陽光電源股份有限公司南京研究所所長 夏彥輝 出席論壇并發(fā)表主題演講——《滿足新型電力系統(tǒng)全方位需求的多元復(fù)合儲能關(guān)鍵技術(shù)》

 

以下為演講實錄：

      報告分為以下四個方面，從起因：新型電力系統(tǒng)對儲能的需求，初探：混合儲能發(fā)展的現(xiàn)狀，挑戰(zhàn)：多元復(fù)合儲能的幾個關(guān)鍵技術(shù)。展望：多元復(fù)合儲能的發(fā)展的前景。

      起源，提出一個觀點，儲能是新型電力系統(tǒng)的剛性需求。

      在雙碳目標(biāo)下，我國新能源發(fā)展呈現(xiàn)跨越式的增長，新能源的裝機在2035年前后預(yù)計超過50%，成為裝機的主體，在2050年成為電量主體，建成以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，不同光伏+風(fēng)電裝機滲透率的情況下，電網(wǎng)對新能源的并網(wǎng)的性能逐步在提高要求，從無支撐、低抗擾、電網(wǎng)友好、暫態(tài)響應(yīng)、主動支撐以及到未來的構(gòu)網(wǎng)型變流器的要求，實現(xiàn)自主同步、構(gòu)建電網(wǎng)的功能。

       大規(guī)模新能源接入造成不確定性缺電、棄電并存，電力系統(tǒng)調(diào)頻調(diào)峰備用容量不足、轉(zhuǎn)動慣量降低，調(diào)節(jié)能力和抗擾動能力持續(xù)下降，甚至出現(xiàn)寬頻振蕩等新型穩(wěn)定的問題，電力系統(tǒng)的格局呈現(xiàn)出新的形態(tài)，帶來一些新的問題和挑戰(zhàn)。

      而儲能能夠有效地解決新能源的波動性、間歇性、隨機性、無慣量支撐這些等等問題，可以說儲能是萬能的。因此，建設(shè)新型電力系統(tǒng)需要儲能作為靈活性的調(diào)節(jié)資源，這里面是舉了從發(fā)電側(cè)到電網(wǎng)側(cè)再到用戶側(cè)主要的應(yīng)用的需求。

      儲能的分類，新型電力系統(tǒng)對儲能的要求的呈現(xiàn)多樣化的需求，從功率、時長、響應(yīng)時間等各種各樣的需求，主要的儲能形式如左邊圖，比較常見的有超級電容是在一分鐘時間內(nèi)對應(yīng)電網(wǎng)一次調(diào)頻時間尺度，有它特別適合的場景，飛輪在15分鐘對應(yīng)的電力系統(tǒng)二次調(diào)頻應(yīng)用場景，有它的統(tǒng)治力，電化學(xué)儲能更適合于2-4小時調(diào)峰的應(yīng)用場景，而對于季節(jié)性、跨日的儲能目前還沒有成熟的商業(yè)模式，未來比較有前景的就是電解水制氫或者是轉(zhuǎn)換成其他能源形式，比如說液氨、甲烷、乙醇、甲醇等等燃料，我們認為是比較有前景的。

       目前基于單一儲能技術(shù)都無法完全兼顧電力系統(tǒng)，從功率密度、能量密度、響應(yīng)速度、轉(zhuǎn)化效率、壽命及成本全方位的需求。儲能技術(shù)呈現(xiàn)多種類型協(xié)同發(fā)展的格局。

       左邊圖是反映出來目前市場上主流的儲能元件的缺點，為了形成優(yōu)勢互補，彌補互相之間的缺點，出現(xiàn)了混合儲能的技術(shù)路線，典型的以超級電容和飛輪為代表的功率型再加上以鋰離子、液流電池為代表的能量型混搭的形式，組成混合儲能的技術(shù)路線，兼具滿足功率密度、能量密度、響應(yīng)速度、效率、壽命及成本全方位的需求。給出混合儲能的定義：用兩種及以上性能互補，特別強調(diào)性能互補的技術(shù)的結(jié)合，會具有更好的技術(shù)經(jīng)濟的性能。目前市場上還出現(xiàn)了一種納電+鋰電的混合，不是一個混合儲能的范疇，因為這兩種在性能上基本上趨同，而且鈉電的出現(xiàn)就是為了取代鋰電而誕生的。

        分享一下混合儲能的現(xiàn)狀。

        首先介紹一下政策，從最新的今年1月份十四五發(fā)展規(guī)劃提出來要推動多元儲能的技術(shù)開發(fā)，結(jié)合系統(tǒng)的應(yīng)用的需求，推動多種儲能技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，開展復(fù)合型儲能的試點示范，這為混合儲能的發(fā)展指引了方向。

       在應(yīng)用領(lǐng)域，從火電廠已經(jīng)有幾個相應(yīng)的示范的項目，這兩個火電廠輔助火電調(diào)頻就是用鋰電+超容技術(shù)路線。

       新能源場合也有一些應(yīng)用，比如說左邊圖用了三種形式的混搭，飛輪、超容、鋰電，右邊是鋰電+超容，同時滿足調(diào)頻調(diào)峰應(yīng)用的需求。

       在電網(wǎng)側(cè)，也是有一些相應(yīng)的混合儲能的應(yīng)用的項目，包括左邊是用鋰電+超容，右邊是用鋰電+飛輪。

       用戶側(cè)也有一些應(yīng)用，微電網(wǎng)形式，一個是港口岸電都是用電池+超容的技術(shù)路線的混搭。

       提出了多元復(fù)合儲能的關(guān)鍵技術(shù)。從三個方面：選型和結(jié)構(gòu)、儲能的監(jiān)測、運營控制策略，這三個范疇提出七大關(guān)鍵技術(shù)，一一介紹一下。

       第一，交流側(cè)/直流側(cè)耦合的技術(shù)。

       混合儲能的結(jié)構(gòu)設(shè)計需要根據(jù)它的特性進行確定，選擇最優(yōu)拓撲結(jié)構(gòu)方案。目前主流的就是交流側(cè)耦合和直流側(cè)耦合兩大類。在直流側(cè)耦合里面又詳細分為根據(jù)它的配不配DC/DC變換環(huán)節(jié)，分為四小類，分別為：超容配DC/DC不配，鋰電配不配DC/DC，對交流側(cè)耦合的特點就相對來說控制比較清晰一些，但是多了一臺PCS，成本會高一些，轉(zhuǎn)化效率會低一些。直流側(cè)耦合，轉(zhuǎn)化效率高一些，但是控制的復(fù)雜度以及耦合的復(fù)雜度會更高。設(shè)計拓撲結(jié)構(gòu)需要考慮的因素分為三個：

      1、鋰電池的組串的工作電壓以及放電的深度。

      2、超容工作電壓和放電深度。因為超級電容放電的深度和端口的電壓直接相關(guān)，這是鋰電池根本的區(qū)別，需要重點關(guān)注。

      3、PCS直流側(cè)工作電壓。

      這三個因素需要統(tǒng)一考慮才能在不同場景下設(shè)計出混合儲能下的結(jié)構(gòu)。

      第二，混合儲能優(yōu)化配置技術(shù)。怎么優(yōu)化配置？

      我們建立了鋰電和超容全生命周期成本模型，針對具體的應(yīng)用場景和場景的組合，基于博弈論的方法，以經(jīng)濟效益最優(yōu)為目標(biāo)，給出混合儲能類型，功率及容量的配置的方案。

      左邊圖是以調(diào)頻應(yīng)用場景為例，給出來的混合儲能的優(yōu)化的配置方法。右邊圖是開發(fā)一套混合儲能優(yōu)化配置軟件界面，可以根據(jù)一次調(diào)頻、二次調(diào)頻、平滑風(fēng)電波動、調(diào)峰的需求，根據(jù)歷史風(fēng)電出力波動的曲線、系統(tǒng)頻率波動的曲線輸入以后，就可以輸出來超級電容的功率和容量，以及鋰電池的功率和容量的配置的方案。

      第三，參數(shù)辨識和狀態(tài)估計。研究混合儲能系統(tǒng)運行狀態(tài)與壽命衰減的交互影響機理，提出基于卡爾曼濾波和遞歸最小二乘的自適應(yīng)參數(shù)辨識和狀態(tài)估計的方法，建立了系統(tǒng)的運行和狀態(tài)評估的預(yù)測的模型。

    第四，電池管理BMS/CMS的集成技術(shù)。要實現(xiàn)兩種管理系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運行，為混合儲能高效的運行提供更有效地支持。特別強調(diào)的是這個不同，就是可以實現(xiàn)超容和鋰電互相之間的主動的均衡，比如說用超級電容做鋰電的主動均衡，當(dāng)然也可以用鋰電做超級電容的主動均衡，這樣就會簡單很多，而且能夠提高電池的效率。

      第五，混合儲能的能量管理系統(tǒng)，我們?nèi)∶麨镠EMS，也是采用三層架構(gòu)，分別是部署在云端的運行監(jiān)控系統(tǒng)，就地化部署的邊緣控制器也叫協(xié)調(diào)控制器，就地端的儲能的變流器，這三層架構(gòu)實現(xiàn)對混合儲能運行狀況實時監(jiān)測，優(yōu)化控制和在線分析。

      第六，運行控制層面。第一個應(yīng)用場景輔助火電機組進行聯(lián)合調(diào)頻，混合儲能輔助火電調(diào)頻由儲能單元、儲能變流器、變壓器以及相應(yīng)的配電設(shè)施組成，儲能單元采集超級電容和鋰電兩種儲能的技術(shù)，共同輔助火電機組完成電網(wǎng)的AGC調(diào)頻的指令。左邊是混合儲能在火電廠部署系統(tǒng)的架構(gòu)，右邊是混合儲能輔助火電調(diào)頻相關(guān)的控制的策略。

      第七，應(yīng)用在新能源場站的并網(wǎng)。混合儲能實現(xiàn)了四大功能，輔助調(diào)峰、一次調(diào)頻、平滑波動、偏差補償。預(yù)測精度不夠高，被電網(wǎng)考核，用儲能來補償這一部分偏差，能夠?qū)崿F(xiàn)比較大的收益。在新能源并網(wǎng)側(cè)的解決優(yōu)勢是能夠?qū)崿F(xiàn)高收益率，主動限發(fā)移峰功能，偏差補償?shù)脑鲆妫瑓⑴c電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻輔助服務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)高利用率，能夠提高儲能的利用的效率，不同的場景，不同的時間段能夠選擇最佳的運營的模式。能夠靈活適配，現(xiàn)在我國電力市場，電能量市場，輔助服務(wù)市場各個省的政策不一樣，而且快速的變化當(dāng)中，甚至每半年更新一次運營交易的策略，解決方案是可以適合全國各地的政策，支持風(fēng)電光伏儲能等多種電源組合地運行。

      展望多元復(fù)合儲能的前景。

      氫能是非常好的儲能的形式，但是目前基于綠電制氫成本比較高，未來能達到度電成本1.5毛以下以后，綠氫非常有競爭力。未來氫能將與電力系統(tǒng)進行深度耦合，從電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和復(fù)合側(cè)，制氫設(shè)備和電解水制氫以及氫燃料電池，將深入地嵌入到電力系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)，以氫為代表的實現(xiàn)液氨或者甲醇這種儲能，可滿足新型電力系統(tǒng)全時間尺度的調(diào)節(jié)的需求，不要只是定位為長時的儲能。通過在制氫環(huán)節(jié)，電解槽，制氫電源的功率的調(diào)節(jié)的變化，能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)的調(diào)頻和調(diào)峰，同時又兼顧長時備用的功能，我們認為氫能是未來非常良好的一個儲能的資源。

我的匯報就這些，謝謝！