刘炳：基于标准产品框架的风储系统解决方案

5月19日至21日，“第八届中国国际储能大会”在深圳隆重召开， 来自中国、美国、德国、英国、加拿大、西班牙、日本、韩国、澳大利亚等国和地区1500余位政府机构、科研院所、行业组织、电力公司、新能源项目单位、系统集成商等代表出席本次大会。

北京天诚同创电气有限公司副总经理刘炳在新能源发电并网专场，发表了题为“基于标准产品框架的风储系统解决方案”的精彩演讲。

演讲内容如下：

刘炳：

我给大家做的是报告是“基于标准产品框架的风储系统解决方案”，两个关键词，标准产品和系统解决方案。说到风储是三个主题，一是为什么要做风储，二是怎么做，三是对我们做简单的介绍。

第一，为什么做风储?我们从更宏观的角度看这个问题，我们把中国和德国在2017年按照发电量千瓦时来做比例上的对比。明显中国的火电比例远高于德国，中国企风向光这个问题比德国严重很多。整体灵活电源比例其实还好，因为中国的水电发电量占19%，我们加上火电也可以做一些深度调峰包括调频的响应，灵活性资源不缺，事实真是这样吗?我们还要从更广阔的角度看这个问题。我们虽然有很多的灵活性资源，但是它在时间和空间上的分布是不均匀的，包括作为对电网的一种所谓的扰动，我们的新能源资源的分布也是不均匀的。新能源主要集中在灵活性电源，特别是水电，大多数是集中在西南。我们说空间的不均匀是这个地区，时间上的不均匀主要是指像水电，不是任何时候都能够发挥它完美的调峰、调频的作用。咱们知道枯水期，电网给过来的指令可以很好的响应，丰水区，水电长首先要解决防汛问题，那未必响应得了电网的要求。雾霾的问题导致我们在火电上承受着非常大的压力，随着可再生能源的进一步发展，很显然，我们的电网的灵活性出现缺口。电网的稳定性在中远期的未来会出现一些问题。怎么解决这个问题呢?有几种方案。

1、空间上的不平衡，更多的建一些长距离的输电通道。通过建设分散式电源介绍对通道的压力。但是时间上的这种不均匀，真正要靠的还是要靠实施电力交易，增加电活，通过这种方式来增加电网的灵活性。这是参照欧洲实践的经验。欧洲在西欧地区有一个统一的电力市场，包括统一的调度组织，ENTSO，包括有一个统一的基于预测的电力交易系统，可能有很多大家很清楚。欧洲的交易机制是基于日前的预测，我们大的负荷和风电场、光伏电站要提前一天把下24小时的负荷曲线给出来，电网根据这个数把第二天的整体定价定出来。第二天还有4个小时的日间交易，如果你这个偏差预测值和你的实际值有偏差，那么再进行第二轮交易，这个交易完了之后还是有偏差，对不起，你超出计划多发的电或者多用的电要付出高昂的代价，谁给电网提供灵活性的支撑，这时候就会得到额外的收益。我们都知道可再生能源最主要的特点是波动性，咱们经常有一个词叫风光互补，风光经常都是互补的，但是我们必须考虑最恶劣的情况，不互补的时候怎么办?这个图是德国今年2月份的曲线，可以看到在2月15日左右是出现了风和光都特别小的情况，就是左边的框，右边出现风光都特别大的情况，这是两个极端。把它放大一点就是这样的情况。他们怎么解决这个问题?主要是靠动态调整电价，这是基于日前的电力预测所做出的电价调整，可以看到第二天的晚高峰的时候出现了每MW54欧元的高价。同样在前面这个时间也对应的是早高峰时间，太阳还没有升起来之前，这是第一个电价的高峰。2月25日的风和光特别大的场景下，在中午，风光都达到顶点的时候，通过调整电价，出现负电价，这时候往电网发电，只要不是签固定电价，发一度电要赔0.015欧分，这个七月是必须得执行的。

通过调整实时电价就产生了一个特点，这是5月份的，5月份的光变好了，晚高峰往后推迟，因为有光的存在。整个的负荷的波动性其实相对来说维持在相对比较好的水平。下面的图，这两个时间是对应的。我们看到深蓝色的曲线是德国的抽水系统，下面这条浅蓝色的是天然气，抽水蓄能每天基本上就两个固定的时段在进行发电，一个是太阳没有升起来之前，但是负荷已经起来，一个是晚上，也就是鸭子曲线的头部，太阳已经落山了，但是负荷已经非常高。把它复制到中国电网环境中，这两个时间，随着太阳能的逐步增加，从现在的2%、3%增加到德国这样的程度，这样的问题同样也会出现。刚才说解决可再生能源进一步提升它的占比的方法，重要的手段，也就是我们的实时电力交易，在中国已经试点，特别是我们所在的南网已经开始模拟运行。前面是基于未来的问题，把时间回到现在。

我们在现在的风电场还是有很多痛苦的地方，比如弃风，2017年的弃风比2016年有很大的改善，但是弃风率还是维持在高位，甘肃33%、甘肃29%，所以并没有像大家期望的解禁，而是仍然维持很低的水平。如果大家看新能源电站，集中式电站的运营数据，电网对电厂有双细则的考核，左边的数据的考核规则是你的发电量和前一天报出来的15分钟平均预测值，偏差提前一天超过25%，或者一天滑动平均值超过20%，电网要收取考核的费用。光功率预测做得相对好一点，风功率预测由于大气环境的不确定性，风功率预测想做得非常准有难度。现在西北地区，特别是青海，每个100MW的风电场，去年大概被考核的值在136万元。这个数听起来不多，但是2017年底，西北更新了它的双细则考核规则。如果按照更新的规则，按照实实在在的考核，而不是现在带点放水。经过我们的测算，考核值对于100MW的风电场，多的时候可以超过500万元，这就是不容忽视的一笔钱。

其实刚才讲了这么多，大家都知道，既然也是储能大会，大家都知道我要讲什么，解决刚才所有问题的出路是储能，说到储能，把储能作为整体行业考虑。储能主要的问题是有没有地方，这是澳大利亚的一个风电场，到处都是空地，解决地的问题有现实的可行性。可再生能源进一步发展，需要实时电力交易来确认电网灵活性的价值，现实中我们的弃风限电问题和风功能预测带来的考核罚款的问题，也需要通过一定的灵活性手段来予以解决。而相对充分的这种建设用地又是我们做风储非常好的现实支撑，基于以上的原因，我们认为风和储是解决现实和长远问题的一个重要可行性选项。

介绍完了价值，接下来讲讲我们怎么做风储。讲到这里先给大家看看我们的产品思路。

这里有两个关键词：标准化和系统解决方案。标准化，过去在金风做40GW风机过程中，我们做了40GW的风电变速器，过去我们的每个机型都是有差异的，都不太一样。如果说到光伏和储能，由于功率和电压不一样，它肯定不一样。我们现在用标准化的思路来做。无论是风光储都是起于相同的标准柜，这个标准柜把它进行交直流侧并联，组成不同容量的并流器，接下来再通过储能PCS和控制系统加上变压器以及开关，组成一个储能电控系统。这个电控系统本身就是一个独立的单元，和电池结合组成整体的储能系统。通过集中式和分散式形成风储系统，这套系统可以和光伏以及作为独立的储能电站存在，把它通过通讯和网络的方式集成连接到EMS和这个系统里面，形成金风的风光储整体解决方案。

PCS，这里是我们的一个产品谱系。用这种方式做出的变流器，无论是风光储都有相同的特点，总结下来就是四个词：灵活配制、不间断储能、备件更换、效率更优。灵活配制的意思是无论是风光储用同一种东西都可以做出来。还有DCD系，有的场合需要用双机型变流器，用这样的模块可以实现。我们给合作伙伴供货的时候供了这种机型。其次，不间断储能是因为它有多个标准柜并联的时候，任何单元的损坏都可以自动切除，剩余部分自动启动，保持整体系统的发电能力。储能系统定义为不间断储能，在风机和光伏领域是不间断发电。备件通用，核心备件都是一样的。效率更优，也是类似的概念。开车的时候很少用无极变速，都是换档，如果说现在速度很低换一档，速度很高换四五档。变流器没有这么回事，现在的方式等于在里面换档，功率高投进去，功率低把不需要的停掉。这样有什么好处?减少低功率段的损耗。我们在光伏里面做测试，在去年的上海，在阴雨天特别多的季节里，我们的发电量比一般的逆变器提高2%，这种技术我们准备在未来的低风速的风机里面进行广泛的推广。

电池，储能系统的搭建一定要围绕电池构建。这是我们对于不同电池的分析，大家不用太仔细看。哪怕对于风储一个场景来说，我们所用的电池也是不一样的。比如我们要解决弃风限电问题，首先要降低千瓦时成本，这时候液流电池比较合适。如果是调频或者满足风功率预测的精度，这时候是功率型，需要追求千瓦成本更低。没有一种电池适应所有的场景，甚至所有的场合。现在从整个行业来看，大多数储能系统是一体式的，把所有的集装箱、所有的空调、控制器，PCS、电池、BMS都放在一起，当然有它的好处，集成度高，成本略低，安装更加简便。反过来说，这么做的坏处就是如果我换一个应用，就得再用一套不同的东西。工业化的要务在于标准化，有效降低成本，同时降低系统风险。我们认为把所有的东西耦合在一起的方式，有它的好处，但是快速实现成本下降和风险降低是有不足的。我们提出的分体式方案，把原来集成化的集装箱拆成两半，通过连接直流，把它建成电池系统或者电控系统，电控系统由于PCS适应不同的容量，实现不同的功率，针对高容量、高C值的电池，可以做得稍微大一些，作为低DC可以采用相对少一点的模块，可以给我们的客户有效降低总的投入。

以上是讲储能就地硬件的部分。讲完硬件，再讲软件。

一个风储系统要想真正发挥作用，必跟风电场、风机的控制要联系在一起。这张图原本是风电场的控制系统的图，这里面分三成，第一个是调度系统，中间是围绕能量管理系统和中央监控系统，它中间的分配层。下面是对风机，包括对PCS、BMS的数据采集系统。我重点讲能量管理系统，储能系统也是在这个系统里面增加这样的环节来分解我们对不同的电池的功率指令。

这是系统的网络图。现在电网对于风电场、光伏电站的数据安全要求非常高，他们不允许把风电场的数据泄露到公网上，与此同时，无论是做视频监控还是做风光功率预测，其实需要跟主网和外面的公网建立一定的联系。我们把整个的网络分成不同的区，包括这里面叫安全一区、安全二区和信息管理区，把它分开之后在不同的区之间设立防火墙和反向截流装置，保证信息单向流动。从公网来的数据可以里面传，不能反向传递，既保证整个系统的数据的完整性，又保证整个网络的安全性。左边是控制体系，右边是气象预测。

这是风电的监控系统，中间已经把储能的单元做进去，这个数据不是真实数据，而是我们的模拟数据。与监控系统平齐的还有能量控制系统，主要接受调度指令来完成一次调频、二次调频和无功控制方面的功能。重点要提一下的是风功率预测。包括能量管理平台这里还要对不同的电池要进行能量的分配。用于调峰和调频的电池是不一样的，包括我们有一个重要的客户在最近的项目里面准备采用的是包括不同电池，客户可以追求控制目标和追求电能效率设置不同的优先顺序。

风电场对于储能的需求是降低预测不准带来的罚款。如果预测做得准，是不是储能可以用得稍微少一点?这对在座的人来说不喜欢听，但是风电场还是非常希望达到这样的效果。2010年左右我们开始做很多的风电预测，我们积累了很多权威数据还有增强计算能力，现在实现的效果就是左下角的图片，我们在西北区域，2016年的风功率预测的准确里率和行业相比，平均高出5%。降低我们对储能系统的要求。金风风储系统的两个特点，标准化的产品解决方案和完善的系统解决方案。

案例，这些案例不是大风电场里面做的，但是整个产品架构、系统架构和风电场保持一致。金风总部的风储项目，包括2.5MW的风机和200KW×4的防御流和锂电池。主要做的是风功率平滑预测，绿色的线是平滑之后达成的曲线，比蓝色的线实现更多的平滑。

最后简单介绍我们自己，金风科技是2016年、2017年连续两年全球第三大的风机整机制造商，在中国是2012年到去年连续6年是全国第一，迄今为止做了44GW的风机和44GW或者28500台的风机。金风除了做风机还做能源互联网，天诚同创属于能源互联网板块。在这里面储能是一个重要的部分，储能方面我们提供储能系统的投资、建设、核心设备等一体化的系统解决方案。

以上就是我今天给大家报告的内容。谢谢大家!

(本文根据现场录音整理，未经本人审核)