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1、第 37卷第 12期2009年 12月Vo.l 37No . 12Dec.2009分布式钠硫电池储能系统在美国的安装与应用贾宏新1,何维国2, 张宇2,符杨1( 1 . 上海电力学院 , 上海200090 ; 2 . 上海市电力公司技术 与发展中心 , 上海200025)摘要: 介绍了美国2006年投入商业运行的第一套基于钠硫电池的1 . 2 MW 分布 式储能 系统。详细 地阐述了该系统的选址条件、 电池参数和安装、 功率变换系统、运行性能等方面的情况, 并分解了项目成本, 以期为中国设计安装运行大规模电力储能系统提供参考和借鉴。关键词 : 分布式储能系统 ; 钠硫电 池;功率变换系统基金项
2、目 : 上海电力学院人才引进基金( k2008246);上海市教育委员会重点学科建设项目( J51301)作者简介 : 贾宏新 ( 19732), 男, 博士, 主要研究方向为电力储能技术、风力发电机设计与控制。中图分类号 : TM910文献标志码 : A文章编号 : 100129529( 2009) 1222032 203In stallation and app lication of distributed NA S energy storage syste m s in U S AJI A H o ng2 xin1, HE Wei2 guo2, Zhang Yu2, FU Yang1(
3、 1 .Shang haiUn iversity of E lectric Po wer ,Shanghai 200090 ,China;2. Technology& DevelopmentCenter ,S MEPC, Shang hai 200025 ,China)Abstr act : The first distributedNAS energystorage syste m rated1 . 2MW was put into co mmercial operation in USA in2006 . The site selection ,battery type selection
4、 and installation ,its power conversion system, andperfor mance of thissyste m were presented . The costof the syste m was alsoanalyzed .K eyword s : d istributed energystoragesystem( DESS); NAS battery ; power conversio n system (PCS)从 2001年开始 , 美国电力公司接到的分布式发电请求呈几何级数增长。用户拥有的分布式发电要实现大规模应用, 也面临许多诸如发电
5、位置的优化、发电的不确定性和低稳定性、能量回馈安全等问题。将优化后的分布式储能系统用于电网可以大大降低此类问题的风险, 增强电网运行者对整个电网的控制能力, 提高供电可靠性并能从分布式发电系统中获得收益。美国电力公司在西弗吉尼亚州的查尔斯顿市安装了美国历史上第一套基于钠硫电池的储能系统。该1. 2MW ( 7 . 2MW # h)钠硫电池储能系统于 2006年 6月 26日实现商业运行, 短期目标是减轻当地电力容量饱和的压力和提高供电的可靠性。为降低成本和取得实际运作经验, 美国电力公司没有采用交钥匙工程方式, 而是分别和主要的供应商签署合同。钠硫电池由日本NGK 公司提供 , Me iko公
6、司负责电池的运输, 电池系统的电气柜由 K ana wha制造公司提供, 功率变换器由美国 S &C 电气公司提供 123。1钠硫电池的储能系统情况1. 1储能系统场地选择经过对19个变电站的评估和筛选, 美国电力公司最终确定西弗吉尼亚州查尔斯顿市的Che m i2cal变电站做为储能系统的安装地点。评估储能系统安装地点的主要依据有: ( 1)需要增容或提高供电可靠性 ; ( 2)负荷以较慢的速度增长; ( 3)比传统扩容方案成本低 ; ( 4)未来规划的不确定性; ( 5)易于对新技术进行管理; (6)便于技术支持。1. 2Chem ical变电站接线Chem ical变电站是138 kV
7、输电和12 kV 配电电站 , 由 20MVA, 46 kV /12 kV 配电变压器和电压调节器提供三路馈电输出。在2005年 6 8月份, 已经接近负荷容量, 预计未来要超过容量上限, 因此, 安装储能系统能够在未来几年缓解供电压力, 而不需要建设新的变电站。储能系统安装在其中一条馈电线路上, 如图 1 所示。从图2的负荷曲线可以看出 ,峰值负荷出现在15 : 00 18 : 00时间段。因此 , 在负荷最高的时段, 可以让钠硫电名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1
8、 页，共 3 页 - - - - - - - - - 贾宏新 , 等分布式钠硫电 池储能系统在美国的安装与应用2033池以 120 % 的功率放电1 . 5 h , 即可以减小供电负荷1 . 2 MW。而在晚上负荷低谷期, 对钠硫电池进行充电。图 1储能系统安装位置图2W estW as h ington Street负荷曲线1. 3现场验收测试根据 IEEE 154722003和 1547 . 122005标准 ,对所有 20组电池模块进行现场充放电测试。放电时, 采用标准功率1 MW 和最大功率1. 2MW 两种方式 ,放电深度分别取100 %、90 %、 50 %和 33 %。采用这种充
9、放电逻辑的原因是:( 1)正常 运行时 放电 功率1MW, 预留0 . 2MW 用于紧急状况或偶然过负载 ; ( 2) 90 % 的放电深度可以延长电池的寿命1倍 (推荐的运行方式 ), 100%放电只运行于急需的场合; ( 3) 50 % 放电用于冬季两次用电高峰的场合 ; ( 4) 33%放电按需要用于短期频繁的放电。1. 4电池模块参数Che m ical变电站的电池储能系统由20组 50k W (峰值功率60 k W )的钠硫电池模块组成, 储能容量为360 kW # h, 尺寸是2. 3 m 1 . 8 m 0 . 7m,体积为2 . 9 m3, 重量为 3 400 kg 。1. 5
10、电池安装柜4个电气柜安装于户外水泥地基上, 防水、自然通风、便于搬迁。每个安装柜可以垂直安装5组电池 , 其结构尺寸如图3所示, 图 3中左侧低柜为电气接线盒。2功率变换系统由 S &C 公司设计制造的功率变换系统( Po w2图 3安装柜外形尺寸er Conversion Syste m, PCS)容量为1 . 25 MVA, 安装在钠硫电池和升压变压器( 1 . 5MVA, 480V /12kV )之间。其电气柜元件布局如图4所示。图 4PCS元件布局图电气接线和数据交换示意图如图5所示 , 钠硫电池模块分为2组, 每组 10个串联 ,经直流稳压后汇总到PCS逆变器。图 5PCS接线示意图
11、流入到PCS主控制器的数据包括: ( 1)配电网, 包括电流、 电压、潮流和馈电变压器的温 度;名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 3 页 - - - - - - - - - 20342009 , 37( 12)( 2) PCS元件 ; (3)钠硫电池控制器。PCS主控制器存储运行信息, 并通过S CADA 和人机 接口提供数据交互。与SC ADA 的通讯用 于电网调度;人机接口实现现场和远程的监控 , 供 AEP、 NGK和 S &C 公司使用。3系统整体验
12、收测试主要步骤( 1) 系统初始化测试检查逆变系统布线;设置 1 600安培断路器 ;电路绝缘测试 ;配电网供电 ;逆变器上电 ;核查紧急停机硬件(与 NGK 控制器 );直流稳压和逆变报警。( 2) 初级上电测试设置 H ioki测试设备 ;电压反馈 ;桥充电 ;交流滤波电容 ;系统对直流稳压和逆变报警的反应。( 3) 初始化运行初始化放电运行;初始化充电运行。( 4) 缺相停止供电试验( IEEE 1547 . 1)( 5) SCADA 和人机接口试验( 6) 放电试验33%容量 , 1 . 0MW;50%容量 , 1 . 2MW;50%容量 , 1 . 0MW + 33 % 容量 , 1
13、. 2 MW;90%容量 , 1 MW;90%容量 , 1 . 2MW;100%容量, 1. 2 MW;100%容量, 1. 0 MW。4运行性能与分析开始运行的前3个月为试运行, 期间详细监控了系统的性能参数。图6为最热3天的负荷曲线 ,储能系统在平衡负荷的同时, 也减小了温升3 6e , 从而延长了馈电变压器的使用寿命。图7为增加储能系统前后, 馈电变压器的功率和温升对比图。在钠硫电池储能系统运行期间, 馈电负载系数由0 . 75提 高到 0. 8。冬 季由于取暖的需要, 放电时间改为每天早晚2次。交流侧的实测效率为76%。为延长电池寿命, 实际使用其额定容量 ( 7 . 2MW # h)
14、的 83 % 90 % 。按照PJ M 的LMP 价 格 计 算, 其 前 11 个 月为 电 力 公司 节 约$ 57 000 。图 6最热 3天的负荷曲线图 7储能系统对馈电变压器的影响该储能系统的总体成本为$ 2 500 /kW, 其中钠硫电池本身的成本占45 % , 电池安装柜费用占4 % ,场地建设费占7 %, 控制系 统及系统集成费用为 21 % , 从工厂到安装场地费用为6 %, 非重复性工程支持占17 %。随着电池成本的降低和施工规范的建立 , 后续项目的成本有望显著降低。第一个钠硫电池项目成功运行后, 美国电力公司又先后建立了2个 2MW ( 14 . 4 MW # h)钠硫
15、电池储能系统。参考文献 : 1NOURA I A.Installation of the FirstD istributedEnergy Stor2age Syste m( DESS)at Am erican E lectric Po wer( AEP ) R.S AND IA REPORT,SAND2007 23580, June 2007. 2ROBERTS B P. Sodium2Sulfur (N aS) batteries for utilit y en 2ergy storage applications A.IEEE po wer and energy s ocietygeneralm eeting)conversion and delivery of electri cal energyin th e21 st century C.IEEE, 2008. 3张宇, 俞国勤 , 施明融 , 等. 电力储能技术应用前景分析 J.华东电力 , 2008, 36( 4): 91293 .收稿日期 : 2009211230本文编辑 : 杨林青名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 3 页 - - - - - - - - -