企业新能源和储能技术的应用要点

讲师介绍

 学习经历：

华北电力大学（本科）电气工程及其自动化

西安交通大学（硕士）电力系统及其自动化

张伟刚/ Major Zhang

公司名称：通标标准技术服务有限公司

职 位：电气安全技术经理、能源项目经理

 专业能力：

• 具有丰富的电力生产管理经验

• 熟悉新能源光伏、电力系统储能技术的应用

• 熟悉电力交易市场政策、规则、风险控制

• 担任SGS电气安全评估项目组长

 资质和成果：

• 中级工程师，温室气体核查员，电力技师

• 国网福建电力科技进步三等奖，国家专利3个

• 发表EI收录论文2篇，国际会议1篇，国内期

刊3篇

目录

▪ 新能源和储能技术的发展趋势

▪ 新能源和储能系统的价值

▪ 典型应用场景分析

▪ 安全性和可靠性问题探讨

一 新能源和储能技术的发展趋势

1.新型电力系统

◼ 电源结构

由可控连续出力的煤电装机占主导，向强不确定性、弱可控出力的新能源发电装机占主导转变。

◼ 负荷特性

由传统的刚性、纯消费型，向柔性、生产与消费兼具型转变。

◼ 电网形态

由单向逐级输电为主的传统电网，向包括交直流混联大电网、 微电网、局部直流电网和可调节负荷的

能源互联网转变。

◼ 技术基础

由同步发电机为主导的机械电磁系统，向由电力电子设备和同步机共同主导的混合系统转变。

◼ 运行特性

由源随荷动的实时平衡模式、大电网一体化控制模式，向源网荷储协同互动的非完全实时平衡模式、

大电网与微电网协同控制模式转变。

1.1 什么是新型电力系统

▪ 支持新型储能规模化应用。

▪ 扩大可调节负荷资源库。

▪ 支持分布式新能源和微电网发展。

▪ 推广中长期交易+现货交易+应急调度的新能源消纳模式，开展绿电交易、

发电权交易、新能源优先替代等多种形式交易，强化市场协同运营。

国家电网：

1.2 用户侧的变化趋势

▪ 需求响应与虚拟电厂

▪ 增量配电网与微电网

▪ 分布式电源与分布式发电交易

▪ 用户侧储能与独立储能

新型电力系统的实质就是以可再生能源为主的电力系统，打通各个环节，实现源网荷储互动。

用户侧关键在于供需互动：结合能源数字化技术，做到精准的需求侧管理，然后参与局域电

网互动。

供需互动是电力市场机制、数字化技术与电网的深度融合，用户侧积极参与，形成新型电力

系统的有机组成部分。

2. 新能源光伏行业发展的趋势

目标 平价上网 柔性接入 绿色智能

任务

• 降低全生命周期的系

统成本

• 提高发电量

• 友好的电压特性，低压/高压穿越

能力

• 良好的功率特性，支撑电网

• 参与调频调峰

• 节能减排

• 智慧数字运维、安全可靠

• 多场景融合

太阳 光伏组件 光伏逆变器 电网

光伏组件发展-大硅片、大功率、高电压

▪ 从2010年到2016年，光伏组件转换效率平均每年提升0.3%-0.4%；从2017到

2020年，转换效率提升速度加快到每年0.5%-1%。

▪ 主流光伏企业已经全面迈入600W +时代。

光伏组件新技术-轻质组件

常规组件 轻质组件

1MW彩钢瓦光伏系统造价对比

光伏逆变器新技术

▪ 1500V电压、200-300kW大容量组串式、大功率子阵单元

▪ 大功率、大电流组件的适配能力

▪ 高容配比设计，降低度电成本

▪ 组串级智能检测

▪ 智能VI诊断

▪ 故障录波功能

▪ 无功支持能力

储能系统发展趋势

▪ 大容量（ 300Ah 以上）、长循环寿命（＞1万次）电芯

▪ 储能系统冷却方式：风冷式→液冷式

▪ 直流电压等级：1000V系统→1500V系统

▪ 低压变流器+升压变压器→高压直挂型储能变流器

▪ 集中式储能变流器（500kW~3MW）、分布式储能变流器（100~200kW）

▪ 电池簇级能量管理，减少木桶效应

二 新能源和储能系统的价值

用户侧的“源网荷储”

✓ 源：价格/绿色/可靠

✓ 网：转化效率/网损

✓ 荷：设备能效/经济

运行/节能管理

✓ 储：降低用能成本、

平衡供需

电力

天然气

太阳能

辅助生产系统 生产系统

压缩空气、供冷

锅炉/供热

“储能”

“荷”

“网”

“储能”

“源”

工厂用能系统

• 新能源+储能：新能源消纳、峰谷套利

• 微电网储能：后备电源、虚拟电厂、需求侧响应

• 光储充电站：光伏+储能+充电桩

• 减少需量电费

电力储能系统的应用价值

功率特性

逆变器功率特性：

储能变流器功率特性：

Q（kvar）

P（kw）

光伏发电影响工厂功率因数？

储能电站的功率、容量、放电倍率

▪ 储能系统的功率：

• 指交流侧的额定功率，由储能变流器容量决定。单位：kW、

MW。

▪ 储能系统的容量：

• 指电池系统的容量，容量越大，储能系统充放电时间越长。

单位：kWh、MWh。

▪ 储能系统的充/放电倍率

• 表示电池充/放电时电流大小的比率，用字母C表示。比如，

所用电池容量1h放电完毕，称为1C放电，5h放电完毕，则称

为1/5 =0.2C放电。

▪ DOD（放电深度）：

放电深度（Depth of discharge，DoD）是表示电池放电量与电池额定容量

的百分比。

▪ 电池寿命

• 日历寿命：电池从生产之日起到寿命终止的这段时间以年为计量单位，

这期间包括搁置、老化、高低温、循环、工况模拟等不同环节。

• 循环寿命：在一定的充放电条件下，电池容量衰减到规定值之前，电池

能经受的充电与放电循环次数。

关键参数

电化学储能系统收益计算

三 典型应用场景分析

典型场景1——纯并网型

储能变流器

光伏逆变器

用电负载

光伏电池

储能电池

电网

典型场景2——离网型

离网逆变器

用电负载

光伏电池

储能电池

厂内其

他负载

厂内

变压器

J1

应急供电负载

1、并网充放电运行

2、脱离大电网，离网运行

3、自带市电检测与切换，无需调度控制

检测电网电压

并离网切换控制

离并网切换柜 BMS通信

储能变流器

切换时间

10ms~100ms

单机功率

100kW~1MW

典型场景3——小型微电网

光伏发电系统

四 安全性和可靠性问题探讨

▪ 电站已过质保期，运维成本升高

▪ 主要设备无原厂维保、故障多、消缺时

间长

▪ 整体发电量不及预期

▪ 缺少适用于分布式光伏的标准和规范

▪ 设备老化，火灾安全隐患大

▪ 房屋漏水、电能质量等纠纷

▪ 投资人变更，业主管理成本增加

……

▪ 高电压、大功率、大电流设备的应用，

柔性组件、BIPV等新技术的发展，带来

的技术和安全风险问题

▪ 无补贴后，电站回收期变长，更加需要

电站运维的精细化管理

▪ 运维工作需要参照最新标准和规范执行

▪ 站点多且分散，集控运维难度大

▪ 钢结构厂房结构加固的问题

……

老电站面临的问题 新电站面临的问题

1. 分布式光伏电站面临的问题

挑战1：火灾风险

◼ 据统计，70%光伏电站火灾是由于设备原因。

汇流箱起火

连接器烧毁

• 汇流箱接头虚接，腐蚀

• 防雷器失效，雷击起火

• 密封不严，漏水引起短路

汇流箱

• 热斑效应造成局部高温

• 插头腐蚀，虚接拉弧起火

• 接线盒二极管失效，虚焊等

造成局部温度高

光伏组件

• 逆变器散热风扇损坏

• 逆变器线排接头腐蚀、虚接

等造成的逆变器失火

• 内部短路

逆变器

• 线缆磨损破皮，与支架拉

弧起火

• 电缆线径太小，阻值过大

发热起火

线缆

组件热斑

电缆受损

挑战2：电气安全问题

◼ 防雷与接地问题

防雷系统

• 汇流箱 、 逆 变

器 、 配 电 柜 等

处防雷器失效，

导致雷击起火，

损坏设备

• 支 架 和 设 备 与

防 雷 接 闪 带 失

去连接

接地系统

• 接地不规范 ，

导 致 人 身 触 电

危险

• 接 地 电 阻 不 合

格 ， 导 致 设 备

承 受 过 电 压 而

损坏

功率因数

• 用 户 无 功 补 偿

方 式 设 置 不 合

理 ， 导 致 功 率

因数下降

• 光 伏 并 网 点 问

题 ， 导 致 无 功

补偿失效

谐波问题

• 逆 变 器 元 器 件

问 题 ， 导 致 谐

波超标

• 多 机 并 联 产 生

的并联谐振

◼ 电能质量问题

• 彩钢瓦会产生漏缝，变形，导致雨水渗漏

• 由于支架、压块等金属连接部件强度不足，导致大风天气组件掉落的风险

• 安装光伏对于钢结构厂房结构造成的影响

挑战3：结构安全问题

光伏组件因漏水被拆除 组件被大风吹落 结构件劣质

挑战4：光伏电站的运维

投资人因素：

◼ 电站运维队伍不专业

◼ 投资人变更，运维质量要求低

◼ 国家补贴到位，运维投入不足

市场因素：

◼ 五年质保期后，电站运维成

本整体上升，消缺不及时

◼ 原设备厂家无法提供售后维

保服务

运维质量下降

时效性不足

发电量不及预期，

用电企业收益减少

缺陷和隐患不能提前发现，

容易造成事故发生

2. 光伏最新行业规范和标准

▪ GB/T 39854-2021 光伏发电站性能评估技术规范

▪ GB/T 39857-2021 光伏发电效率技术规范

▪ GB/T 39750-2021 光伏发电系统直流电弧保护技术要求

▪ GB/T 38946-2020 ★分布式光伏发电系统集中运维技术规范

▪ GB/T 38335-2019 光伏发电站运行规程

▪ GB/T 38330-2019 光伏发电站逆变器检修维护规程

一直以来，中小型分布式光伏的规范和标准较少

3. 常见设备缺陷：光伏组件的热斑

热斑：光伏组件在使用中由于鸟粪、

尘土、落叶等遮挡物在组件上形成了

阴影。另外行间距取值不适合也能互

相形成阴影。

由于局部阴影的存在，太阳电池组件

中某些电池单片的电流、电压发生了

变化，使太阳电池组件局部电流与电

压之积增大，从而在这些电池组件上

产生了局部温度升高，从而烧坏的暗

斑称为热斑。

来自某光伏电站检测报告

3. 常见设备缺陷：光伏组件的PID效应

PID效应(Potential Induced Degradation)为电势诱导衰减。PID对组件的直接危害是大量电荷聚集

在电池片表面，使电池表面钝化效果加剧，从而导致电池片的填充因子、开路电压及短路电流降

低，电池组件功率衰减。易发生在高温、高湿环境。

组件端：

光伏组件出厂前进行PID测试，能够很好地预判

光伏组件在使用过程中是否会发生PID效应。让厂

家提供相应的PID测试报告。

解决方案：

逆变器端：

方案1：集中式逆变器在设备负极加装防PID模块，

改变直流系统电压。

方案2：组串逆变器加装外置放PID模块或提升变

压器虚拟中性点电压

4. 储能电站的安全性问题

事故调查报告认为，起火直接原因系西电池间内的磷酸铁

锂电池发生内短路故障，引发电池热失控起火。北楼爆炸

直接原因为南楼电池间内的单体磷酸铁锂电池发生内短路

故障，引发电池及电池模组热失控扩散起火，事故产生的

易燃易爆组分通过电缆沟进入北楼储能室并扩散，与空气

混合形成爆炸性气体，遇电气火花发生爆炸。

2021年4月16日11时50分许，位于丰台区西马场甲14号的

光储充一体化项目发生火灾爆炸，事故造成1人遇难、2名

消防员牺牲、1名消防员受伤，火灾直接财产损失1660.81

万元。

“4.16”北京大红门储能电站起火爆炸

2021年4月6日，韩国一光伏电站储能系统（ESS）起火，

烧毁面积达22平方米，共造成约4.4亿韩元损失。

4. 储能电站的安全性问题

即将实施的国家标准和规范

安全是储能系统的根本

• 设计——电站整体设计满足最新国家规范要求

• 选型——电池、变流器、EMS、线缆、集装箱及附属设施的功能选型合理。

• 保护——储能系统的绝缘监测。电池簇、直流母线、交流侧。

• 消防——储能集装箱内的防爆消防。从电芯级、模组级到集装箱系统级的防爆和消

防设计。

• 控制——储能系统的多级控制。电池单元主动均衡，智能投切和毫秒级告警响应。

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