導(dǎo)語：對(duì)新能源和可再生能源的研究和開發(fā)，尋求提高能源利用率的先進(jìn)方法，已成為全球共同關(guān)注的首要問題。對(duì)中國這樣一個(gè)能源生產(chǎn)和消費(fèi)大國來說，在“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略提出的背景下，既有節(jié)能減排的需求，也有能源增長以支撐經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，這就需要找到一條綠色低碳的能源技術(shù)轉(zhuǎn)型之路。在第十屆儲(chǔ)能國際峰會(huì)上，中國能源研究會(huì)理事長史玉波指出，隨著國家將儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)應(yīng)用納入國家能源發(fā)展戰(zhàn)略，儲(chǔ)能已成為能源互聯(lián)和智能化體系下不可缺少的一部分。面對(duì)未來大規(guī)模新能源接入和消納，儲(chǔ)能與新能源發(fā)展、電力系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行，已成為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的必由之路。
儲(chǔ)能電站的建設(shè)，可以提供緊急控制、系統(tǒng)調(diào)峰、系統(tǒng)調(diào)頻、備用、新能源跟隨、電壓控制等功能，能夠產(chǎn)生替代“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”系統(tǒng)升級(jí)投資、減少滿足尖峰負(fù)荷的系統(tǒng)建設(shè)投資、提升可再生能源發(fā)電占比的直接和間接效益，是“雙碳”目標(biāo)下推動(dòng)新能源轉(zhuǎn)型的有力選擇。
“十三五”以來，國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院持續(xù)打造鎮(zhèn)江儲(chǔ)能電站、蘇州昆山儲(chǔ)能電站、南京江北梯次電站等多個(gè)當(dāng)時(shí)世界規(guī)模最大的電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能項(xiàng)目，并率先開展儲(chǔ)能電站防火研究、電池梯級(jí)利用研究等儲(chǔ)能前沿科技攻關(guān)與項(xiàng)目應(yīng)用研究，為推動(dòng)江蘇儲(chǔ)能行業(yè)的發(fā)展畫出了點(diǎn)睛之筆。
一鳴驚人，走在儲(chǔ)能電站建設(shè)最前沿
電能，作為清潔的二次能源，在以往技術(shù)還不發(fā)達(dá)的時(shí)期是無法大量存儲(chǔ)的，只能夠即發(fā)即用。隨著電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能的大規(guī)模落地，傳統(tǒng)電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)維和調(diào)度“萬年不變”的運(yùn)行模式正在逐漸被改變。
2018年7月18日，隨著江蘇鎮(zhèn)江東部電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能項(xiàng)目8個(gè)子站中的最后一座--北山站成功投運(yùn)并網(wǎng)，標(biāo)志著當(dāng)時(shí)國內(nèi)功率最高、容量最大的電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能項(xiàng)目全面建成。值得一提的是，這8個(gè)子站中的北山、新壩、長旺、大港、建山5座子站，全部是由當(dāng)時(shí)成立才6年的國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院總承包建設(shè)的。
“儲(chǔ)能電站就像一個(gè)超大容量的‘充電寶’，在用電低谷時(shí)當(dāng)做用電負(fù)荷充滿電力，在用電高峰時(shí)可以作為發(fā)電電源釋放電力，有效填補(bǔ)電力缺口，最大限度地保障生產(chǎn)生活用電。”國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院發(fā)展科技部主任王庭華介紹。
據(jù)測(cè)算，在2018年夏季用電高峰僅鎮(zhèn)江東部就存在22萬千瓦左右的電力缺口，針對(duì)用電現(xiàn)狀，國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院在省電力公司的委托下緊急設(shè)計(jì)并建成了這座儲(chǔ)能電站工程。根據(jù)經(jīng)研院的計(jì)算，該工程可以在不新建發(fā)電廠的情況下，為鎮(zhèn)江每天多提供40萬千瓦時(shí)的電力供應(yīng)，足以滿足當(dāng)?shù)?7萬居民的生活用電。
此外，鎮(zhèn)江儲(chǔ)能電站在建成后不久便成功接入了江蘇省電力有限公司建設(shè)的“大規(guī)模的源網(wǎng)荷儲(chǔ)友好互動(dòng)系統(tǒng)”，升級(jí)為“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”系統(tǒng)，將電源、電網(wǎng)、用戶以及儲(chǔ)能有機(jī)結(jié)合，相互配合，實(shí)現(xiàn)了最大280萬千瓦毫秒級(jí)的負(fù)荷響應(yīng)能力，為江蘇大電網(wǎng)安全運(yùn)行上了一道“保險(xiǎn)鎖”。
由于在中國乃至世界儲(chǔ)能發(fā)展史上的示范引領(lǐng)作用。2019年5月18日，在第八屆儲(chǔ)能國際峰會(huì)上，鎮(zhèn)江電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站工程榮獲2019年度儲(chǔ)能應(yīng)用特別貢獻(xiàn)獎(jiǎng)，被評(píng)為2019年儲(chǔ)能十大應(yīng)用創(chuàng)新典范第一名，并于同年被中國能源報(bào)評(píng)為“中國城市能源變革十大樣板工程”。
碩果累累，打造勇于創(chuàng)新的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)
2020年8月14日，由國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院承擔(dān)設(shè)計(jì)的蘇州昆山儲(chǔ)能電站正式投運(yùn)，再次刷新了全球單體規(guī)模最大的電網(wǎng)側(cè)電化學(xué)單體儲(chǔ)能電站的記錄。
2年時(shí)間，2座世界第一的變電站，這背后，是國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院儲(chǔ)能設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)20余位員工幾年來鍥而不舍的奉獻(xiàn)與付出。
2018年8月，在鎮(zhèn)江儲(chǔ)能電站建成1個(gè)月之后，為了規(guī)范和優(yōu)化電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能設(shè)計(jì)，總結(jié)鎮(zhèn)江儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)的缺陷和不足，時(shí)任國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院設(shè)計(jì)中心副主任的李妍帶領(lǐng)著儲(chǔ)能項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)集中力量開展電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站典型設(shè)計(jì)的編制。與此同時(shí)，第二批電網(wǎng)儲(chǔ)能電站的設(shè)計(jì)任務(wù)也下發(fā)了下來，為了能夠在實(shí)踐中鍛煉團(tuán)隊(duì)，經(jīng)研院儲(chǔ)能項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)主動(dòng)承攬了8個(gè)儲(chǔ)能電站的設(shè)計(jì)工作，其中就包括規(guī)模達(dá)110.88兆瓦/196.4兆瓦時(shí)的蘇州昆山儲(chǔ)能電站。
“蘇州是江蘇電網(wǎng)重要的負(fù)荷中心，2018年整個(gè)蘇州的用電量就高達(dá)1562.5億千瓦時(shí)，相當(dāng)于三峽電站全年發(fā)電量的1.5倍。”李妍介紹。“為了滿足本地用電負(fù)荷的快速增長，蘇州引入了大量區(qū)外來電，但這種模式在特定情況下會(huì)造成大功率缺額，將嚴(yán)重影響蘇州電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此在蘇州昆山地區(qū)建設(shè)大容量儲(chǔ)能電站，能夠保障電網(wǎng)運(yùn)行安全，增強(qiáng)電網(wǎng)事故應(yīng)急響應(yīng)能力，同時(shí)為促進(jìn)全省新能源消納提供了新的途徑。”
與鎮(zhèn)江儲(chǔ)能電站的“分散式布置、集中式控制”設(shè)計(jì)不同的是，蘇州昆山儲(chǔ)能電站的電池艙需要布置在同一場(chǎng)地。“昆山儲(chǔ)能電站一次放電量相當(dāng)于130個(gè)家庭一整年的用電量，設(shè)計(jì)規(guī)模在世界上尚屬首次。我們面臨的問題是如何解決百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站設(shè)備數(shù)量大、種類多、土地資源利用率不高，火災(zāi)安防風(fēng)險(xiǎn)加大，以及精準(zhǔn)調(diào)控難度大這三個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。”李妍說。
為了確保設(shè)計(jì)萬無一失，國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院迅速組建了新的儲(chǔ)能設(shè)計(jì)專項(xiàng)團(tuán)隊(duì)，第一時(shí)間赴蘇州地區(qū)開展實(shí)地踏勘考察。“蘇州地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，土地資源寶貴，我們想到可以利用已經(jīng)退役的昆山220千伏變電站來建設(shè)儲(chǔ)能電站。同時(shí)，我們還將常規(guī)儲(chǔ)能電站中采用的電池艙間隔3米布置方式改為背靠背、中間夾防火墻的緊湊式布置方式，并采用大容量、大功率的儲(chǔ)能單元設(shè)備以減少場(chǎng)地變壓器數(shù)量，這樣有效節(jié)約占地近20%，節(jié)約投資約3200萬元。”國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院儲(chǔ)能設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)成員王俊說。
在儲(chǔ)能電站的安全防護(hù)方面，考慮到電池艙安全和電池防爆的因素，經(jīng)研院儲(chǔ)能設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過技術(shù)攻關(guān)和專題研究，采用了相較于傳統(tǒng)三元鋰電池更為安全的磷酸鐵鋰電池作為昆山儲(chǔ)能電站的電池設(shè)備。此外，在平面布置上，經(jīng)研院儲(chǔ)能設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提出增加防火墻，將事故范圍限定在兩組電池艙內(nèi)，并在艙內(nèi)采用氣體消防+高壓細(xì)水霧的消防方案，有效減小了火災(zāi)發(fā)生的概率以及發(fā)生后造成的危害。
“昆山儲(chǔ)能電站功率/容量調(diào)控復(fù)雜，精準(zhǔn)調(diào)控難度很大。我們經(jīng)過和廠家、科研院所等多個(gè)單位的溝通與交流，最終優(yōu)化了儲(chǔ)能電站的監(jiān)控系統(tǒng)和協(xié)調(diào)控制與能量管理方式的設(shè)計(jì)，大幅提升了儲(chǔ)能站的毫秒級(jí)響應(yīng)能力?？梢哉f，昆山儲(chǔ)能站相較于普通的儲(chǔ)能電站來說，運(yùn)行安全性和靈活性都有了極大的提升。”國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院儲(chǔ)能設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)成員諸曉駿介紹。
依托鎮(zhèn)江儲(chǔ)能項(xiàng)目、蘇州昆山儲(chǔ)能項(xiàng)目、南京江北梯次電站等“明星”工程的設(shè)計(jì)和建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院儲(chǔ)能設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)迅速掌握了儲(chǔ)能設(shè)計(jì)和研究的核心競爭力。編制首個(gè)電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能模塊化設(shè)計(jì)方案；出版國內(nèi)首部《電化學(xué)儲(chǔ)能電站典型設(shè)計(jì)》；牽頭開展國網(wǎng)指南項(xiàng)目研究《電網(wǎng)側(cè)規(guī)?；娀瘜W(xué)儲(chǔ)能應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)及工程示范》并獲國網(wǎng)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)；參與編訂企標(biāo)《電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)劃技術(shù)導(dǎo)則》......2018年以來，國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院儲(chǔ)能設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在儲(chǔ)能相關(guān)技術(shù)上取得了授權(quán)發(fā)明專利10項(xiàng)，發(fā)布國家標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)、國網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8項(xiàng)，發(fā)表論文35篇，取得軟件著作權(quán)4項(xiàng)的驕人成績。
超前謀劃，聚焦“雙碳”背景下的儲(chǔ)能安全
中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議指出，要構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，這是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的一個(gè)關(guān)鍵。新能源具有隨機(jī)性、波動(dòng)性、間歇性特點(diǎn)，與現(xiàn)有電力系統(tǒng)電力-電量”時(shí)空瞬態(tài)平衡的物理特性相沖突，必須匹配充足的靈活調(diào)節(jié)資源才能保障整個(gè)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，這主要依靠以火電、水電為主的各類調(diào)峰調(diào)頻資源以及各類儲(chǔ)能資源，二者互為支撐、缺一不可。
國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院的研究表明，為順利推進(jìn)“十四五”期間江蘇“雙碳”目標(biāo)落地，同時(shí)滿足電網(wǎng)毫秒級(jí)響應(yīng)需求，“十四五”期間江蘇仍需再新增以電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能為主的65萬千瓦儲(chǔ)能系統(tǒng)接入江蘇“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”系統(tǒng)。此外，“十四五”期間江蘇電網(wǎng)供電壓力將會(huì)繼續(xù)增大，為緩解電網(wǎng)供電壓力、提升新能源消納占比、保障電網(wǎng)運(yùn)行安全，需要配置300~400萬千瓦的電源側(cè)儲(chǔ)能和一定比例的用戶側(cè)儲(chǔ)能。
因此，“十四五”期間江蘇建設(shè)一定規(guī)模的儲(chǔ)能系統(tǒng)，可在保障電網(wǎng)安全、減少滿足尖峰負(fù)荷的系統(tǒng)建設(shè)投資、提供系統(tǒng)運(yùn)行效率、促進(jìn)節(jié)能減排等方面發(fā)揮良好效益。同時(shí)，可促進(jìn)我國儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展，提高我國儲(chǔ)能技術(shù)的國際競爭力，對(duì)于推動(dòng)江蘇及我國儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，加速江蘇“雙碳”落地進(jìn)程起到積極的推動(dòng)作用。
電化學(xué)儲(chǔ)能，是目前全球應(yīng)用范圍第二廣的儲(chǔ)能形式，也是未來儲(chǔ)能發(fā)展的重要技術(shù)路線之一。國網(wǎng)江蘇省電力有限公司是我國電網(wǎng)側(cè)電化學(xué)儲(chǔ)能的領(lǐng)軍者，在全國率先開展電化學(xué)儲(chǔ)能規(guī)模化應(yīng)用，目前全省已投運(yùn)電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目總規(guī)模為227兆瓦/422兆瓦時(shí)，在省級(jí)電網(wǎng)中居全國首位。
儲(chǔ)能的規(guī)模上去了，安全運(yùn)行問題也隨之而來。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，江蘇全省95%的電網(wǎng)側(cè)電化學(xué)儲(chǔ)能電站均采用鋰電池（磷酸鐵鋰電池）技術(shù)，這種技術(shù)在儲(chǔ)能電站常規(guī)運(yùn)行時(shí)十分安全。不過，由于電池本體、運(yùn)行環(huán)境和管理模式等或多或少存在缺陷，往往會(huì)在高溫、撞擊等特殊情況下出現(xiàn)異常反應(yīng)。
“從實(shí)際數(shù)據(jù)來看，2020年全世界發(fā)生儲(chǔ)能電站火災(zāi)就超過30起。普通儲(chǔ)能電站的電池艙在發(fā)生火災(zāi)時(shí)會(huì)出現(xiàn)常規(guī)煙感、溫感探測(cè)器告警滯后，有導(dǎo)致漏報(bào)的可能，而目前應(yīng)用較多的七氟丙烷等氣體滅火系統(tǒng)劑量配置有限，無法持續(xù)噴射降溫和抑制電池火災(zāi)復(fù)燃，這可能造成儲(chǔ)能電站產(chǎn)生更大范圍的火災(zāi)。所以，對(duì)于儲(chǔ)能電站進(jìn)行合理可靠的消防設(shè)計(jì)十分必要。”國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院設(shè)計(jì)中心綜合能源服務(wù)室專職張群介紹。
為了最大程度地保障儲(chǔ)能電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行，2018年9月，國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院在接到省公司委托的江蘇省第二批次電網(wǎng)側(cè)電化學(xué)儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，便開始著手牽頭研究電化學(xué)儲(chǔ)能電站的消防設(shè)計(jì)。
“我們的目標(biāo)是建立起儲(chǔ)能系統(tǒng)安全防護(hù)體系，并形成一套規(guī)?；瘍?chǔ)能電站的消防典型設(shè)計(jì)。”國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院設(shè)計(jì)中心土建室員工、儲(chǔ)能消防技術(shù)專家吳靜云介紹。“結(jié)合蘇州昆山儲(chǔ)能電站、淮安官塘儲(chǔ)能電站等江蘇第二批次儲(chǔ)能電站的設(shè)計(jì)實(shí)踐，我們?cè)趪鴥?nèi)外首次系統(tǒng)性地提出了預(yù)制艙式磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能電站的消防技術(shù)方案，并整理發(fā)布了國內(nèi)外首個(gè)規(guī)?；瘍?chǔ)能電站的消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。”
在國網(wǎng)江蘇省電力公司安監(jiān)部的統(tǒng)一指導(dǎo)下，國網(wǎng)江蘇經(jīng)研院還與應(yīng)急管理部天津消防研究所等儲(chǔ)能消防領(lǐng)域一流團(tuán)隊(duì)一起共同開展了磷酸鐵鋰電池?zé)崾Э貦C(jī)理、電池缺陷預(yù)判、電池滅火技術(shù)和電站防火設(shè)計(jì)四個(gè)方面的實(shí)戰(zhàn)研究。
經(jīng)過總計(jì)58次的電池實(shí)體火災(zāi)模擬試驗(yàn)驗(yàn)證，經(jīng)研院等單位揭示了磷酸鐵鋰電池在不同熱失控情況下的反應(yīng)規(guī)律，并從事前、事中和事后三個(gè)層次構(gòu)建了電化學(xué)儲(chǔ)能電站電池缺陷預(yù)判、可燃?xì)怏w探測(cè)預(yù)警及聯(lián)動(dòng)控制、主動(dòng)式分區(qū)布置的站區(qū)防護(hù)等五級(jí)安全防護(hù)體系，形成了完善的儲(chǔ)能電站火災(zāi)響應(yīng)策略。目前，上述成果均已在蘇州昆山儲(chǔ)能電站等江蘇省第二批電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站工程中得到全面應(yīng)用。
原標(biāo)題：立足“雙碳”目標(biāo)，攻堅(jiān)儲(chǔ)能安防
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