实探国内最大用户侧储能电站:建设总成本2亿元的光储一体化项目是如何运作的?

经济观察报 记者 郑晨烨 东莞报道 3月份的东莞,正值南方常见的回潮天,薄雾笼罩下的天空难见阳光。

在这样容易让人郁闷的天气下,高杰却显得十分高兴:“二十三四度的温度,百分之八十多的湿度,除了湿度略高,南方的阴天是最合适锂电池工作的环境,对储能电站来说算是好天气。”

作为一名储能电站的运维工程师,高杰目前在蓝思科技(东莞)光储项目(以下简称:“蓝思光储”)工作,该项目是目前国内单体容量最大的用户侧磷酸铁锂电化学储能项目,其中储能建站规模达105 .8MWh、配备光伏建站规模达5.9MWp(兆瓦功率)。

“我们的储能电站帮助蓝思科技实现用电‘削峰填谷’,每年可转移高峰负荷约3650万度电;屋顶光伏年发电量约540万度电,年节约标准煤约1800吨,减排二氧化碳4802吨,二者结合,每年可帮助企业节省用能成本七八百万元。”向记者介绍这些数字的时候,高杰有些自豪。

那么,什么是储能?为什么要储能?储能的商业模式又究竟如何呢?3月28日,经济观察报记者来到蓝思科技(东莞)光储项目内进行实探,从建设背景到运营模式,试图全方位了解了当下储能项目建设的产业意义。

实探储能

“看到里面堆起来一排排集装箱,刚开始我还以为是公司划了一个物流区域,后来领导跟我说里面是电池,给工厂供电用的。”3月28日,在蓝思光储的项目地外,一位路过的蓝思员工跟记者交流时表示。

之所以会造成这样的误会,原因在于蓝思光储“奇特”的项目外观。毕竟在将近3500平方米的面积上,一排排鳞次栉比坐落的白色集装箱,远望去确实就像正在忙碌吊卸的陆运港口。但走进了看,在这些集装箱之下,是墩厚的黑色钢结构框架,这些筋钢骨梁稳稳地将每一个集装箱支撑在离地4米高的平面当中,而箱体下方则被用作蓝思科技(300433.SZ)厂区的停车场。

这些白色集装箱箱顶之上,安装着光伏组件,箱体外,预制着通风管道及各类电气设备的接口。“中国南方电网”的企业LOGO在侧壁上格外显眼。

“这些集装箱就是我们的储能系统,你可以看到每一排集装箱其实是两两配对的,每一对设备我们称为一单元,其中一个箱内装的是电池系统,叫电池舱,与之对应的叫电气舱,里面集成了变压器、变流器、高压柜等等电气设备,现在储能系统的集成度很高,所有的设备基本就一个柜子,1:1配备,保证安全。”站在一个电池舱外时,高杰向记者介绍。

储能电池舱

随后,他简要地向记者讲解了储能电站的运行过程:充电的时候,来自蓝思科技厂区的电会先通过变压器降压,随后再通过变流器转换成直流,充入电池舱中,放电时则相反,电池舱中的电会通过电气舱中的设备,经变流、升压等步骤后,为厂区内生产设备供电。

“这一个单元的储能设备由我司集成提供,整体容量27MWh,光这一个单元就能够满足园区内13.25MW的生产用电两小时,当所有单元的储能设备连在一起,就构成了这个105 .8MWh的巨型‘充电宝’。”科华数据(002335.SZ)子公司科华数能技术中心总经理曾春保指着其中一套箱式储能设备向记者表示。

他告诉记者,该项目中的每一单元储能模块,都配置1套能量管理系统(EMS),其中包含4G网关模块,用于无线信息传输。并且在储能升压一体机集装箱和电池系统集装箱顶部安装光伏导轨,用于安装光伏组件,并且在一体机低压配电柜汇中预留光伏接入开关,光伏发电就近并网。

值得注意的是,蓝思光储属于一个典型的光储一体化项目,即建设用储能电站的同时,还配套有光伏电站。

光储一体项目

不过,高杰强调,蓝思光储所配套的光伏电站,并不是指记者在储能集装箱顶看到的光伏设备。

“集装箱上面的光伏是用来给储能电站配套设备(照明、空调、风机等)供电的,相当于是储能系统的一部分,除了供能之外,箱顶上的光伏板也能把夏天的太阳遮住,降低箱体温度,为箱内电池、电气设备提供一个良好的工作环境。”高杰说。

他告诉记者,蓝思光储中的配套光伏电站,实际上是指安装在一旁的蓝思科技厂区内的屋顶光伏。

据南方电网产业投资集团技术专家黄邵远向记者介绍,蓝思科技厂区的屋顶光伏建设面积约为36420平方米,估算年发电量达540万度。

“蓝思光储的屋顶光伏和储能电站是互相独立的,屋顶光伏发的电会直接用于厂区生产,储能电站的能量来源于厂区直供。”黄邵远说。

“对光伏来说,直接消纳永远是效率最高的,把光伏的电专门充到储能里去,没必要造成这一次损耗,而且电价都是一样的,比如10点光伏开始发电充到储能里去,也是那么多钱,直接用掉也是那么多钱。”在记者提出为何蓝思项目中的光储互相独立的问题后,黄邵远如是回答。

在他看来,光储一体化本身是一道伪命题,储能设施的建设本身并不依附于新能源设施,二者是联合还是独立,主要取决于具体的需求场景及效益效率。

“比如光伏出力高峰期的时候,上网不赚钱,那就可以先把电存起来,又或者为了保证电网安全和问题,在电网侧和发电侧强制配储,把多余的电存起来,所有核心的逻辑都是围绕着需求、政策和效益出发。”黄邵远说。

是否安全

从锂电池大规模产业化伊始,安全性便成了与之相伴的焦点话题,由于锂电池的电极材料以及电解质均较为易燃,当内部反应积聚的热量不能及时散失时,热失控现象的出现便容易引发电池安全事故。

在2022年10月13日,经济观察报就曾报道过一起户外便携电源的爆燃事故,彼时事件的当事人所使用的便携电源储能容量仅为2度电,但仍旧发生了爆燃事故,一旁的当事人双亲躲闪不及被卷入火舌,事后被诊断为三度烧伤。

而像蓝思光储这般,储存着近十万度电量的巨型电源,如何保障电站整体的运行安全,就成为项目建设时首先要考虑的问题。

在高杰的带领下,记者进入到了其中一套储能单元的电池舱内部,令人意外的是,在踏入电池舱中的一瞬间,记者并未感觉到想象中会出现的闷热、嘈杂。高杰告诉记者,电池舱内部安装有两台空调以及风机,能够长时间保障储能电池在24度恒温、75%恒湿的环境中工作。

蓝思光储储能单元

记者观察到,在电池舱中央通道的两侧,密密麻麻叠放着锂电池包,而在接近电池舱的入口处,摆放着一台笔记本式的中控设备,在这台设备的大屏幕上,映射着包含临近的三个电池舱在内的所有电池包信息,其中包括电量、电压、功率状态、温度等等细节。

电池舱内部

高杰告诉记者,蓝思光储所用到的储能电池,均为磷酸铁锂材料,这种材料化学性质稳定,比三元锂更耐高温,因此安全性也会更好。

“电池包里面有专门的管理系统,里面每一个电芯的情况,我都可以在后台看到,如果说哪一块电芯出现温度过高、电压过高、电流异常等等异常情况,我们都能在终端上收到告警信息马上过来处理。”高杰说。

终端控制系统

作为蓝思光储项目中的设备厂家,科华数能技术中心总经理曾春保告诉记者,目前的集装箱式储能电池系统配有簇级控制器实现电池簇(包含9个电池包)单元主动均衡、智能投切、快速响应和双重保护。

“储能单元里都有BMS(电池管理系统)及EMS(能量管理系统),它们将电池信息收集上传,对电池工作状态进行分析。当发现电池工作状态异常,或由水浸检测系统,消防系统监测到电池工作环境异常时,会主动对电池系统进行保护,并与变流器通讯,及时停止充放电动作,以保证系统安全。我们的保护分为三级:一级告警,二级可恢复保护,三级不可恢复保护(需人工排查现场后手动恢复)。”曾春保向记者如是介绍。

随后,记者又提及若传感器失灵,某一电池包直接发生爆燃,运维人员却无法从监控终端处获得告警信息,电站是否还有其他防范措施时,黄邵远将手指向电池舱内的天花板,提示记者注意看天花板上的消防喷头。

“每一个储能系统都配置了全氟己酮气体消防、七氟丙烷气体消防、水喷淋消防三级消防系统,如果真有电池发生热失控我们又没监控到,系统内的消防设备会直接工作,将电池系统热失控控制在最小范围内。”黄邵远说。

他进一步补充说:“如果真有万一,我们刚刚说的实时监控、快速响应、远程断电、三级消防等等措施全部都失去了作用,在电站下方还有微型消防站,作为最后一道保险。”

记者注意到,在蓝思光储项目上,一共有三名全职的南方电网运维专家,储能电站处建有专门的监控中心,便于工程师能够随时响应电站运维需求。

在监控中心的中控大屏上,高杰还专门向记者展示了蓝思光储项目的实时告警信息,其中包括告警原因、对象、内容、等级、时间、位置等详细细节。就在记者探访监控中心时,系统内恰巧就上报了三条轻度告警信息,分别由电源故障、通信异常及继电器开路故障所导致。

“这类轻度告警大多是系统误报,其实没有什么问题,但我们肯定要去看一眼的。”高杰一边向记者解释,一边前往告警信息所提及位置进行检查。

曾春保告诉记者,目前已经有采用液冷的箱式储能电池系统,相比于传统风冷式电池集装箱,其能量密度更高,20尺标准集装箱容量可达3.44MWh;统间温差可控制在5℃以内,PACK间温差可控制在3℃以内。

“以新能源为主体的新型电力系统将引导碳中和目标实现,储能将成为高渗透率、灵活智能、安全高效新型电力系统的重要支撑。面对快速增长的市场需求,储能解决方案提供商更应该稳健谨慎,严守安全底线。”曾春保说。

效益如何

3月28日,记者在蓝思光储项目实地探访的当天,一支来自清华大学的科研团队也在项目现场交流学习。黄邵远告诉记者,自去年9月20日蓝思光储落户以来,该项目的标杆性意义就持续吸引着来自全国各地的学界、业界及投资界专家前来考察。

“蓝思光储是南方电网产业投资集团投资的首批用户侧储能项目,建设总成本有两个亿,储能总容量为105MWh,平均每天移峰填谷约10万度电,是目前全国单体容量最大的用户侧磷酸铁锂电化学储能项目。配套建设总容量5.9 MWp的光伏,平均每天发电约1.6万度,也是南方电网目前最大的光储一体化用户项目。”黄邵远介绍说。

记者了解到,从应用场景上来看,目前国内的储能项目大抵可分为三类:用户侧、电网侧、发电侧,其中发电侧配储,指的是与光伏电站、风力电站、水电站等能源供给端口配套储能。其核心目的是解决因新能源出力不稳定造成的消纳问题。

“发电侧配储本质上是为了解决消纳问题,简单来说,比如光伏出力高峰期,但电网不需要那么多电,那就先存起来,既不浪费能源,也影响电网运行,尤其是一些大型集中电站,配储可以有效改善弃光、弃风问题。”国内一位新能源行业观察人士张鹏告诉记者。

“发电侧配储对于电站业主来说,变相抬高了成本,那人家肯定不干啊,当然现在有政策强制推行,那发电侧觉得你让我强制配储本质上是电网自己转移责任啊,所以电网侧也搞储能,用于调峰、调频,保障电网稳定,缓解电网阻塞,实现供需平衡,抽水蓄能也是一种常见形式。”张鹏进一步解释。

而像蓝思光储这样的项目就属于典型的工商业用户侧储能,“用户侧储能都是自发自用,储能电站的电是不上网的,主要运营方式是峰谷价差套利,帮助企业降低用能成本的同时,提升供电稳定性。”高杰表示。

曾春保则告诉记者,工商业用户侧储能模式的出现,主要源于工商业目录电价的取消,目录电价原为销售电价,是直接面向用户,由政府制定标准的“到户价”,在目录电价取消后,工商电价开始随供需关系波动,电价高峰与谷底价差逐渐拉大,加之近来偶发的“拉闸限电”事件,为降低企业用电成本,以及保障工厂重要负荷供电,工商业侧储能市场需求开始增加。

他认为,随着我国目前光伏、风电等新能源发电系统装机容量日益增加,配套储能系统可以减少弃风、弃光,提高经济效益,减少新能源发电对电网带来的冲击,提高电网稳定性与计划性,能够改善电能质量,辅助新能源并网;其次,在电网侧配置大容量独立/共享储能电站,可快速响应电网调度,完成调峰调频服务,保障电网运行的稳定可靠;最后,用户侧配置储能可以实现削峰填谷、配电扩容、平滑负荷以及应急保电等功能,在减轻电网高峰用电压力的同时,降低用电成本,并且可以在限/停电时期保障重要负载用电。

“目前广东省工商业电价峰谷价差较大,在夏季尖峰与低谷时段电价差在1元以上,因此广东当地厂区等工商业电价用户,在适量配置用户侧储能系统后,可减少用电费用,同时用户侧储能系统还可实现应急保电、需求侧响应收益(配合电网调峰调频)等功能。”曾春保说。

高杰向记者展示了储能电站的功率运行曲线,记者看到,在电价低谷时段(晚上),来自蓝思科技厂区的电开始为储能系统充电,两小时左右便可充满,而到了白天电价尖峰(通常在夏季)与高峰时段开始放电,在电价平峰时则待机运行,厂区直接从电网取电,提高储能电站的运行效率。

曾春保表示,通过电价的峰谷价差与需求侧响应较高的电价,当电网急需用电时,还能将存储的电能以更高的电价“销售”给电网,在确保成本回收的前提下实现收益最大化。

“在实施峰谷电价的电力市场中,通过低电价时给储能系统充电,高电价时储能系统放电,实现峰谷电价差套利,降低用电成本。此外,适用两部制电价(又称大工业电价,将电价分为流动、基本两部分计算)的工业企业,可以利用储能系统在用电低谷时储能,在高峰负荷时放电,从而降低尖峰功率及申报的最大需求量,达到降低容量电费的目的。”曾春保如是向记者描述工商业用户侧储能的商业模式。

随后,记者还向黄邵远询问了国内家庭户用配储的情况,但在他看来,国内户用配储目前暂无经济性可言。

“家里用电都是一个价,一个价充进来,一个价放出去,何必折腾增加多一道损耗,而且国内用电稳定,户用配储防止停电也没有意义。”黄邵远说。

曾春保亦表示,户用配储当下多聚焦于海外市场,因海外高昂的电价以及较差的供电稳定性,从而拉动户用光伏装机需求。

“考虑到光伏在白天发电,而用户一般在夜间负荷较高,通过配置储能可以更好地利用光伏电力,提高自发自用水平,同时降低用电成本。通信基站、数据中心等领域需要配置储能,用于备用电源。当发生停电故障时,储能能够供应储备的电能,避免了故障修复过程中的电能中断。”曾春保解释说。

记者在蓝思光储的监控中心大屏上,看到了页面显示该储能电站当月的累计套利收益已达54.38万元,年累计收益为134.5万元,但黄邵远却告诉记者,该数值因系统区间统计问题,暂不准确。

“这么少我们连本都收不回来了,蓝思光储我们预计7—8年左右能收回前期投建成本,设计运行寿命是15年,往后就是纯盈利。”黄邵远说。

当黄邵远介绍到此处时,记者突然产生一个疑惑:在蓝思光储这个项目中,南方电网产业投资集团出钱、出力建设电站,帮助蓝思科技建好了一个既能套利产生收益,又能降低用能成本的大号“充电宝”,还无需蓝思操心后续运维,而其只需要提供一块场地即可,难么,在这个过程中,该项目对南方电网又有哪些价值呢?

对此,黄邵远向记者解释说:“我们是南网的企业,挣的是电价差,可以说是我们把电网里用不完的电,也就是谷底电给利用起来,因为谷底电本来再便宜也没人用,那现在通过储能,就不至于产生浪费,同时也能提升整个电网的运行效率。”

由此,他也向记者提及了当前大型用户侧工商业储能电站建设所面临的难题:“首先是地难找,你不要觉得蓝思好像给块地没什么,这块地他们当初愿意给还是因为这里本来是停车场,我们拿钢结构支起来,不耽误他们继续当停车场用,但是这种大面积的场地不好找,在广州或者深圳的市区,不可能搞一块地皮建这个;其次,项目方还需要有足够的耗电量,像蓝思这种大工业用电就比较合适,而小工厂因为用能太少,加上损耗可能建一个电站还亏钱。”

曾春保亦表示,当前针对大容量工商业储能电站,主要的难点在于建设场地与并网接入两个方面:首先,储能电站需要独立的建设场地,储能电站设备间以及与厂区的建筑之间都要保证足够的安全与维护距离,很多厂区建设用地有限,因此在前期设计储能电站容量的时候,一定要充分考虑储能电站的位置以及所需要的占地面积;其次,大容量工商业侧储能电站的接入以10kV为主,因此要计算厂区内10kV(千伏)变压器在满足负载用电的基础上,是否有足够的接入容量满足储能系统的接入需求,同时还要确认配电房是否具备接入位置,考虑对配电房进行接入改造的费用等问题。

在蓝思光储项目采访的最后,记者向黄邵远提及了一个问题:“如果随着储能电站的不断建设,未来有一天峰谷价差消失了怎么办?”

对此,黄邵远坦言,目前该行业确实存在这一风险,但他同时又话锋一转表示,“是风险也可能是一个机会,现在都在说疫后复苏,随着经济的不断发展,说不定以后价差不但不会缩小,反而有扩大的可能。”

离开蓝思光储项目时,黄邵远指着项目地外的白色围栏突然说:“这个项目还是要多宣传,我一直建议公司在这排围栏上都贴上项目的宣传海报,让大家来来往往都能知道里面是什么。”

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