近日，由工業(yè)和信息化部節(jié)能與綜合利用司與國(guó)家能源局能源節(jié)約和科技裝備司聯(lián)合指導(dǎo)，中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)主辦并聯(lián)合240余家機(jī)構(gòu)共同支持的第十三屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)在杭州召開。
??來自行業(yè)主管機(jī)構(gòu)、國(guó)內(nèi)外駐華機(jī)構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機(jī)構(gòu)等不同領(lǐng)域的1011余家產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈企業(yè)，5417位嘉賓參加了本屆大會(huì)，其中245家企業(yè)展示了儲(chǔ)能產(chǎn)品，可謂盛裝出席，涵蓋系統(tǒng)集成、電芯、PCS、BMS、集裝箱、消防、檢測(cè)認(rèn)證等新型儲(chǔ)能全產(chǎn)業(yè)鏈。
??大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院教授、大連市新型電力系統(tǒng)工程中心主任李愛魁受邀在長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)及應(yīng)用專場(chǎng)分享了主題報(bào)告，報(bào)告題目為《全釩液流電池儲(chǔ)能多重應(yīng)用技術(shù)》。以下是報(bào)告主要內(nèi)容：
??李愛魁：尊敬的各位同行，感謝組委會(huì)給我這個(gè)機(jī)會(huì)和各位同事一起交流液流電池儲(chǔ)能的相關(guān)技術(shù)。我2020年來到大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院，從事的工作是儲(chǔ)能電站技術(shù)，還有之前一直在做的全釩液流電池系統(tǒng)開發(fā)，以及鋰離子電池儲(chǔ)能模塊集成應(yīng)用。儲(chǔ)能電站應(yīng)用技術(shù)集中在運(yùn)維、調(diào)用等方面，液流電池技術(shù)目前主要是相關(guān)測(cè)試系統(tǒng)研究和開發(fā)。
??首先講一下為什么要提到液流電池的多重應(yīng)用。液流電池作為長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能一直為行業(yè)所熟悉，但仍屬于電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，具有電化學(xué)儲(chǔ)能自身的特點(diǎn)和功能。這個(gè)圖片是大家經(jīng)常用的，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)是以新能源為主體。相對(duì)于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的潮流單向流動(dòng)，新型電力系統(tǒng)潮流特點(diǎn)就是雙向、互動(dòng)，還有新能源高占比、電力電子化，以及它的“雙峰”模式。去年底的電機(jī)工程學(xué)報(bào)的年會(huì)上的相關(guān)報(bào)告里提到， “30、60”雙碳目標(biāo)的火電機(jī)組在后續(xù)由主力電源變成調(diào)節(jié)電源，并不是完全退出歷史舞臺(tái)。新能源達(dá)到一定比例后會(huì)變成主力電源，這是新型電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。在這個(gè)發(fā)展過程中，對(duì)于儲(chǔ)能功能及技術(shù)要求各有各的理解，但正如國(guó)網(wǎng)公司副總經(jīng)理陳總報(bào)告里提到的，儲(chǔ)能作為裝備技術(shù)，仍然遵循裝備技術(shù)支撐電力系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新，系統(tǒng)技術(shù)引導(dǎo)或者指導(dǎo)裝備技術(shù)的發(fā)展規(guī)律。儲(chǔ)能的功能必須跟系統(tǒng)技術(shù)緊密相關(guān)，特別是電化學(xué)儲(chǔ)能，只要服務(wù)于電力系統(tǒng)，就需要從電力系統(tǒng)的角度考慮這個(gè)問題。
??新型電力系統(tǒng)的發(fā)展，具體的特征就是低碳、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定三個(gè)方面，低碳和經(jīng)濟(jì)是我們國(guó)家基本的戰(zhàn)略目標(biāo)，作為裝備技術(shù)人員，考慮的事情就是新型裝備支撐電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。具體到儲(chǔ)能方面，就是從能量型、削峰填谷功能朝電力支撐方面發(fā)展，也就是功率能量耦合型、調(diào)頻和動(dòng)態(tài)調(diào)壓等方面發(fā)展。液流電池儲(chǔ)能作為電化學(xué)儲(chǔ)能，在功能上需要從長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能向兼顧多重服務(wù)延伸，這樣才能發(fā)揮它的更大價(jià)值，具體在應(yīng)用上除了調(diào)峰平滑和跟蹤計(jì)劃曲線之外，還需要對(duì)系統(tǒng)慣量、頻率、電壓等方面提供支撐。裝備技術(shù)方面，當(dāng)然是高功率密度、高能量密度、低成本、高安全，這也是對(duì)儲(chǔ)能的常規(guī)和總體要求。
??分析液流電池的多重應(yīng)用技術(shù)，首先了解一下工程上儲(chǔ)能電站的應(yīng)用。儲(chǔ)能電站結(jié)構(gòu)包括電池系統(tǒng)、電力電子系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、輔電系統(tǒng)等，這些大家都是非常清楚。電力作為一個(gè)商品，它與普通商品的區(qū)別就在于有物理邊界約束。儲(chǔ)能應(yīng)用功能展開一句話就是擴(kuò)展電力商品的物理約束，一個(gè)是電網(wǎng)的邊界約束，一個(gè)是機(jī)組的邊界約束，當(dāng)然現(xiàn)在還包括負(fù)荷側(cè)，具體就是源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化協(xié)調(diào)。
??除了作為拓展電力商品物理約束邊界之外，針對(duì)我國(guó)的特高壓網(wǎng)架的電網(wǎng)形態(tài)，還需要保護(hù)大電網(wǎng)穩(wěn)定，調(diào)峰調(diào)頻之外還有調(diào)壓，因此液流電池儲(chǔ)能需要擴(kuò)展的應(yīng)用還有很多。具體到輔助服務(wù)，當(dāng)前階段如果源網(wǎng)荷協(xié)同足夠好，按理說儲(chǔ)能作為服務(wù)型裝備也不是特別急迫，但為什么現(xiàn)在大家都作為必備的電力裝備來發(fā)展，就是因?yàn)殡p高電力系統(tǒng)下源網(wǎng)荷的協(xié)調(diào)將越來越困難，未雨綢繆。分析了液流電池要服務(wù)的對(duì)象，按照系統(tǒng)技術(shù)指導(dǎo)裝備技術(shù)的原則，就可以對(duì)液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)提出一些指標(biāo)，這個(gè)指標(biāo)除了長(zhǎng)時(shí)之外，對(duì)短時(shí)功能也需要進(jìn)行關(guān)注。長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能也可以兼顧做短時(shí)的事情，這塊涉及到多重應(yīng)用控制等問題。
??新能源場(chǎng)站配套液流電池和鋰離子電池在國(guó)內(nèi)是同步的，功能主要有平滑新能源出力、跟蹤發(fā)電計(jì)劃曲線，以及支撐風(fēng)電的高低電壓穿越，這種功能在2010年起建設(shè)的張北風(fēng)光儲(chǔ)輸基地都已經(jīng)驗(yàn)證了。遼寧法庫(kù)的臥牛石風(fēng)電場(chǎng)也驗(yàn)證了五兆瓦全釩液流電池儲(chǔ)能電站的新能源配套能力。
??國(guó)外是直接在城市里面給高效光伏發(fā)電配套，實(shí)際上是工業(yè)廠區(qū)內(nèi)源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化項(xiàng)目，效果也比較明顯。去年類似的一個(gè)六兆瓦液流電池系統(tǒng)，也開始用在國(guó)內(nèi)的廠區(qū)內(nèi)，與風(fēng)電場(chǎng)聯(lián)合發(fā)電配套應(yīng)用。儲(chǔ)能跟新能源配套，除了AGC和AVC，內(nèi)部還有一個(gè)協(xié)調(diào)，跟風(fēng)電機(jī)組聯(lián)合做風(fēng)電場(chǎng)主動(dòng)支撐，提高風(fēng)電廠的靈活性，具體是一次調(diào)頻還有動(dòng)態(tài)調(diào)壓，與新能源站內(nèi)的SVG如何更好的配合，這一塊也是很重要。
??這是在大連的一個(gè)建設(shè)在城市里面的電站，也是百兆瓦級(jí)，液流電池技術(shù)領(lǐng)域里面當(dāng)前最大的電站了。說是跟熱電廠配套，其實(shí)是一個(gè)獨(dú)立的電站，除了調(diào)峰，作為電化學(xué)儲(chǔ)能電站很多功能都具備，后續(xù)主要是更有效地參與電力市場(chǎng)。包括調(diào)峰，后續(xù)有現(xiàn)貨市場(chǎng)后，就需要像其他電源一樣進(jìn)行正常的電力市場(chǎng)流程。比如要報(bào)價(jià)，也就是要投標(biāo)，我們電化學(xué)儲(chǔ)能電站未來有非常重要的工作就是投標(biāo)，而不是等著調(diào)用。當(dāng)前的調(diào)峰中計(jì)劃充放電是最簡(jiǎn)單的中長(zhǎng)期模式，后續(xù)可能隨著電網(wǎng)及電源結(jié)構(gòu)的變化而變化。
??特別是隨著新能源比例的增大，這種定時(shí)的或者中長(zhǎng)期的比例一定會(huì)下降，現(xiàn)貨市場(chǎng)的比例會(huì)增加，這個(gè)時(shí)候它的峰谷差和電價(jià)特點(diǎn)是完全不一樣的。未來儲(chǔ)能電站參與調(diào)峰不僅需要預(yù)測(cè)新能源發(fā)電，還需要預(yù)測(cè)電價(jià)，進(jìn)而做日前和其中計(jì)劃，包括參與市場(chǎng)投標(biāo)，液流電池儲(chǔ)能電站的多重應(yīng)用技術(shù)更加重要。
??大家看一下某省現(xiàn)貨市場(chǎng)三個(gè)典型日電價(jià)情況，有整天電價(jià)都是兩三毛錢低價(jià)的，也有整天電價(jià)都是一塊多錢高價(jià)的，當(dāng)然也有可能出現(xiàn)大家在中長(zhǎng)期中常見峰谷電價(jià)曲線。因此參與現(xiàn)貨市場(chǎng)調(diào)峰的時(shí)候如果不預(yù)測(cè)電價(jià)的話，儲(chǔ)能電站運(yùn)行策略沒有辦法做日前和日中計(jì)劃，也沒有辦法報(bào)價(jià)。這個(gè)時(shí)候要有很多運(yùn)行邊界，儲(chǔ)能電站的度電成本和容量成本是多少才能支撐這個(gè)調(diào)峰收益，后續(xù)調(diào)峰的時(shí)候應(yīng)用也是很重要的一塊。
??未來“雙高”電力系統(tǒng)如果互濟(jì)能力不強(qiáng)，一定會(huì)面臨穩(wěn)定的問題，這個(gè)穩(wěn)定不僅僅是大電網(wǎng)的穩(wěn)定，將來配電網(wǎng)由于大量的分布式發(fā)電，也可能會(huì)面臨穩(wěn)定的問題。以一個(gè)弱鏈接的典型區(qū)域電網(wǎng)為例，當(dāng)它有大量的沖擊性負(fù)荷的時(shí)候，它的頻率波動(dòng)非常明顯，如果僅靠一個(gè)火電機(jī)組支撐電網(wǎng)，火電機(jī)組運(yùn)行要不停地進(jìn)行大幅度出力波動(dòng)，這種工況對(duì)火電機(jī)組的運(yùn)行壽命及能耗是非常不利的。這種情況下通過儲(chǔ)能電站一次調(diào)頻就可助力電網(wǎng)穩(wěn)定，緊密跟蹤電網(wǎng)頻率，同時(shí)接入電網(wǎng)的分布式穩(wěn)定系統(tǒng)，在高頻切機(jī)、低頻切荷之前，先調(diào)用儲(chǔ)能電站。這是火電機(jī)組DCS截圖，可以看到投入前后電網(wǎng)頻率荷火電機(jī)組出力都有明顯的平滑作用，這還是兼顧了儲(chǔ)能電站的運(yùn)行壽命折損，如果儲(chǔ)能電站的慣性及下垂系數(shù)更大的話，頻率就會(huì)更平滑，機(jī)組出力也會(huì)更穩(wěn)定，當(dāng)然這里面有個(gè)儲(chǔ)能電站荷火電機(jī)組折損的性價(jià)比平衡問題，目前這個(gè)問題還是比較難解決的。
??液流電池如果不是運(yùn)行在額定功率下，它的效率相比額定功率會(huì)有一定的衰減和影響，通過分析前期調(diào)研的儲(chǔ)能電站輔助火電機(jī)組調(diào)頻的運(yùn)行數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)時(shí)間積分的平均負(fù)荷率一般在50%以上，因此如果再進(jìn)行功率分配策略的優(yōu)化，液流電池輔助火電機(jī)組調(diào)頻是可行的。之前為了降低泵耗，采用功率與變頻泵的運(yùn)行頻率聯(lián)動(dòng)方式，可能影響響應(yīng)時(shí)間，目前判斷控制冗余也是能解決的。充分發(fā)揮壽命比較長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，參與多重服務(wù)提高收益。不能僅僅因?yàn)榘阉ㄎ辉陂L(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能就不干其他方面的事情，這樣會(huì)對(duì)收益，特別是多渠道收益的拓展是一個(gè)非常大的損失。
??再提提黑啟動(dòng)，零壓黑啟動(dòng)電網(wǎng)是電化學(xué)儲(chǔ)能電站的一大優(yōu)勢(shì)，這個(gè)優(yōu)勢(shì)可能對(duì)于未來高比例電網(wǎng)的安全保障是一個(gè)重要的基礎(chǔ)。特別是配網(wǎng)的黑啟動(dòng)能力，可能是包括新形勢(shì)下電力安全的關(guān)鍵措施。目前看到的都是主網(wǎng)保配網(wǎng)模式，后續(xù)可能需要配網(wǎng)保主網(wǎng)模式。這種情況下配網(wǎng)的黑啟動(dòng)能力就非常關(guān)鍵，因?yàn)橛写罅康姆植际侥茉春蛢?chǔ)能在那里，在負(fù)荷側(cè)很容易實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷的實(shí)時(shí)平衡。用5萬到10萬千瓦級(jí)左右的儲(chǔ)能電站，黑啟動(dòng)這種35萬千瓦的煤電機(jī)組或者燃汽輪機(jī)，目前來看技術(shù)上是沒有問題的。
??這是儲(chǔ)能電站零壓?jiǎn)?dòng)220 千伏變電站的電網(wǎng)波形，電網(wǎng)建壓之后逐步投入電源和負(fù)荷，柔性化啟動(dòng)，對(duì)于含分布式電源和負(fù)荷的電網(wǎng)是非常穩(wěn)的。
??剛才講了液流電池的多重輔助服務(wù)，也就是液流電池到底能干什么，實(shí)際是需要拓展液流電池在整個(gè)電力市場(chǎng)中的應(yīng)用。液流電池孟總和其他同事都講過了，我就不再贅述了。我對(duì)釩液流了解一點(diǎn)，我現(xiàn)在正在做的項(xiàng)目也是釩電解液的相關(guān)事情。由于釩電解液體系沒有交叉污染問題，所以它的狀態(tài)恢復(fù)和壽命是可保證的。目前面臨的問題，第一是綜合性能指標(biāo)及可靠性都需要提高，液流電池產(chǎn)業(yè)鏈與鋰電池的相比成熟度還不夠，這就造成液流電池本身還有很大的發(fā)展空間。
??第二是成本怎么控制，如何度過釩資源的周期，這個(gè)問題尤其需要重新審視僅僅用于長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能工況的局限性，更應(yīng)該發(fā)揮短時(shí)儲(chǔ)能的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，直白地觀點(diǎn)是，如果僅僅定位于性價(jià)比不高的長(zhǎng)時(shí)應(yīng)用工況，釩資源一旦出現(xiàn)歷史上的高周期，大部分的釩電池儲(chǔ)能電站可能面臨停工。做好儲(chǔ)能電站自身的運(yùn)營(yíng)和管理，參與多重輔助服務(wù)，這塊是有空間的?？傮w來說，不管是性能上，最后到關(guān)鍵技術(shù)上，液流電池都有很大的前景發(fā)展空間，目前為止沒有看到它的天花板。特別是這兩年更多技術(shù)人員的參與，各個(gè)技術(shù)路線競(jìng)爭(zhēng)的同時(shí)也在相互借鑒，后續(xù)液流電池技術(shù)還會(huì)有很大的發(fā)展。這是我們圍繞效率進(jìn)行的拓?fù)渖系恼{(diào)整。近期我們的主要工作是圍繞并網(wǎng)控制、高功率密度電化學(xué)系統(tǒng)開發(fā)，以及儲(chǔ)能電站狀態(tài)評(píng)價(jià)等領(lǐng)域開展。在學(xué)校成果轉(zhuǎn)化相關(guān)工作精神指導(dǎo)下，后續(xù)還會(huì)進(jìn)行公司化操作，重點(diǎn)是把儲(chǔ)能電站運(yùn)營(yíng)得更好。
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