淺談移動儲能系統(tǒng)的應用

安科瑞 陳聰

摘 要：隨著大量的風電、光伏等新能源并入電網(wǎng)，尤其是大量的分布式電源并入用電側，將給電網(wǎng)平穩(wěn)運行帶來一定挑戰(zhàn)。移動儲能系統(tǒng)作為能源互聯(lián)網(wǎng)的一個主要組成部分，主要應用在能源互聯(lián)網(wǎng)的分布式能源與微網(wǎng)領域。本文提出的移動儲能系統(tǒng)，采用一體式集裝箱設計方案，集成可靠的智能動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，集裝箱環(huán)境支持系統(tǒng)及儲能電站監(jiān)控管理系統(tǒng)，具備與電網(wǎng)即插即用的工作模式，可以方便應用于電網(wǎng)的支撐及區(qū)域性臨時供電支撐。

關鍵詞：能源互聯(lián)網(wǎng)； 移動儲能 ；電池PACK

1 移動儲能系統(tǒng)的背景

1.1 電化學儲能趨于成熟

儲能應用更多的是電化學儲能，還有鋰離子電池，鈉硫電池等等，從2016—2017年，所有規(guī)劃和在建項目已經(jīng) 達到1.6GW，政策、企業(yè)、技術成熟度、產(chǎn)品成本下降等呈現(xiàn)出猛增的態(tài)勢。

現(xiàn)在10MW甚至100MW并不是很新鮮的事。除此之外，成本下降也是一個非常好的消息，根據(jù)中國電力科學研究院的模型計算，到2020年儲能系統(tǒng)的建設成本額已經(jīng)基本達到營收平衡點。

1.2 國內(nèi)外儲能政策

國際方面，現(xiàn)在有10多個政策支撐儲能發(fā)展，有能源規(guī)劃裝備，有電力規(guī)劃還有新能源、電動汽車等等，在國際相關的政策里，儲能是一個非常重要的支持要素。對于中國而言，政策在2017年10月11日發(fā)布，對儲 能現(xiàn)在和未來的發(fā)展提出了明確的目標，規(guī)定了五大任務，在指導意見出臺之后很多地方就開始研究和出臺支持儲能發(fā)展的相關政策；2017年11月份出臺的43號文，在政策支持下，儲能份額由2015年的2%提高到了9%。

在一些應用領域，如重點設施短時間內(nèi)保障供電，季節(jié)性區(qū)域內(nèi)負荷曲線調(diào)整等方面，需要采用移動式電力儲能系統(tǒng)。

2 移動儲能系統(tǒng)的分類

在傳統(tǒng)發(fā)電領域，移動儲能主要起到輔助動態(tài)運行、取代或延緩新建機組的作用；在可再生能源領域，移動儲能主要起到削峰填谷和跟蹤計劃出力的作用；在輔助服務領域，移動儲能主要起到調(diào)頻、調(diào)峰和備用容量的作用;在分布式能源與微網(wǎng)領域，儲能主要起到分時電價管理、容量費用管理和提高供電可靠性的作用。

2.1 大型電力儲能系統(tǒng)

大型電力儲能系統(tǒng)是對電網(wǎng)可靠運行的支撐，在調(diào)整負載曲線、削峰填谷、提高配電網(wǎng)設備與線路的利用效率、參于電網(wǎng)調(diào)頻、改善大電網(wǎng)的供電水平等方面具有重要作用。在一些應用領域，如重點設施短時間內(nèi)保障供電，季節(jié)性區(qū)域內(nèi)負荷曲線調(diào)整等方面，需要采用移動式電力儲能系統(tǒng)。大規(guī)模移動儲能系統(tǒng)采用一體式集裝箱設計方案，集成可靠的智能動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，集裝箱環(huán)境支持系統(tǒng)及儲能電站監(jiān)控管理系統(tǒng)，具備與電網(wǎng)即插即用的工作模式，可以方便應用于電網(wǎng)的支撐及區(qū)域性臨時供電支撐。

2.2 中型電力儲能系統(tǒng)

中型電力儲能系統(tǒng)如移動充電設備，也就是電動車、樓宇、大型會議、充電站（樁）等臨時需要充電的用電設備“充電寶”，可以有效應對臨時用電、老舊小區(qū)電網(wǎng)改造難導致的電力增容和應急負荷等難題，也解決了小區(qū)停車位不固定、充電不方便的問題。例如北京的“移動充電寶”，2018年2月，北京的新能源車主就可以在“易充網(wǎng)”上看到電子版的充電樁地圖，地圖囊括所有快速充電樁和慢速充電樁的地理位置信息和相應的數(shù)量信息，隨時隨地查詢到充電樁信息。

2.3 小型移動儲能系統(tǒng)

家用儲能系統(tǒng)主要指安裝在居民住宅或者企業(yè)園區(qū)的的小型儲能系統(tǒng)，其運行模式包括獨立運行、與小型風機、屋頂光伏等可再生能源發(fā)電設備配套運行以及家用儲熱設備等。家用儲能系統(tǒng)的應用包括：電費管理、控制用電成本（低充高放）；供電可靠性；分布式可再生能源接入；電動汽車儲能電池應用等。

3 移動儲能系統(tǒng)的作用

（1）解決“發(fā)電與用電的時差矛盾”和“間歇式可再生能源發(fā)電直接并網(wǎng)沖擊電網(wǎng)”，平滑出力及調(diào)節(jié)電能品質(zhì)。

（2）將“谷電”存儲在儲能電池中，在高峰期釋放出來應用于生產(chǎn)、運營，不僅可以減輕電網(wǎng)負荷負擔，還可以降低運營成本。

（3）將儲能系統(tǒng)應用于、醫(yī)院、數(shù)據(jù)、精密制造、軍事指揮等重要部門的備用電站，可在非常時期保證穩(wěn)定、及時的應急電力供應。

（4）儲能系統(tǒng)還可以為實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置（燃料、太陽能和風能）、資源整合、電網(wǎng)穩(wěn)定性（頻率和電壓）以及負載管理服務提供支持。

4 移動儲能系統(tǒng)的組成

采用一體式集裝箱設計方案，集成可靠的智能動環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)，集裝箱環(huán)境支持系統(tǒng)及儲能電站監(jiān)控管理系統(tǒng)，具備與電網(wǎng)即插即用的工作模式，可以方便應用于電網(wǎng)的支撐及區(qū)域性臨時供電支撐。將電池PACK、變流器（PCS）、配電裝置等集成在一起，提供多種電氣接口（交流輸出/直流輸出/快充。同時配備電池狀態(tài)檢測、PCS狀態(tài)監(jiān)控、火災預警與自動滅火裝置等安全措施，具有“可移動、大容量、大功率、遠程調(diào)度、低噪音、節(jié)能減排、綠色環(huán)保”的特點。實現(xiàn)用戶與一體化終端的人機互動，具備光伏發(fā)電的信息采集與監(jiān)控功能，從而為應急救援、后勤保障、移動充電等提供快速、可靠、高質(zhì)量的電能。當前，移動儲能在用戶側的應用主要包括以下5個方面：峰谷套利、需量電費管理、動態(tài)增容、需求響應以及提高新能源自用率。

5 移動儲能系統(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、消防系統(tǒng)、空調(diào)、儲能變流器及隔離變壓器組成，并集成在一個40英尺集裝箱內(nèi)。

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，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(nèi)。

監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)對外通信、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(chǎn)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(nèi)配置了消防及空調(diào)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；空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)外部環(huán)境溫度，通過熱管理策略控制空調(diào)冷熱系統(tǒng)，保證集裝箱內(nèi)溫度處于合適區(qū)間，延長電池使用壽命。

6.安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統(tǒng)概述

6.1概述

安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統(tǒng)，專門針對工商業(yè)儲能柜、儲能集裝箱研發(fā)的一款儲能EMS，具有完善的儲能監(jiān)控與管理功能,涵蓋了儲能系統(tǒng)設備(PCS、BMS、電表、消防、空調(diào)等)的詳細信息,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢與分析、可視化監(jiān)控、報警管理、統(tǒng)計報表等功能。在高級應用上支持能量調(diào)度,具備計劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等控制功能。

6.2系統(tǒng)結構

Acrel-2000ES，可通過直采或者通過通訊管理或串口服務器將儲能柜或者儲能集裝箱內(nèi)部的設備接入系統(tǒng)。系統(tǒng)結構如下：

6.3接入設備

Acrel-2000ES，具備多種接口，多種協(xié)議對接的能力，支持多種設備接入。

6.4系統(tǒng)功能

6.4.1實時監(jiān)測

系統(tǒng)人機界面友好，能夠顯示儲能柜的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測 PCS、BMS 以及環(huán)境參數(shù)信息，如電參量、溫度、濕度等。實時顯示有關故障、告警、收益等信息。

6.4.2設備監(jiān)控

系統(tǒng)能夠實時監(jiān)測 PCS、BMS、電表、空調(diào)、消防、除濕機等設備的運行狀態(tài)及運行模式。

PCS 監(jiān)控：滿足儲能變流器的參數(shù)與限值設置；運行模式設置；實現(xiàn)儲能變流器交直流側 電壓、電流、功率及充放電量參數(shù)的采集與展示；實現(xiàn) PCS 通訊狀態(tài)、啟停狀態(tài)、開關狀態(tài)、 異常告警等狀態(tài)監(jiān)測。

BMS 監(jiān)控：滿足電池管理系統(tǒng)的參數(shù)與限值設置；實現(xiàn)儲能電池的電芯、電池簇的溫度、

電壓、電流的監(jiān)測；實現(xiàn)電池充放電狀態(tài)、電壓、電流及溫度異常狀態(tài)的告警。

空調(diào)監(jiān)控：滿足環(huán)境溫度的監(jiān)測，可根據(jù)設置的閾值進行空調(diào)溫度的聯(lián)動調(diào)節(jié)，并實時監(jiān)測空調(diào)的運行狀態(tài)及溫濕度數(shù)據(jù)，以曲線形式進行展示。

UPS 監(jiān)控：滿足 UPS 的運行狀態(tài)及相關電參量監(jiān)測。

6.4.3 曲線報表

系統(tǒng)能夠對 PCS 充放電功率曲線、SOC 變換曲線、及電壓、電流、溫度等歷史曲線的查詢與展示。

6.4.4策略配置

滿足儲能系統(tǒng)設備參數(shù)的配置、電價參數(shù)與時段的設置、控制策略的選擇。目前支持的控制策略包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制等。

6.4.5實時報警

儲能能量管理系統(tǒng)具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠對儲能充放電越限、溫度越限、設備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。

6.4.6事件查詢統(tǒng)計

儲能能量管理系統(tǒng)能夠對遙信變位，溫濕度、電壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

6.4.7遙控操作

可以通過每個設備下面的紅色按鈕對 PCS、風機、除濕機、空調(diào)控制器、照明等設備進行相應的控制，但是當設備未通信上時，控制按鈕會顯示無效狀態(tài)。

6.4.8用戶權限管理

儲能能量管理系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫修改等）?？梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

6.4.9安科瑞配套產(chǎn)品

7 結語

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(chǎn)，直接在車間進行組裝調(diào)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(chǎn)和消費革命的重要載體，是能源互聯(lián)網(wǎng)中發(fā)展前景的技術和產(chǎn)業(yè)。

參考文獻

1. 周林，黃勇，郭珂，等.微電網(wǎng)儲能技術研究綜述[J].

2. 魏增福,鄭金.應用于智能電網(wǎng)的儲能技術[J].

3. 駱妮,李建林.儲能技術在電力系統(tǒng)中的研究進展[J].

4. 韓平軍，程遠燊，張昉.移動儲能系統(tǒng)的應用研究

5. 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.5版.