影响铅碳储能电站收益的因素分析及解决方法

引言

近年来随着铅碳蓄电池成本降低,基于铅碳蓄电池的储能电站已具有商业开发价值,在峰谷电价差大的地方已大规模建设、投运。储能作为一种新型的能源利用方式,各投资主体对其掌握不够,极易造成其理论收益与实际收益的巨大差异。如何提高电站的收益成为各个电站研究的重点。本文介绍了影响储能电站收益的一些现象,通过分析提出了解决方案,以达到提高收益的目的。

1电池一致性差对储能电站收益的影响

电池组容量符合"木桶原理",最差的那块电池的容量决定整个电池组的能量。为防止电池过充过放,放电时,当最低单体电压达到放电截止电压时,电池管理系统将使整个电池组停止放电:充电时,当最高单体电压触及充电截止电压时,电池管理系统将使整个电池组停止充电。当大量电池串联,以相同的电流充放电使用时,容量小的电池始终在满充满放,容量大的电池却一直使用部分容量,整个电池组的容量总有一部分处于闲置状态,资源不能充分利用。

以某储能电站250kw储能变流器(PCs)为例,其直流母线并联接入四组电池,每组电池组由312块2V、1000Ah铅碳蓄电池串联组成,其中任一蓄电池异常或故障都将导致整台PCs的限功率或停机。如PCs提前1h结束放电,将损失250×0.7=175元收益(0.7为峰谷差价,这里的峰谷差价并非电网峰谷差价,而是储能电站投资方与用户之间签订的峰谷差价,一般低于电网峰谷差价,相当于将一部分收益分享给用户,各个储能电站的峰谷差价存在一定的差异)。当有一块蓄电池有问题时也将使蓄电池充电提前结束,蓄电池充电不足会导致放电时长达不到理想放电时间8h。一块蓄电池的问题将影响整个电站的收益,降低储能电站的效率,大幅减少储能电站的收益,增加运维、财务、管理等成本,使电站的回收期延长。同时,性能差的蓄电池劣化速度会加快,进而加速整组蓄电池的劣化,形成恶性循环。

现阶段主要的解决方法:(1)提高蓄电池生产工艺水平,保证同一批次产品的一致性:(2)在铅碳蓄电池出厂时对蓄电池做一致性试验,筛选一致性好的蓄电池编组并做好记录:(3)现场安装时按照蓄电池出厂时的一致性编号进行安装验收,杜绝将一致性不好的电池编为一组:(4)在电站运维期间及时更换性能差的电池:(5)检查BMS系统的均衡功能是否正常投入:(6)严格按照蓄电池保养手册对蓄电池进行定期保养:(7)及时更换漏液、鼓包等异常蓄电池。

2电池管理系统(BMM)异常对储能电站收益的影响

由于BMS可以直接控制PCS,所以当BMS异常或故障时将直接导致PCS限功率或停机。现场BMS的主要问题是蓄电池测温探头损坏、电压测试线损坏、蓄电池信息采集单元故障、BMS保护定值整定错误、直流断路器性能不可靠导致误跳闸、蓄电池连接条设计选型不合理导致蓄电池温度高、直流电缆绝缘损坏导致绝缘下降甚至短路的严重事件等,这些故障都将导致BMS向PCS发限功率或停机指令。

上述问题主要解决方案:(1)严把设备选型关,一定要在价格合理的前提下选择质量好、工艺优异的厂家,不能因一味追求降建设成本而增加运维成本,要全生命周期考虑电站的成本与收益。(2)要严把安装关,测温探头、电压测试线、电缆以及其他一些电子设备等极易损坏的物品在现场安装时一定要做好保护,规范安装。(3)蓄电池连接条要按规定力矩安装,力矩过大容易损坏蓄电池极柱,力矩过小容易使蓄电池极柱与连接条的接触电阻增大导致发热甚至蓄电池起火。在投产后要定期对蓄电池连接条温度进行测试并与蓄电池采集温度对比,此方法既可用来判断连接条是否连接紧密,也可用来判断蓄电池温度采集是否正常。(4)加强调试、试运期的设备管理,设备试验、试运按规程严格执行,试验数据要及时记录、保存,发现异常要分析原因并及时处理。

3能量管理系统(EMM)异常对储能电站收益的影响

EMS是针对电池储能系统研发的软件平台,可对厂站的一次设备、二次设备、数据通信设备进行实时管理、维护和监控,是整个电站的神经中枢。其强大的分析功能、完善的故障报警,可有效解决厂站通信中存在的各厂家通信规约不同并使用各自的监控管理程序等导致的管理混乱问题,从而实现合理、规整的统一监视和管理,达到提高厂站自动化管理水平、保障电站安全、可靠、稳定运行的目的。现阶段EMS主要问题是系统死机,导致死机的具体原因主要包括:系统软件不稳定:一些EMS安装在集装箱内,通风散热条件不好,导致设备温度高:PCS工作时谐波大,电站抗干扰能力不足等。EMS运行不稳定将导致PCS停机,影响PCS充放电策略的执行。

上述问题的主要解决方案:(1)继续完善软件的开发,提高软件的可靠性:(2)集装箱内的EMS系统要考虑散热问题,必要时要增加空调制冷:(3)电站的抗干扰措施要完善,使用带屏蔽层抗干扰通信线,在干扰严重的情况下可以增加磁环或改用光纤通信。

4空调系统运行不正常对储能电站收益的影响

蓄电池正常运行需在一定的温度内,温度太低和太高均会影响其工作效率甚至导致安全事件(例如着火、爆炸等)。采用智能温度控制系统,既可以减少站用电,又可以保证系统的安全高效运行。空调的启停不光要参考环境温度,还要根据蓄电池的特性、温度、季节、安装位置等综合考虑。空调的定期维护、保养可大幅提高其可靠性。

5前期调研不充分对储能电站收益的影响

铅碳储能电站的主要收益来自于削峰填谷,如果前期对用户的用电情况调研不充分,盲目扩大电站容量,会导致设备利用率低:而电站容量小则会导致单位成本高的问题。江苏某铅碳储能电站由于容量超过用户需求,在充电时受限于变压器容量不能充满,造成设备效率低,资产闲置。由于用户的用电变化受市场变化影响较大,只调研一年的数据并不充分,毕竟储能电站的设计寿命是10年,所以在考虑电站容量时最好结合用户之前三年的数据和以后的市场预测情况综合分析。

6取得的成果

通过对新建电站从前期可研、设备选型、设计、安装、调试、试运行等各环节加强管理,加上管理、技术人员经验的积累,储能电站的运行可靠性大幅提高,收益得到保证,运行收益几乎接近设计收益,电站收益较先期投产电站提高10%:对已投产电站的改造也使电站收益大幅提高,大约为5%。