项海锋：南都电源铅炭及锂电储能

　　4月24-26日,由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会主办的第九届中国国际储能大会在浙江省杭州市洲际酒店召开。在4月24日下午的“国际储能市场与政策专场”,浙江【南都电源(300068)、股吧】动力股份有限公司海外储能技术总监项海锋在会上分享了主题报告《南都电源铅炭及锂电储能》,以下为演讲实录:

　　项海锋::大家下午好!

　　首先,由于发电和用电不平衡,导致电网频率不平衡,而为了提高新能源发电比重,更加要确保这个频率的平衡,这就需要用到储能系统进行调频。

　　德国调频有明确的要求,需要符合什么样的标准,然后才能参与调频;同时,因为频率是随机的,所以储能系统还要保持自身的平衡,需要与EEX之间的进行能源互动;德国调频是一个非常稳定也非常健全的运行体制,德国调频是针对欧洲大电网调频的典型统称,目前覆盖到6个国家,包括德国、法国、荷兰、比利时、奥地利等,所以是非常大一个市场;

　　调频(模式)包括三种主要调频模式,我们这边主要做的就是一次调频;

　　调频市场,根据过往这么多年的经验,按市场划分,可分成三大类:第一类,德国调频主要覆盖西欧几个国家,他们的政策非常清晰,要求明确,同时收益比较稳定。第二类,是美国英国澳洲这种国家,它的准入门槛比较低但是收益又各凭本事,同时惩罚机制也是非常苛刻。第三类,是其他的国家,比如中国,南都都有做项目、做方案,后面也会提到,没有很健全政策,大家都要凭着自身的理解。

　　对应的储能调频方案,南都主打的产品有两大类,锂电池和铅碳电池,其中锂电池主要是磷酸铁锂,LFP;这不是因为南都同时有这两类产品所以才推这两套方案,这是针对不同的调频应用及政策。

　　价格因素,大家左图,这是LFP与铅炭的价格在变化,趋于接近。这是与锂电技术发展有关,也与大宗铅价变化有关;再右图,在不同的应用条件下,从功率型到能量型,储能系统放电倍率越来越低,LFP和铅碳方案的寿命期度电成本变化趋势如图,彼此有高有底,基于这样的不一样,针对不同的应用案例会有不同的方案。

　　这是南都的方案,锂电有四种,铅炭是一种,后面会详细介绍。四种锂电方案,采用相对标准化的方案,包括四款电芯,分别为0.5C,1,0C,2.0C和5C应用,设计成两款模组,三款Rack,等等标准化元素,所有这些方案会融合到一起,根据不同的市场需要,形成不同的方案,同时所有的BOP要符合相关的认证。

　　这个就是南都的铅炭方案,相对来说元素数量少一,电芯有两种,铅炭没有模组的。

　　大家都可以认识到的、所有人都认识到电池技术很重要,场景分析很重要,热管理很重要,安全设计很重要。储能系统要有很好的寿命,一般10年寿命以上的储能系统,才能产生良好的收益;而电池对温度很敏感,其实每个人都对温度很敏感,生活在热带地区的人相对来说会“快”一,所以制冷很重要;还有如何用它,每天有很好的休息,还是疯狂的用它;最后就是安全。

　　但是南都在设计储能方案的时候,是倒过来的,首先是安全,然后是运行,怎么运行?然后是如何确保延长寿命,然后再是实现我们想要的寿命要求,我们再光寿命这一块,考虑因素不止寿命这一,在制冷系统这一块,它的设计是从电芯开始到模组、到整个集装箱,全部都是配套的。紧接着就是如何用它,用好它,就需要有效的监控电池状态,包括它的SOC、SOH,而且作为调频应用,这些监控息又直接影响系统运行效果及效益;然后是安全。安全方面太多了,比如说消防跟所有的电气要怎么联动呢?电池的运行控制策略怎么样的,什么时候要安全保护,什么时候可以去运行等,今天因为时间非常有限,下一次有机会可以深入的交流。

　　我们不希望出现这两种情况,就是压差很大,温度偏差很大导致寿命不好,更不希望出现韩国这样的情况,起火爆炸,所以其实我们做了很多的工作,你比如说在保护方面我们有六层保护,在电气安全方面有五层。这是我们做的认证,譬如UL9540、UL1973等,24项安全认证,包括针对电芯、模组、电池组、BMS、储能系统等,这是我们做的大量工作。同时,覆盖了从生产、交付、应用、人身安全、设备的安全,包括FTA、FMEA等等的。这些是其他的配套的认证,我们根据不同的国家,需要有对应认证;

　　认证它不光是一个门槛,更是验证一个产品设计合理性,而第三方认证机构,相当于我们的手、我们的眼睛,帮我们去考察这些产品,这里要感谢就是ETL给我们做出大量的支持。

　　我们这里简单罗列一些证书,包括非常常规的UL、IEC、CE等认证,这90分钟防火认证,这是其中一部分的资料。

　　南都的产品就是两种,我简单一笔带过,第一个就是铅炭技术,能够有效克服铅酸电池的硫酸盐化问题,结合我们电池的设计,形成RXC这一款电池产品;第二个就是锂电,采用LFP。为什么用这个呢?简单举例说明,这个就是Oliver晶体结构,小在中间,就是锂离子,不是结构一部分;LFP电池的正、负极,就像是两个房子,两个房子之间的路就是电解液,而房子里面的人,就是锂离子;充放电过程,就像是人在两个房子之间转移。而人并没有去承重这个结构,所以人离开的时候,这个结构不会因为人的离开垮塌,所以说,LFP中,锂离子的转移,不会导致Olver晶体结构的垮塌,这就是为什么LFP的安全性比NMC等其他锂离子技术都要好的因。

　　我再简单介绍几个我们正在做的一些工作,比如说这个是一个CFT的仿真,这是另外一个产品的仿真,还有一款锂电的仿真,做大量这样的仿真工作,就是说要保证我们的设计能够确保整个BESS的运行性能、寿命。包括这个我可以给大家简单介绍一下,这就是一个Rack,可以到每个模组、每个电芯的散热情况。大家提到的热失控。HVAC&Duct设计是其中一个重要方面,我们如何去避免BESS热失控,这里也有很多值得我们深入学习的地方。

　　这是一个对应用的分析,对功能的性能的评估。第一个图是德国电网频率,右边那个是铅碳电池的IC回路;左下方是根据南都铅碳电池的特性,是根据电网频率进行的测试及模拟结果,用以评估我们的系统该如何配置,才能够有效地控制BESS SOC在特定范围内运行,同时满足德国调频的要求。右下图是德国调频30分钟准则的测试模拟结果;

　　另外,综合性的电池性能以及应用特性论证、评估、认证,以确定整个系统的性能,这样有利于方案做到既不冗余、也不会因为设计不佳导致运行性能不好。

　　这是在秘鲁的一个案子,它的整个的运行模式,我们通过这个来分析,它在每一年的时间内,它的输出功率、输出频率以及时段、分布,以此来分析我们电池在这样的使用功率下应该怎么配、是什么样的运行模式,这个就是典型的几天的运行工况是最恶劣的,通过模拟通过这个分析,最恶劣的运行工况的情况,来进一步的判断分析佐证;

　　那么这个是实际的一个运行数据,这是我们真实的站的运行数据,第一个图是频率,第二个是功率,第三个就是SOC范围内,没有这个的。第三这个图是SOC的一个曲线,这个就是结合了SOC之后的实际功率情况,最后是实际的SOC控制范围。

　　过去的很多年我们做了很多大大小小的项目,比较典型的这个项目在印度,南都储能是印度第一个储能调频项目,也是南都在印度的第一个项目,是用铅炭还有锂电做储能调频。

　　今年,2019年,我们我们正在交付一些项目,我是指不是在应标,而是实实在在在做交付的过程。德国调频,总共做5个项目,已经交付3个;德国C&I 调频,一共12个项目,已经做了2个,在持续交付当中;秘鲁、哥伦比亚,各1个项目;澳洲有三个项目。

　　这是在德国其中两个项目,每个项目都是19.8MW/25MWh,用的是铅炭电池,已经投入PCR运行,收入还可以。

　　这是第三个项目,已经在开工建设;这个是上周有幸拿到德国清洁能源的一个奖项,就是DCTI,经过的差不多大半年时间的技术资料评估,他们认为这个项目是值得颁奖,颁了一个DCTI技术驱动奖。

　　这个是在南美的一个项目,就是说我们即将交付的项目,用在火力发电电站中,代替电站进行电网调频,火力发电站有承担调频的职责,用我们的BESS去代替发电机组去做调频的,性价比更高。

　　这个就是储能在C&I侧的应用项目,同时,再右下角这个图,来自西门子旗下卡特瓦(音)公司的图例,所有的C&I电站,形成一个能源互联网,作为虚拟电站同步运行,参与德国调频服务;德国调频要求以1MW为阶梯单位,提供调频服务,能源互联网即虚拟电站的方案实现了C&I及调频应用的有效结合;

　　这个是南都在澳洲的项目,南澳,这个位置的项目一共有三期,现在开始在做交付阶段了。

　　感谢大家,我的汇报就是这些。