分布式钠硫电池储能系统在美国的安装与应用

第37卷第12期2009年12

月Vo.l37No.12 Dec.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1.2MW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:T M910文献标志码:A文章编号:100129529(2009)1222032203

In sta lla tion and app lica ti o n of d istr ibuted NA S en er gy stora ge syste m s in U S A

JI A H o ng2xin1,HE Wei2guo2,Zhang Y u2,F U Y ang1

(1.Shang ha iUn i versity of E lectr i c Po we r,Shangha i200090,Ch i na;

2.Technol ogy&Deve l op m ent Center,S MEPC,Shang ha i200025,Ch i na)

Abstr ac t:The first distr i buted NAS ene rgy st orage syste m rated1.2MW was put i nto co mm erc i a l opera ti on i n USA i n 2006.The site se lecti on,ba ttery type se lecti on and i nsta llatio n,its po wer convers i on system,and perfor m ance of th i s syste m were presented.The cost of the syste m was a lso ana l yzed.

K ey word s:d i str i buted energy st orage system(DESS);NAS batte ry;po wer 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1.2M W(7.2M W#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 i k o公司负责电池的运输,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 i2 ca l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 i c a l变电站接线

Che m ical变电站是138kV输电和12k V配电电站,由20MVA,46kV/12kV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

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1.5h ,即可以减小供电负荷1.2M W 。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2 W es tW as h i ngton Street 负荷曲线

1.3 现场验收测试

根据I EEE 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1M W 和最大功率1.2M W 两种方式,放电深度分别取100%、90%、50%和33%。

采用这种充放电逻辑的原因是:

(1)正常运行时放电功率1M W,预留0.2M W 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60k W )的钠硫电池模块组成,储能容量为360k W #h ,尺寸是2.3m @1.8m @0.7

m,体积为2.9m 3

,重量为3400kg 。1.5 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 w

2

图3 安装柜外形尺寸

er Conversion Syste m,PCS)容量为1.25MVA ,安装在钠硫电池和升压变压器(1.5M VA ,480V /12k V )之间。其电气柜元件布局如图4

所示。

图4 PCS 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5 PCS 接线示意图

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;