极端设计:莫哈韦沙漠中的电池存储

什么时候?斗山格里德洛杉矶水电部(LADWP)在克恩县的灯塔太阳能发电厂,加利福尼亚,该公司引入了关键任务设计元素,使系统能够在地球上一个更不适宜居住的地方可靠运行,同时满足公用事业公司的快速响应和高性能要求。

1。这张鸟瞰图显示了信标电池储能系统(BESS)和信标太阳能发电厂,位于加利福尼亚州的莫哈韦沙漠。贝丝被设计成在极端气候条件下工作。礼貌:LADWP

由于其位于莫哈韦沙漠(图1)。LADWP要求其第一个实用规模的BESS在10年内提供最大的可靠性-99%,同时适应以下用例:

■频率控制,以满足并维持北美电气可靠性公司。以及联邦能源监管委员会作为平衡机构的频率规范。

■储能证明项目抵消可再生能源发电的能力。

■电压支持,在230kV输电线路上提供无功功率调整,以帮助缓解由于白天能源生产和负荷变化而产生的电压上升和下降。

■性能测试,以证明储能技术的长期和商业规模的可靠性。

考虑到这些用例,电池储能技术的新兴状态,以及莫哈韦沙漠,Doosan Gridtech采用了N+1设计方法和智能故障切换功能,为维护和维修提供了最低系统停机时间的BESS。

设计方法平衡了经济性和可靠性,同时确保系统满足其性能保证。虽然N+1方法通常用于关键的公用事业应用,这是LADWP首次接受该策略及其相应的财务投资,以确保其旗舰电池存储装置的最高可靠性。

N+1设计弹性

简单地说,N+1设计意味着BESS的设计应满足整个10年服务期的性能要求,即使主要设备因任何原因停止使用。实际上,在没有任何系统降额或限制的情况下,可能会发生常规维护和其他停机。斗山内置了多个关键系统的完全冗余,以确保系统在0F至115F的极端温度下继续运行。

由于距洛杉矶市中心有两小时的车程,贝丝信标的设计还需要尽量减少在极端天气环境下的维护。以下是公司采取的一些步骤:

■使用了超大设备,考虑到N+1设计和极端温度的考虑,同时仍然提供25 mVA和10 mWh的能力。更温和的气候要求只使用10个2.5兆伏安的逆变器。但由于在极热条件下逆变器性能下降,安装了12台2.5 MVA逆变器,增加一个额外的单元,以确保系统在一个逆变器或容器发生故障时能够继续运行。

■安装了高度绝缘的电池容器,以提高加热性能,通风,空调效率。

包括加固的控制系统,带控制计算机和网络交换机,可处理温度超过160华氏度。

■安装了一台现场备用柴油发电机,可为暖通空调和监控系统供电长达7天,将蓄电池温度条件保持在保修要求范围内。由于加州发生大地震的可能性很大,需要足够的燃料用于7天的发电机运行,以便LADWP能够专注于更高优先级的恢复工作。如果这个项目不是在地震高发区建造的,可接受较少的燃料或非永久性解决方案,如移动发电机连接。

为电池暖通空调系统提供完整的冗余。冷却每个容器的10吨设计要求翻了一番,为总共20吨的冷却提供100%的冗余,并利用多个阶段实现高效运行。

安装了两个辅助电源变压器,以提供辅助电源分配的冗余。这使得一台变压器可以停止运行进行维护,而另一台可以继续运行暖通空调系统。

■在热备用配置中创建了两个现场控制系统,如果失败了,另一个将自动接管并继续管理系统。

■在所有BESS组件之间安装了冗余光纤网络回路,消除任何单点通信故障。

作为额外的安全措施,超大门铰链,门闩,每个集装箱上都安装了门闩,以防止该地区的大风。

付诸试验

电池储能业务发展迅速,发电和配电领域的快速发展。但技术的某些方面,还有一些用例,仍处于早期发展阶段。对于Ladwp的1900万美元的Beacon Bess来说,风险很高,重要的是要确保这项技术能够在极端操作条件和极端天气条件下证明自己。

为证明N+1设计方法,满足100%冗余要求,系统通过了90天的性能验收测试。前5天的测试耗时3小时,包括30分钟/20-mw的充电周期和30分钟/20-mw的放电周期,之后是60分钟/10-mw的充电周期和60分钟/10-mw的放电周期。同时产生和消耗15 mvar无功功率。接下来是85天的15-MVAR生产和无功功率消耗,以支持230千伏输电线路的电压。系统在90天的测试中成功地获得了99.9%的可用性,超出预期。唯一发生的停机时间是几个小时来优化反馈控制循环,以提高在计划设定点之间转换时的性能。

2018年10月初开始商业运营,BeaconBess已经与总计570兆瓦的新太阳能光伏发电厂一起建造。它还将使该国最好的太阳能光伏发电站之一的额外开发成为可能。

-Jason Yedinak体育课是电力工程经理,和安娜爱德华兹是电力系统工程师,在西雅图的斗山网格技术,华盛顿。