,利用钒离子在不同氧化态下的不同化学势能保存能量,具有充放电效率高、容量可以随着贮液罐的增加而提高、电解液可以循环使用等优点。

液硫电池突出优点为高安全性(丁类,不燃),长循环寿命(容量衰减低)、功率与容量独立(可方便扩展);缺点为占地较大、商业化初期项目偏少;液硫电池被誉为长时储能最具前景的技术路线。

3.1 投资及经济分析

全钒液流电池储能系统可采用业主一次性完成全部投资,项目运营期满后,设备厂回收电解液的模式。这种模式下,本项目总投资约6900万,折合2300元/kWh,其中电解液价格为1300元/kWh,项目末期电解液按50%的残值回收。这种模式下内部收益率约6.53%(税后)。

3.2  储能系统对厂内供电能力的影响(在厂内供电能力突然下降时):

若液流电池正处于充电或放电状态,则储能系统对厂内的供电能力有3.75MW的提升。储能系统收到电厂的控制系统发出由充电转为放电命令后100ms内,储能系统可完成由充电到放电的工况转换。

3.3 存在的技术问题

因全钒液流电池储能系统占地较大,3.75MW/30MWh容量所需的占地约3000m2,现有110kV终端塔西南侧空地仅1300m2,若采用户外预制舱形式不满足要求,需要更大的地块,若采用固定式储能设计方式,约需要地块2000 m2 

4 方案对比表(磷酸铁锂、液硫电池)截图1739252848.png5  结论及建议

5.1 用地方面看,因嘉化能源场址处用地稀缺,液流电池方案暂未找到足够的场地进行布置,锂电池方案可利用110kV终端塔西侧空地实施。

5.2 从安全性看,磷酸铁锂电池方案理论上存在火灾及爆炸危险,根据国家、行业标准设计,可以进行预防和危险控制,满足规范要求。

5.3 从收益率看,目前锂电池方案略优于液流电池方案,未来二者技术路径都存在降本空间。

6 结束语

为率先构建以新能源为主体的新型电力系统,加快实现电源清洁化,根据《国家发展改革委国家能源局关于加快推动新型储能发展的指导意见》,浙江省发改委、能源局出台《关于浙江省加快新型储能示范应用的实施意见》,并提出工作目标:2021-2023年,全省建成并网100万千瓦新型储能示范项目,“十四五”力争实现200万千瓦左右新型储能示范项目发展目标。

参考文献

1 周原冰、杨方、余潇潇、江涵.中国能源电力碳中和实现路径及实施关键问题[J].中国电力,2021Zhou Yuanbing, Yang Fang, Yu Xiaoxiao, Jiang Han. China's Energy and Electricity Carbon neutral realization path and implementation key question [ j ] . China Electric Power, 2021

2 舒印彪、张丽英、张运洲等.我国电力碳达峰、碳中和路径研究[J].中国工程科学,2021Shu Yinbiao, Zhang Liying, Zhang Yunzhou, etc. Study on the pathway of peak carbon and carbon neutralization in electric power in our country [ j ] . Chinese engineering science, 2021

作者:沈平(1980-),男,浙江嘉兴人,工程师(单位地址:浙江省嘉兴港区乍浦经济开发区滨海大道2288号;邮编:314201;

作者:俞兴源(1970-),男,浙江嘉兴人,工程师(单位地址:浙江省嘉兴港区乍浦经济开发区滨海大道2288号;邮编:314201;

作者:项华兵(1976-),男,浙江嘉兴人,工程师(单位地址:浙江省嘉兴港区乍浦经济开发区滨海大道2288号;邮编:314201;

作者:张勇(1975-),男,工程师(单位地址:浙江省嘉兴市嘉兴港区滨海大道2288号;邮编:314201; 

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