CIES2024|| 华电电科院牟敏：新型储能产业技术发展及应用场景分析-聚展

数字储能网讯：3 月 10-13 日，由工业和信息化部节能与综合利用司指导，中国化学与物理电源行业协会主办并联合 500 余家机构共同支持的第十四届中国国际储能大会暨展览会（简称“CIES”）在杭州国际博览中心召开。 CIES 大会以“共建储能生态链，共创储能新发展”为主题，针对储能产业面临的机遇与挑战等重点、热点、难点问题展开充分探讨，分享可持续发展政策机制、资本市场、国际市场、成本疏导、智能化系统集成技术、供应链体系、商业模式、技术标准、示范项目应用案例、新产品以及解决方案的普及和深化应用。来自行业主管机构、国内外驻华机构、科研单位、电网企业、发电企业、系统集成商、金融机构等不同领域的 2011 余家产业链供应链企业，53417 位线上注册嘉宾将参加本届 CIES 大会，储能网视频号线上直播 11 万人参与观看与交流。其中 300 余家企业集中展示了储能产品，涵盖系统集成、电芯、PCS、BMS、集装箱、消防、检测认证、飞轮储能、液流电池、熔盐储热、压缩空气储能等新型储能全产业链。 3 月 12 日下午，华电电力科学研究院有限公司综合能源研究中心储能研究所技术主管牟敏受邀在储能电站建设与运维专场分享主题报告，报告题目为《新型储能产业技术发展及应用场景分析》。以下为报告主要内容：

牟敏：各位同仁、专家下午好！我来自华电电科院的牟敏，今天分享的内容是新型储能产业技术发展和应用场景分析。下面我将从几个方面展开今天的讲述。一个是新型储能技术的发展驱动。首先是双碳的驱动。早在 2020 年 9 月我们知道习总书记提出了双碳目标，构建以新能源为主体的新型电力系统是实现双碳目标的重大举措。波动性的新能源对灵活性的需求日益强烈，新型储能是平抑电源波动，聚合清洁能源，重构新型电力系统的重要支撑技术。因此，新型储能技术应运而生。主要想从政策方面讲一下政策方面的举动。“十四五”的新型储能发展实施方案中提出了电源侧加大力度发展新型储能。主要体现在五个方面。友好的新型能源电站的建设，在新能源资源富集区重点布局一批配置合理的新型储能，系统友好型新能源电站。高比例的可再生能源的外送。通过风光水火储一体化多能互补的模式，促进大规模新能源跨省区的外送消纳。沙戈荒大基地的风光基地开发消纳。通过研究新型储能的配置技术，合理规模化和运行方式，从而支撑大规模新能源的发送。促进大规模海上风电的开发消纳，开展海上风电新能源的研究，降低海上风电及输电通道容量的需求，提升海上风电消纳利用水平容量和容量支撑的能力。提升常规电源的调节能力，主要推动煤电合理配置新型储能，开展新型储能的电源侧多场景的应用，探索退役的火电机组厂址和输变电设施，利用原有的厂址和输电设施建设新的储能或者风光设施。能源转型的驱动。左边的图是现在的能源体系，右边的图展示了能源占比预测的装机情况。2020 年 -2040 年间全球的可再生能源占比新增装机达到了 2/3。新能源又具有波动性强，可控能力差，还有灵活资源匮乏的特点，系统稳定性存在很大的风险。储能技术已经灵活，新型储能是供给侧的必然选择。接下来能源调度的驱动。电网具有以下特点，源荷两侧同时具有波动性，要求电网具有更高的灵活性。可再生能源的跨区消纳需要更加优化的电网结构为支撑，电网的安全，高效运行需要调动控制的手段更加智能化，储能系统具备开放互动的特征，有利于可再生能源的接入。储能系统可以协调供需平衡，提高智能用电的优化配置能力，因此新型储能也是电网侧稳定的关键支撑。接下来站在用户侧来说能源消费的驱动。电动汽车等智能用电设施对供需的需求比较迫切，供需互动需要微电网和智能配电网作为重要的支撑。电光，热气等多种能源的协同不畅，综合能源利用效率比较低，因此新型储能是用户侧可靠用能的保障。接下来再看一下第二部分，新型储能技术的发展路径。首先我们看储能的社会价值。通过储能进行能量的时间转移存储，使发电和负荷的曲线匹配更优，从而提高电能质量，降低电力系统的综合投资，增强电力系统消纳更大清洁能源的能力，从而达到社会功能的更加清洁，综合社会成本更低的目的，增强我国工业的竞争力，实现社会发展绿色低碳的最终目标。新型储能是指除抽蓄之外以电力主要形式的一种储能技术，具备精准控制，快速响应，灵活配置，四象限的灵活调节功率的特点。可以为电力系统提供多时间尺度，全过程的平衡能力，支撑能力和调控能力，从而保障高比例新能源系统的可靠性。下面这个图储能技术的分类，储能技术主要分一些储能，电化学储能，化学储能，储冷储热以及电磁储能几大类，我主要介绍几类比较主要的储能形式的发展路径。首先飞轮储能。飞轮储能具有瞬时功率大，快速充放电，而且充放电时间可以达到毫秒级，寿命长，理论上超过 20 年。对工作的温湿度环境要求比较低，低损耗，易维护，效率很高。飞轮储能关键技术主要体现在设备集成，设计制造，还有超导，磁悬浮轴承，电磁磁悬浮轴承技术方面，飞轮的阵列控制，机网侧换流器的控制，以及热管理技术。主要设备是飞轮转子，轴承与电机，还有变流器等等。飞轮储能我们预测正在向着高功率，大容量的方向发展。目前飞轮储能系统的成本在 6000-8000 元一个千瓦，主要包含的是电极轴隙，电力控制器，辅助系统的费用。接下来再看第二类主流的是压缩空气储能，压缩空气储能具有循环寿命长，长达四五十年，而且容量大，工作时间长，以及经济性好。缺点选址要求比较高，技术不够独立，速度慢，转化效率比较低。中间的图展示的是压缩空气储能未来的发展方向和基金指标之间的发展趋势。接下来我们来看市面上用的最多锂电池储能。锂电池的优点寿命比较长，高能量密度，温度范围比较宽，倍率性能比较优异，缺点也就是安全问题突出，受资源限制。还有目前的回收技术不够成熟。锂电池未来的发展趋势主要朝着电池系统的故障识别，安全预警以及动态可重构技术，是未来的发展方向。接下来再来看液流电池储能。它的优点主要是循环寿命长，充放电特性好，高安全，结构简单，存储周期很长。缺点能量密度比较低，效率偏低，成本比较高，这个度同样是我们对它工作性能和寿命方面的预测。接下来再看一下钠离子电池储能，它的优点主要是低成本，性能好，耐低温性能也好。缺点是能量密度比锂离子低，体积大，重量大，稳定性比较低，目前的应用情况早在 2021 年 6 月的时候中科院的物理所和中科海纳在山西的太原综改区推出了全球首套的 1MWh 钠离子电池的光储充智能微网系统，而且已经成功投入运行。钠离子以其低成本，长寿命，高安全的诸多优势，有望在低速电动车，家庭工业储能，5G 通信基站，数据中心，可再生能源大规模接入和智能电网的多个领域快速发展。接下来第三部分储能的应用场景和经济性的分析。不同时间尺度我们统筹发展储能就可以满足不同场景的调节需求。长时储能一般为系统提供能量调节能力，主要用于季节性的调峰，长期需求响应等场景。而短时储能为系统提供调节能力，主要用于日内调峰，缓解输变电的阻塞，应急备用的场景。短时储能普遍用于一次调频，提高电能质量，平滑能源出力的场景。下面这个图展示了各类电化学储能的应用场景和功能。这个图主要展示的是储能在源网荷三侧的具体应用情况。在电源侧主要是包含新能源 + 储以及火储。电网侧包含调峰调频，应急电源场景。用户侧主要用于工商业的削峰填谷，需求响应，以及能源成本等。第一个场景新能源 + 储能，主要的作用是削峰填谷，提高新能源的消纳量。截至 2023 年底，风光的发电量占比已经达到了 15%，目前也有超过 20 多个省份要求建议新能源配置储能，配置的比例不低于 5%-30%。时间一般在 1-4 小时之间。我们通过对新能源配储案例的分析可以得到的结论，目前新能源配套储能的利用率很低，电源侧电价峰谷差并不显著，辅助服务的价格也不高，导致储能的收益难以保障。接下来我们来看用的比较多的场景也是火电机组配储能，电储能系统的接入，火电机组的用电系统通过响应调频调峰指令进行充放电。储能系统的充放电实际上增加或者减少常用电母线上的负荷，从而影响发电机组出口侧的上网功率，达到快速响应电网指令的目标。在运行过程中要求电储能系统满足以下两个要求。一个是尽量保证电池系统的 SOC 维持 50%。在连续充放电时尽量避免 SOC 达到充放电的上下限。通过现有火储调频的案例做分析，我们得到了一些结论。火电机组确实很有必要在调频方面配置储能，加装储能之后可以缩短机组的响应时间，提高调节速度和调节精度，对构建坚强的智能电网，并改善电网对可再生能源的接纳能力具有重要的意义。目前比较火的储能方式就是共享储能。共享储能主要将储能技术和共享经济的理念进行结合。是一类新型的商业模式，主要将闲置的储能资源在一定时间里，以一定的价格租赁给需求储能服务的用户，能够提供储能的综合利用率，以及减少成本的回收周期。共享储能的模式前景比较广阔，右边展示了共享储能的商业模式架构，共享储能主要以电网为纽带，将独立分散的电源侧，电网侧以及用户侧的储能进行全网的容量资源优化配置，统一由电网进行协调调度，可以全面推动储能能力的全面释放。优势主要体现在可以促进新能源电量的消纳，提高项目的收益率，缩短投资回收周期，促进储能形成独立的供应商身份。接下来华电典型的案例就是滕州储能的项目，这个项目容量 101MW，202MWh，是锂电和液流混合储能项目，这个项目的盈利主要来自三方面：一是电力现货市场；二是容量租赁；三是容量补偿。接下来看一下用户侧储能。用户侧储能典型的应用场景光储充一体化的电站。这种电站主要充分利用资源，将光伏、储能和充电站进行结合的建设，通过能量的存储和优化的配置，实现本地的能源生产和用能负荷的基本平衡。主要的盈利来源也就是用户的分时的电价和余电上网电价的价差，以湖北的某一个项目进行分析。左边这个图展示了项目的架构图，这个项目主要利用屋顶建设了 282 千瓦的光伏，建设了电动汽车充电站，是可以对外服务的。在经济效益方面，光伏 20 年的总发电量达到了 469.73 万千瓦时，充电桩可收取服务充电费大概 6 毛钱以度电，储能系统可用的充放电深度 90%，一充一放相当于每个循环套利 110 元。可见，储能在用户侧的应用前景良好。以上是我今天分享的内容，谢谢！

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