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核心提示：當前，我國新型儲能技術正加快發展，新型鋰離子電池、液流電池、飛輪、壓縮空氣、氫（氨）儲能、熱（冷）儲能等材料領域技術相繼涌現，帶動產業熱度的持續升溫。
日前，我國首個移動式大容量全場景電池儲能站——南方電網河北保定電池儲能站投入商業運行。該儲能站位于保定國家高新技術產業開發區，功率6兆瓦，容量超過7.2兆瓦時，轉換效率達到98%。該儲能站的投運標志著我國高壓級聯關鍵技術研究取得成功，有效解決了電池儲能站應用場景固定限制的難題。
此前，我國電池儲能站主要采用低壓380伏儲能系統，經變壓器升壓至10千伏后并入電網儲能發電。不同于傳統儲能站，南方電網河北保定電池儲能站應用了高壓級聯鏈式儲能變流器拓撲，將電池組通過模塊級聯方式直接接入10千伏高壓交流系統。該儲能站采取集裝箱設計，各電池加裝運輸底座，成為我國第一座無須配套變壓器的移動式電池儲能站，可隨時靈活“動”起來。
實現我國電化學儲能領域三個“首次”
“十四五”時期是我國新型儲能發展的重要戰略機遇期。《“十四五”新型儲能發展實施方案》明確提出，到2025年，新型儲能由商業化初期步入規模化發展階段，具備大規模商業化應用條件；到2030年，新型儲能全面市場化發展。
新型儲能是指除抽水蓄能以外的新型儲能技術，是構建新型電力系統的重要技術和基礎裝備，是實現碳達峰碳中和目標的重要支撐。
“未來我國大規模的新能源并網消納需要大電網的支撐，尤其是隨著新型電力系統建設不斷推進，儲能站應用場景不斷豐富，同時提出了儲能系統可移動性能的新要求。在此背景下，我們開展了移動式大容量全場景電池儲能站的研發。”南網儲能公司儲能科研院院長、高壓級聯項目負責人陳滿介紹。該儲能站不僅實現了儲能高效率的目標，還豐富了移動式大容量儲能站作為“有源式”并網測試平臺等應用場景。
“這好比原來開的是小汽車，受限于馬力，每次只能拉10噸貨；現在這個大容量全場景電池儲能站是大卡車，直接拉50噸貨甚至更多。”對于大容量，陳滿打了一個形象的比喻。
南方電網河北保定電池儲能站的示范建設還實現了我國電化學儲能領域的三個首次：首次運用了“H橋”的級聯結構，可在大幅減少儲能系統數量的情況下，實現同等儲能效率；首次研究應用電池簇間熱阻隔技術，對電池柜作耐壓絕緣和防火隔熱處理，在電池陣列之間加裝隔熱板，大幅延長火災等極端情況下的救援緩沖時間至60分鐘；首次攻克了移動式大容量電池儲能站黑啟動關鍵技術，可為局部電網提供靈活、快速、可靠的黑啟動電源服務。
大容量和可移動兩種性能完美結合
如何突破大容量和可移動兩種條件的相互制約，是研發團隊遇到的最為棘手問題。
“一方面，如何在有限的空間內將電池、變流器、控制柜等設備高效的排列，同時保證電氣絕緣可靠和熱管理安全性，這是一個難題；另一方面，如何在運輸全過程中對集裝箱及其內部設備狀態進行監測、保障其可靠性，也是必須解決的難題。”南網儲能公司儲能科研院高壓級聯項目技術專家李勇琦說。
為此，團隊對移動式大容量高壓級聯電池儲能系統的絕緣結構進行解剖，創新性地將“H橋”級聯結構應用于移動式電站，首次將儲能站大容量和可移動兩種性能完美結合。
隨著電化學儲能蓬勃發展，電池熱失控的問題被暴露在聚光燈下，儲能系統安全性能是電化學儲能發展的底線。
“我們不僅對‘事前’措施進行了創新設計，還首次采用了不燃耐火材料，對集裝箱式儲能站做了簇間熱阻隔設計，延長了‘事后’救援緩沖時間。”李勇琦表示，這相當于在船與船之間加上阻燃板，可最大程度避免出現“火燒連環船”的情景，為延長電池熱失控救援時間提出了新的方向。
大面積停電后的系統自恢復通俗地稱為黑啟動。針對儲能站黑啟動要求儲能系統具有離網運行模式，且具備零起升壓、二次調頻調壓、頻率范圍控制等能力，對儲能變流器要求較高的特點，團隊逐一攻克了移動式大容量電池儲能站黑啟動的各關鍵技術難題。這是黑啟動在移動式儲能站的首次應用，未來可為局部電網提供靈活、快速、可靠的黑啟動電源服務。
可應用于各電化學儲能場景
“這樣一座控制技術成熟、安全性能穩定的移動式大容量電池儲能站可應用于各電化學儲能場景。”陳滿說。
在電源側，該儲能站可平滑新能源出力波動，提供備用容量；在電網側，該儲能站可改善輸配電網絡功率分布，滿足設備檢修和線路融冰等特殊時期的臨時供電需求；在用戶側，該儲能站能夠有效調節季節性區域內負荷，作為電網突發事故、春運等時段性事件的應急電源。此外，該儲能站還可以作為儲能產品并網的性能測試平臺，為不同儲能產品性能對比提供大容量電源。
新能源“看天吃飯”的先天屬性使其帶有間歇性、波動性的特征，而電網又要保持電源和負荷的實時平衡。“該儲能站所用到的高壓級聯關鍵技術，能為新型電力系統提供更好的調節服務，使得整個電網更加安全穩定。”陳滿表示。
值得一提的是，自2020年起，南方電網公司大力推動科技項目“揭榜制”“掛帥制”落地實施，面向國家重大科研需求、行業科技前沿等領域發動科研人員技術攻關。該儲能站的“高壓級聯儲能系統規模化應用關鍵技術研究”是首批科技項目“揭榜制”“掛帥制”試點項目之一，由南網儲能公司“掛帥”攻關，與北京四方公司、上海交通大學等單位合作研究，推動產學研用一體融合實踐。項目研究工作已發表論文9篇、完成各類專利受理授權30余項，下一步將實現更大容量的高壓級聯，推廣升級前景十分廣闊。
當前，我國新型儲能技術正加快發展，新型鋰離子電池、液流電池、飛輪、壓縮空氣、氫（氨）儲能、熱（冷）儲能等材料領域技術相繼涌現，帶動產業熱度的持續升溫。預計到2025年末，新型儲能在電力系統中的裝機規模將達到3000萬千瓦以上，年均增長50%以上。高壓級聯作為儲能領域集成應用技術的創新突破，將持續助推儲能產業模式的優化完善，為服務構建新型電力系統發揮積極示范作用。
此前，我國電池儲能站主要采用低壓380伏儲能系統，經變壓器升壓至10千伏后并入電網儲能發電。不同于傳統儲能站，南方電網河北保定電池儲能站應用了高壓級聯鏈式儲能變流器拓撲，將電池組通過模塊級聯方式直接接入10千伏高壓交流系統。該儲能站采取集裝箱設計，各電池加裝運輸底座，成為我國第一座無須配套變壓器的移動式電池儲能站，可隨時靈活“動”起來。
實現我國電化學儲能領域三個“首次”
“十四五”時期是我國新型儲能發展的重要戰略機遇期。《“十四五”新型儲能發展實施方案》明確提出，到2025年，新型儲能由商業化初期步入規模化發展階段，具備大規模商業化應用條件；到2030年，新型儲能全面市場化發展。
新型儲能是指除抽水蓄能以外的新型儲能技術，是構建新型電力系統的重要技術和基礎裝備，是實現碳達峰碳中和目標的重要支撐。
“未來我國大規模的新能源并網消納需要大電網的支撐，尤其是隨著新型電力系統建設不斷推進，儲能站應用場景不斷豐富，同時提出了儲能系統可移動性能的新要求。在此背景下，我們開展了移動式大容量全場景電池儲能站的研發。”南網儲能公司儲能科研院院長、高壓級聯項目負責人陳滿介紹。該儲能站不僅實現了儲能高效率的目標，還豐富了移動式大容量儲能站作為“有源式”并網測試平臺等應用場景。
“這好比原來開的是小汽車，受限于馬力，每次只能拉10噸貨；現在這個大容量全場景電池儲能站是大卡車，直接拉50噸貨甚至更多。”對于大容量，陳滿打了一個形象的比喻。
南方電網河北保定電池儲能站的示范建設還實現了我國電化學儲能領域的三個首次：首次運用了“H橋”的級聯結構，可在大幅減少儲能系統數量的情況下，實現同等儲能效率；首次研究應用電池簇間熱阻隔技術，對電池柜作耐壓絕緣和防火隔熱處理，在電池陣列之間加裝隔熱板，大幅延長火災等極端情況下的救援緩沖時間至60分鐘；首次攻克了移動式大容量電池儲能站黑啟動關鍵技術，可為局部電網提供靈活、快速、可靠的黑啟動電源服務。
大容量和可移動兩種性能完美結合
如何突破大容量和可移動兩種條件的相互制約，是研發團隊遇到的最為棘手問題。
“一方面，如何在有限的空間內將電池、變流器、控制柜等設備高效的排列，同時保證電氣絕緣可靠和熱管理安全性，這是一個難題；另一方面，如何在運輸全過程中對集裝箱及其內部設備狀態進行監測、保障其可靠性，也是必須解決的難題。”南網儲能公司儲能科研院高壓級聯項目技術專家李勇琦說。
為此，團隊對移動式大容量高壓級聯電池儲能系統的絕緣結構進行解剖，創新性地將“H橋”級聯結構應用于移動式電站，首次將儲能站大容量和可移動兩種性能完美結合。
隨著電化學儲能蓬勃發展，電池熱失控的問題被暴露在聚光燈下，儲能系統安全性能是電化學儲能發展的底線。
“我們不僅對‘事前’措施進行了創新設計，還首次采用了不燃耐火材料，對集裝箱式儲能站做了簇間熱阻隔設計，延長了‘事后’救援緩沖時間。”李勇琦表示，這相當于在船與船之間加上阻燃板，可最大程度避免出現“火燒連環船”的情景，為延長電池熱失控救援時間提出了新的方向。
大面積停電后的系統自恢復通俗地稱為黑啟動。針對儲能站黑啟動要求儲能系統具有離網運行模式，且具備零起升壓、二次調頻調壓、頻率范圍控制等能力，對儲能變流器要求較高的特點，團隊逐一攻克了移動式大容量電池儲能站黑啟動的各關鍵技術難題。這是黑啟動在移動式儲能站的首次應用，未來可為局部電網提供靈活、快速、可靠的黑啟動電源服務。
可應用于各電化學儲能場景
“這樣一座控制技術成熟、安全性能穩定的移動式大容量電池儲能站可應用于各電化學儲能場景。”陳滿說。
在電源側，該儲能站可平滑新能源出力波動，提供備用容量；在電網側，該儲能站可改善輸配電網絡功率分布，滿足設備檢修和線路融冰等特殊時期的臨時供電需求；在用戶側，該儲能站能夠有效調節季節性區域內負荷，作為電網突發事故、春運等時段性事件的應急電源。此外，該儲能站還可以作為儲能產品并網的性能測試平臺，為不同儲能產品性能對比提供大容量電源。
新能源“看天吃飯”的先天屬性使其帶有間歇性、波動性的特征，而電網又要保持電源和負荷的實時平衡。“該儲能站所用到的高壓級聯關鍵技術，能為新型電力系統提供更好的調節服務，使得整個電網更加安全穩定。”陳滿表示。
值得一提的是，自2020年起，南方電網公司大力推動科技項目“揭榜制”“掛帥制”落地實施，面向國家重大科研需求、行業科技前沿等領域發動科研人員技術攻關。該儲能站的“高壓級聯儲能系統規模化應用關鍵技術研究”是首批科技項目“揭榜制”“掛帥制”試點項目之一，由南網儲能公司“掛帥”攻關，與北京四方公司、上海交通大學等單位合作研究，推動產學研用一體融合實踐。項目研究工作已發表論文9篇、完成各類專利受理授權30余項，下一步將實現更大容量的高壓級聯，推廣升級前景十分廣闊。
當前，我國新型儲能技術正加快發展，新型鋰離子電池、液流電池、飛輪、壓縮空氣、氫（氨）儲能、熱（冷）儲能等材料領域技術相繼涌現，帶動產業熱度的持續升溫。預計到2025年末，新型儲能在電力系統中的裝機規模將達到3000萬千瓦以上，年均增長50%以上。高壓級聯作為儲能領域集成應用技術的創新突破，將持續助推儲能產業模式的優化完善，為服務構建新型電力系統發揮積極示范作用。
