中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：11月9-10日，由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)主辦的首屆中國(guó)新型儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展大會(huì)暨全國(guó)虛擬電廠(chǎng)及需求側(cè)響應(yīng)高層研討會(huì)在山東濟(jì)南喜來(lái)登召開(kāi)。
大會(huì)聚焦新型儲(chǔ)能可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展，針對(duì)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)等重點(diǎn)、熱點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題展開(kāi)充分探討，分享可持續(xù)政策機(jī)制、資本市場(chǎng)、新型儲(chǔ)能系統(tǒng)集成技術(shù)、供應(yīng)鏈體系、商業(yè)模式、示范項(xiàng)目應(yīng)用案例、新產(chǎn)品以及解決方案的普及和深化應(yīng)用。
來(lái)自電網(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150家產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，322位嘉賓參加了本屆大會(huì)。大會(huì)通過(guò)主旨演講、高峰對(duì)話(huà)等環(huán)節(jié)深入交流探討。
大會(huì)組委會(huì)邀請(qǐng)格力鈦新能源股份有限公司何意分享主題報(bào)告《高安全鈦酸鋰技術(shù)在新型儲(chǔ)能系統(tǒng)中的應(yīng)用》。以下是發(fā)言主要內(nèi)容：
何意：各位專(zhuān)家，各位同行，各位嘉賓，大家上午好。我們蔣總因?yàn)榕R時(shí)有事，所以今天由我來(lái)給大家做一個(gè)分享。我是來(lái)自格力鈦新能源的何意。
今天給大家分享的題目是 “高安全鈦酸鋰技術(shù)在新型儲(chǔ)能系統(tǒng)中的應(yīng)用”，分享內(nèi)容內(nèi)容主要分為三個(gè)部分。首先是企業(yè)介紹，格力鈦新能源股份有限公司是一家集鈦酸鋰電池核心材料、電池、智能儲(chǔ)能系統(tǒng)、新能源汽車(chē)研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售以及動(dòng)力電池回收梯次利用為一體的全球性綜合新能源產(chǎn)業(yè)集團(tuán)。旗下?lián)碛袕V通汽車(chē)、奧鈦儲(chǔ)能兩大品牌，總部位于珠海，擁有邯鄲、石家莊、成都、天津、洛陽(yáng)、南京等產(chǎn)業(yè)園。我司于2021年成為世界500強(qiáng)企業(yè)格力電器的控股公司。公司目前有兩大體系鋰電池的研發(fā)制造能力，其中鈦酸鋰材料年產(chǎn)10000噸，鈦酸鋰電池年產(chǎn)3GWh；磷酸鐵鋰目前有12條產(chǎn)線(xiàn)，年產(chǎn)磷酸鐵鋰電池15GWh。以下為我司的獲得一些榮譽(yù)，在今年，我司獲得了中國(guó)專(zhuān)利的金獎(jiǎng)，并獲評(píng)國(guó)家制造單項(xiàng)冠軍產(chǎn)品。
第二章是介紹一下格力鈦電池技術(shù)及產(chǎn)品。我們格力鈦電池有四大核心特點(diǎn)：高安全、快充放、耐寬溫和長(zhǎng)壽命。
首先介紹一下安全性。本征安全第一點(diǎn)是鈦酸鋰對(duì)鋰電位為1.55V，相比于石墨材料嵌鋰電位0.1V，鈦酸鋰電池可保證足夠的裕度，充放電過(guò)程中不會(huì)析出金屬鋰；本征安全第二點(diǎn)，相比于二維層狀結(jié)構(gòu)的石墨負(fù)極材料，鈦酸鋰材料為尖晶石結(jié)構(gòu)，具有三維鋰離子通道，充放電過(guò)程中材料結(jié)構(gòu)幾乎不發(fā)生變化，避免在大倍率電流放電產(chǎn)生鋰枝晶；本征安全第三點(diǎn)，電池短路時(shí)，鈦酸鋰材料可由導(dǎo)電相變?yōu)楦咦柘?，在一定程度上可抑制熱失控。我司的鈦酸鋰電池在做切割，針刺，擠壓，淋雨，槍擊等測(cè)試都不會(huì)發(fā)生起火或者爆炸的現(xiàn)象。
鈦酸鋰電池第二大核心優(yōu)勢(shì)就是長(zhǎng)壽命。這個(gè)也是基于鈦酸鋰材料的尖晶石三維結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。在鋰離子脫嵌過(guò)程中，材料體積變化率很小，為“零應(yīng)變”的材料，充放電過(guò)程中材料不會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)坍塌等不可逆變化。下圖中我們可以看到目前我司在測(cè)的鈦酸鋰電池，2C/2C，100%DOD的測(cè)試條件下，已經(jīng)測(cè)到了39000次，仍在持續(xù)的測(cè)試中。下表為我司2014年裝車(chē)的一批電池，在2019年我們對(duì)這個(gè)電池進(jìn)行了容量測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)可以看到裝車(chē)運(yùn)行了五年，容量基本上是沒(méi)有衰減。
鈦酸鋰電池第三大核心特點(diǎn)就是它的一個(gè)快充放?？斐浞攀怯捎阝佀徜嚥牧系娜S鋰離子通道，Li+可以快速脫嵌，實(shí)現(xiàn)超快速充放電；此外格力鈦的鈦酸鋰材料為納米級(jí)材料，一次粒子40-60nm，遠(yuǎn)小于市面上其他的鈦酸鋰材料，小粒徑縮短了鋰離子傳輸距離，實(shí)現(xiàn)快速充放。
伴隨著公司的不斷發(fā)展，鈦酸鋰電池的能量密度也是在不斷地攀升。從以前的方殼33Ah，圓柱電池30Ah，現(xiàn)在已經(jīng)做到方形電池110Ah和155Ah，圓柱50Ah，鈦酸鋰電池的能量密度也得到了大幅的提升。目前我司已經(jīng)量產(chǎn)了全球最大的單體鈦酸鋰電池，單電池容量155Ah，最大持續(xù)可充放電電流500A，PACK系統(tǒng)體積能量密度提升高達(dá)100%，目前這款電池在我們工程機(jī)械，公交車(chē)，大巴，以及我們的調(diào)頻等領(lǐng)域已經(jīng)投入使用。能量密度不斷提升的同時(shí)，我們功率密度的也在提升。目前我司產(chǎn)品采用的是全集流體硬連接替代傳統(tǒng)單極耳軟連接，載流量17.5倍。
接下來(lái)介紹一個(gè)行業(yè)上大家也比較關(guān)心的鈦酸鋰電池脹氣的問(wèn)題。從下面的圖中可以看到，脹氣主要因?yàn)殁佀徜嚥牧蠈?duì)水分是比較敏感的，這個(gè)水分物理的方法是很難清除的。隨著現(xiàn)在鋰電池行業(yè)制程工藝的發(fā)展，我司通過(guò)對(duì)原材料，工序，環(huán)境管控有一些特殊的工藝，這個(gè)脹氣問(wèn)題在很多年前就已經(jīng)解決了，也是給行業(yè)上的各位一個(gè)說(shuō)明。
以下為我司目前的電池系列產(chǎn)品，鈦酸鋰電池包括大圓柱的40Ah、45Ah和50Ah，還有小圓柱的6Ah、9Ah和12Ah，軟包70Ah。磷酸鐵鋰電池主要包括動(dòng)力系列的50Ah、60Ah和70Ah，備電系列102Ah，長(zhǎng)循環(huán)儲(chǔ)能用280Ah。
第三章介紹格力鈦儲(chǔ)能產(chǎn)品及應(yīng)用案例。我們的產(chǎn)品從電池單體到Pack，到電池簇，再到集裝箱系統(tǒng)，包括了風(fēng)冷和液冷兩種方案。目前我司的能量型儲(chǔ)能系統(tǒng)單個(gè)集裝箱，最大可以做到5MWh，功率型儲(chǔ)能系統(tǒng)，單個(gè)集裝箱最大可以做到4MW。在2021年7月份，我司高安全大倍率儲(chǔ)能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用，也是獲得了“國(guó)際領(lǐng)先”鑒定。
介紹完我司的系列產(chǎn)品，接下來(lái)介紹我司產(chǎn)品在各種領(lǐng)域的應(yīng)用。第一個(gè)是在發(fā)電側(cè)新能源場(chǎng)站的一次調(diào)頻。新能源的快速發(fā)展給電網(wǎng)業(yè)帶來(lái)了一個(gè)極大的挑戰(zhàn)，各地也陸續(xù)出臺(tái)政策，要求新能源具備一次調(diào)頻功能，與此同時(shí)，各種標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)地出臺(tái)。新能源廠(chǎng)站的調(diào)頻功率需求是分鐘級(jí)、MW級(jí)，需求配置大功率的儲(chǔ)能，即我們的虛擬同步發(fā)電技術(shù)（VSG）?，F(xiàn)階段存在的問(wèn)題是，單一形式的儲(chǔ)能是無(wú)法解決功率密度和能量密度的矛盾。行業(yè)上現(xiàn)在比較常見(jiàn)的做法，就是用這種混合型儲(chǔ)能，比如說(shuō)鉛酸電池加超級(jí)電容器，或者磷酸電池加飛能的混合形式，這種混合儲(chǔ)能也面臨著一個(gè)問(wèn)題，配置比例以及協(xié)調(diào)控制的難度較大；另外隨著光伏子陣和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的單機(jī)的規(guī)模也不斷增大的，對(duì)于這種高成本的功率型儲(chǔ)能配比和能量型全生命周期的循環(huán)壽命，也是提出了一個(gè)更高的要求。這對(duì)混合型儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性和性?xún)r(jià)比也是一個(gè)非常大的考驗(yàn)。
下面兩張圖是我司采集的某風(fēng)電廠(chǎng)七天內(nèi)發(fā)電功率曲線(xiàn)和24小時(shí)內(nèi)的調(diào)頻功率需求。圖中我們也可以明顯看到，儲(chǔ)能系統(tǒng)日均的充放電轉(zhuǎn)換次數(shù)是10到50次，轉(zhuǎn)換到年充放電次數(shù)是3000到15000次（淺充淺放），因此，對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)全生命周期的循環(huán)壽命提出了一個(gè)更高的要求。
不同特性的儲(chǔ)能限值將決定VSG的控制參數(shù)邊界。這張表可以看到，在一次調(diào)頻的領(lǐng)域，在鈦酸鋰的儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠很好的兼顧能量密度和功率密度。
這個(gè)是我們的應(yīng)用案例，跟中車(chē)這邊合作的3.3MW風(fēng)力配置360kW/89.42kWh（4P）鈦酸鋰儲(chǔ)能系統(tǒng)，測(cè)試效果良好，下一步計(jì)劃將儲(chǔ)能系統(tǒng)裝入風(fēng)機(jī)塔筒，實(shí)現(xiàn)一機(jī)一儲(chǔ)。
第二個(gè)案例是全球首個(gè)光伏、儲(chǔ)能戶(hù)外實(shí)證試驗(yàn)平臺(tái)，配置了150kW/33kWh（4P）的鈦酸鋰儲(chǔ)能系統(tǒng)，目前運(yùn)行狀況良好，該項(xiàng)目已經(jīng)做到了第三期，三期規(guī)模將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。
第二個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域是電網(wǎng)側(cè)的應(yīng)用：AGC調(diào)頻，通過(guò)儲(chǔ)能參與AGC調(diào)頻，大幅提升機(jī)組調(diào)頻性能，提高調(diào)頻收益。下圖我們可以看到某個(gè)電廠(chǎng)2h內(nèi)的調(diào)頻指令，在一個(gè)調(diào)度周期內(nèi)，最大爬坡功率2853 kW，累計(jì)轉(zhuǎn)換電量?jī)H73 kWh，這就是屬于典型的功率型的應(yīng)用，這種場(chǎng)景下，我們應(yīng)該重點(diǎn)考慮的功率成本。下圖為我司某電廠(chǎng)調(diào)頻儲(chǔ)能系統(tǒng)傳回的運(yùn)行數(shù)據(jù)，圖中可以發(fā)現(xiàn)調(diào)頻儲(chǔ)能系統(tǒng)電池SOC運(yùn)行區(qū)間只占整個(gè)電池系統(tǒng)電量的25%-40%，即對(duì)電量需求并不高，一般儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)配置為15~30min。鈦酸鋰電池在1C、4C至6C倍率范圍內(nèi)，不需通過(guò)超配電量來(lái)滿(mǎn)足調(diào)頻倍率的需求，兼顧大倍率充放電的同時(shí)仍能滿(mǎn)足較長(zhǎng)的充放電循環(huán)壽命。右下角的檢測(cè)報(bào)告我們也可以看到，鈦酸鋰電池4C循環(huán)測(cè)試，16000次后容量保持率在83%以上。
在A(yíng)GC調(diào)頻領(lǐng)域，我們經(jīng)常需要考慮的是里程成本。在這里我們對(duì)磷酸鐵鋰和鈦酸鋰兩種儲(chǔ)能系統(tǒng)做了一個(gè)對(duì)比。一個(gè)1MWh的電池系統(tǒng)，磷酸鐵鋰最大可以做到2MW，而鈦酸鋰儲(chǔ)能系統(tǒng)可以做到4MW，每年調(diào)頻里程，鈦酸鋰是磷酸鐵鋰的兩倍，循環(huán)壽命，鈦酸鋰是磷酸鐵鋰的3倍，即使鈦酸鋰的成本是磷酸鐵鋰的2-3倍，但是綜合算下來(lái)，高功率鈦酸鋰?yán)锍坛杀救缘陀诹姿徼F鋰，不超過(guò)鐵鋰的1/2，優(yōu)勢(shì)較為明顯。
下圖為不同類(lèi)型的儲(chǔ)能系統(tǒng)里程成本的對(duì)比（對(duì)比數(shù)據(jù)來(lái)源：《電工電能新技術(shù)》），我們也可以看到，鈦酸鋰儲(chǔ)能是有一個(gè)非常明顯的優(yōu)勢(shì)。
以下為我司在發(fā)電廠(chǎng)配套的調(diào)頻儲(chǔ)能系統(tǒng)的幾個(gè)典型的應(yīng)用，一個(gè)是我們的珠海橫琴的熱電廠(chǎng)，鈦酸鋰儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)模為8MW/3.2MWh；另外一個(gè)是在內(nèi)蒙古的烏拉特，配置了10MW/4MWh的鈦酸鋰儲(chǔ)能系統(tǒng)，這兩個(gè)相對(duì)目前運(yùn)行的非常好，收益也是很好。
第三個(gè)應(yīng)用是在用電側(cè)，對(duì)于功率型的配電擴(kuò)容。隨著新能源產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，我們新能源汽車(chē)也是越來(lái)越普及。新能源汽車(chē)的增多，必然會(huì)對(duì)我們充電提出了一個(gè)更高的要求。對(duì)配電也是提出了巨大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的方案都是通過(guò)變壓器的擴(kuò)容來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，但是很多地方的配電擴(kuò)容難度是非常大的，而且配電的改造的成本也是相當(dāng)高。我們通過(guò)配套功率型的儲(chǔ)能系統(tǒng)，能夠很好的解決這個(gè)問(wèn)題。
以下為我司在首都機(jī)場(chǎng)做的項(xiàng)目，大家坐飛機(jī)的時(shí)候可以看到1號(hào)門(mén)，2號(hào)門(mén)，T3D和T3E這幾個(gè)站點(diǎn)都配了我司的光儲(chǔ)充系統(tǒng)，很好的解決了首都機(jī)場(chǎng)車(chē)的充電問(wèn)題，目前運(yùn)行狀態(tài)良好，可以滿(mǎn)足全天176臺(tái)次的充電需求。
除上述應(yīng)用場(chǎng)景及案例外，利用鈦酸鋰電池的安全性和倍率性，我司鈦酸鋰產(chǎn)品管道閥室和國(guó)防設(shè)備等場(chǎng)景得到很好應(yīng)用。
格力鈦儲(chǔ)能產(chǎn)品已經(jīng)在全球30多個(gè)國(guó)家和地區(qū)投入運(yùn)行，早在2014年，我司的鈦酸鋰調(diào)頻儲(chǔ)能產(chǎn)品就已經(jīng)在美國(guó)以及北歐的一些國(guó)家投入使用，近些年，隨著國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能市場(chǎng)的發(fā)展，公司也在國(guó)內(nèi)大力布局儲(chǔ)能項(xiàng)目，以下為我司成功投運(yùn)的部分典型項(xiàng)目案例。這里由于時(shí)間關(guān)系就不一一介紹了。
最后如果大家感興趣的話(huà)，歡迎大家接下來(lái)一起交流分享，謝謝。
