中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：新能源出力的不斷并網(wǎng)，對(duì)電力系統(tǒng)的靈活性提出了更高要求，在此長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能電站發(fā)揮了實(shí)現(xiàn)電力平移的作用。長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能一般指4h以上的儲(chǔ)能技術(shù)，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)是可實(shí)現(xiàn)跨天、跨月乃至跨季節(jié)充放電循環(huán)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，以滿足電力系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定。
近年來(lái)涌現(xiàn)了通遼現(xiàn)代能源“風(fēng)光水火儲(chǔ)一體化”示范項(xiàng)目、國(guó)家電投海陽(yáng)儲(chǔ)能電站項(xiàng)目、大連液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰電站國(guó)家示范項(xiàng)目、山東萊蕪孟家電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目、三峽新能源慶云儲(chǔ)能電站示范項(xiàng)目、福建晉江儲(chǔ)能電站試點(diǎn)示范項(xiàng)目等，為我國(guó)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能電站的健康發(fā)展夯實(shí)了基礎(chǔ)。
儲(chǔ)能的核心就是實(shí)現(xiàn)能量在時(shí)間和空間上的移動(dòng)，本質(zhì)上是讓能源更可控。目前長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)可分為機(jī)械儲(chǔ)能、儲(chǔ)熱和化學(xué)儲(chǔ)能3大主線，具體包括抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、熔鹽儲(chǔ)熱、鋰離子電池、鈉離子電池和液流電池。
針對(duì)平衡電力系統(tǒng)的負(fù)荷要求增加現(xiàn)狀，首先根據(jù)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展概況，分析抽水、壓縮空氣、鋰離子電池、液流電池蓄能的技術(shù)特性、優(yōu)勢(shì)及目前瓶頸，統(tǒng)計(jì)以上儲(chǔ)能技術(shù)的典型應(yīng)用工程；
然后從電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)分析儲(chǔ)能的典型場(chǎng)景應(yīng)用，闡述多種儲(chǔ)能技術(shù)在能量轉(zhuǎn)移、輔助服務(wù)、黑啟動(dòng)、平滑新能源出力等多場(chǎng)景下的應(yīng)用對(duì)比；最后跟蹤我國(guó)新型儲(chǔ)能技術(shù)的示范工程最新進(jìn)展，在此基礎(chǔ)上介紹儲(chǔ)能電站的技術(shù)參數(shù)、電池選型、系統(tǒng)接線、能量管理等問(wèn)題，為未來(lái)儲(chǔ)能電站技術(shù)發(fā)展提供借鑒。
一、長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能電站技術(shù)發(fā)展
隨著可再生能源發(fā)電滲透率越高，所需儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)越長(zhǎng)?？稍偕茉窗l(fā)電具有間歇性的特點(diǎn)，主要發(fā)電時(shí)段和高峰用電時(shí)段錯(cuò)位，存在供需不平衡。隨滲透率上升，平衡電力系統(tǒng)的負(fù)荷要求增加。
相較于短時(shí)儲(chǔ)能，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)可更好地實(shí)現(xiàn)電力平移，將可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)移到電力需求高峰時(shí)段，起到平衡電力系統(tǒng)、規(guī)?；瘍?chǔ)存電力的作用，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能是碳中和時(shí)代的必然選擇。
從儲(chǔ)能壽命長(zhǎng)短來(lái)看，鋰離子電池當(dāng)前最高循環(huán)次數(shù)為8000次、液流電池最高循環(huán)次數(shù)可達(dá)20000次、氫儲(chǔ)能使用壽命在10~15年、熔鹽儲(chǔ)熱使用壽命20~30年、壓縮空氣使用壽命在30年左右、抽水蓄能使用壽命在50年左右。接下來(lái)按壽命長(zhǎng)短依次對(duì)以上6種儲(chǔ)能技術(shù)特性進(jìn)行分析。
1、鋰離子電池技術(shù)特性
鋰電池儲(chǔ)能是當(dāng)前技術(shù)最為成熟、裝機(jī)規(guī)模最大的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。鋰離子電池提供功率與貯存能量的裝置有關(guān)，在不提升功率，僅提升容量的情況下，電池成本將等比例增加。但隨著全球電池需求量的迅速增長(zhǎng)，鋰資源開(kāi)始面臨資源約束問(wèn)題。
截至2022年9月，新型儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模6.66GW。具體來(lái)看，鋰離子電池裝機(jī)規(guī)模占比89.3%，為5.95GW，仍然是目前應(yīng)用最廣的新型儲(chǔ)能技術(shù)。與2021年底相較，鋰電份額下降了0.4%。鋰離子電池特性如圖1所示，其適用儲(chǔ)能時(shí)間最好在1~4h、長(zhǎng)時(shí)亦可，響應(yīng)時(shí)間為百毫秒級(jí)、當(dāng)前最高循環(huán)次數(shù)8000次、轉(zhuǎn)換效率88%。
表1所示山東5個(gè)調(diào)峰共享儲(chǔ)能電站規(guī)模均為100MW/200MW·h，電站均采用鋰電池儲(chǔ)能方式，是發(fā)電企業(yè)和電網(wǎng)企業(yè)均可平等參與的全國(guó)第一批初步市場(chǎng)化儲(chǔ)能示范項(xiàng)目。
2、液流電池技術(shù)特性
液流電池是一種大規(guī)模高效電化學(xué)儲(chǔ)能裝置。
區(qū)別于其他電池儲(chǔ)能裝置，液流電池將反應(yīng)活性物質(zhì)儲(chǔ)存于電解質(zhì)溶液中，可實(shí)現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)與能量?jī)?chǔ)存場(chǎng)所的分離，使得電池功率與儲(chǔ)能容量設(shè)計(jì)相對(duì)獨(dú)立，適合大規(guī)模蓄電儲(chǔ)能需求。液流電池特性如圖2所示。
目前典型液流電池體系包括全釩液流電池、鐵鉻液流電池。其適用長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，響應(yīng)時(shí)間為百毫秒級(jí)、當(dāng)前最高循環(huán)次數(shù)20000次、轉(zhuǎn)換效率80%。
在長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能中，液流電池最大的優(yōu)勢(shì)為輸出功率和儲(chǔ)能容量可分開(kāi)設(shè)計(jì)且循環(huán)壽命長(zhǎng)，但成本是液流電池最大的劣勢(shì)。全釩液流技術(shù)路線是未來(lái)5年液流電池主流技術(shù)，規(guī)劃2025年全國(guó)裝機(jī)量達(dá)到1GW。國(guó)內(nèi)全釩液流項(xiàng)目建設(shè)情況見(jiàn)表2。
3、氫儲(chǔ)能技術(shù)特性
氫能被廣泛認(rèn)為是未來(lái)最有發(fā)展?jié)摿Φ亩文茉矗瑲淠軄?lái)源廣泛、儲(chǔ)運(yùn)方便，可以大規(guī)模長(zhǎng)周期儲(chǔ)能。氫能產(chǎn)業(yè)鏈分為上游、中游、下游，分別對(duì)應(yīng)制氫、儲(chǔ)氫與輸氫、用氫。
上游制氫路線主要有化石能源重整制氫、電解水制氫、生物制氫、工業(yè)副產(chǎn)氣制氫、可再生能源制氫，大規(guī)模低成本氫氣是關(guān)鍵，未來(lái)“可再生能源+水電解制氫”有望成為大規(guī)模制氫發(fā)展趨勢(shì)；
中游儲(chǔ)氫技術(shù)主要有高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫、液體儲(chǔ)氫、固體儲(chǔ)氫等，輸氫技術(shù)可分為氣態(tài)、液態(tài)和固體3種運(yùn)輸方式；
下游用氫及終端應(yīng)用包括用氫基礎(chǔ)設(shè)施與燃料電池，其中，質(zhì)子交換膜燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池是最主要的3種商業(yè)技術(shù)路線。
氫儲(chǔ)能技術(shù)特性如圖3所示，其適用長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，響應(yīng)時(shí)間為秒級(jí)、使用壽命為10~15年、轉(zhuǎn)換效率可達(dá)75%。
氫能作為一種清潔的可再生能源來(lái)源廣泛、儲(chǔ)運(yùn)方便，可以大規(guī)模長(zhǎng)周期儲(chǔ)能。但目前氫氣制取還要依賴化石燃料，并且運(yùn)輸成本較高。國(guó)內(nèi)氫能示范工程見(jiàn)表3。
4、熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)特性
熔鹽儲(chǔ)熱通過(guò)儲(chǔ)熱介質(zhì)的溫度變化、相態(tài)變化或化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)熱能的儲(chǔ)存與釋放。儲(chǔ)熱介質(zhì)吸收電能、輻射能等能量，儲(chǔ)蓄在介質(zhì)內(nèi)，當(dāng)環(huán)境溫度低于介質(zhì)溫度時(shí)，儲(chǔ)熱介質(zhì)可將熱能釋放出來(lái)。熔鹽儲(chǔ)熱是大規(guī)模中高溫儲(chǔ)熱的主流技術(shù)方向。儲(chǔ)熱技術(shù)可分為顯熱儲(chǔ)熱、相變儲(chǔ)熱和熱化學(xué)儲(chǔ)熱3類。
目前，顯熱儲(chǔ)熱技術(shù)成熟度最高、價(jià)格較低、應(yīng)用較為廣泛；相變儲(chǔ)熱是研究熱點(diǎn)；而熱化學(xué)儲(chǔ)熱尚未成熟。其中，熔融鹽為常用的中高溫顯熱儲(chǔ)熱介質(zhì)，具備較寬的液體溫度范圍，儲(chǔ)熱溫差大、儲(chǔ)熱密度高，適合大規(guī)模中高溫儲(chǔ)熱項(xiàng)目。
熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)特性如圖4所示，其適用長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，使用壽命為20~30年、轉(zhuǎn)換效率70%。
該儲(chǔ)能方式優(yōu)勢(shì)在于熔鹽作為儲(chǔ)熱介質(zhì)，成本較低，工作狀態(tài)穩(wěn)定，儲(chǔ)熱密度高，儲(chǔ)熱時(shí)間長(zhǎng)，適合大規(guī)模中高溫儲(chǔ)熱，單機(jī)可實(shí)現(xiàn)100MW·h以上的儲(chǔ)熱容量；劣勢(shì)在于場(chǎng)景限制，能量轉(zhuǎn)換方式?jīng)Q定了熔鹽儲(chǔ)熱只有應(yīng)用在熱發(fā)電的場(chǎng)景下才會(huì)有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)外熔鹽儲(chǔ)熱電站示范項(xiàng)目見(jiàn)表4。
5、壓縮空氣技術(shù)特性
壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)大容量、長(zhǎng)時(shí)間電能儲(chǔ)蓄的電力儲(chǔ)能系統(tǒng)，通過(guò)壓縮空氣存儲(chǔ)多余的電能，在需要時(shí)，將高壓氣體釋放到膨脹機(jī)做功發(fā)電。傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)原理源于燃?xì)廨啓C(jī)，其工作流程為壓縮、儲(chǔ)存、加熱、膨脹、冷卻。
壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)特性如圖5所示，其適用長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，響應(yīng)時(shí)間為分鐘級(jí)、壽命為30年、轉(zhuǎn)換效率50%~70%。
隨著技術(shù)的進(jìn)步，可以通過(guò)儲(chǔ)氣罐的形式存儲(chǔ)壓縮氣體，從而擺脫了地理約束，可以大規(guī)模使用。設(shè)備成本占系統(tǒng)成本的大部分，存在著隨著大規(guī)模應(yīng)用快速降本的可能。
當(dāng)前整個(gè)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的效率相對(duì)較低，涉及運(yùn)行的項(xiàng)目效率在50%~70%，較成熟抽水蓄能的76%左右還有一定的差距，這在一定程度上影響了整個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性。截至2022年9月底，我國(guó)壓縮空氣儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)容量182.5MW，在建項(xiàng)目已達(dá)6.32GW，規(guī)劃2025年壓縮空氣儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)將達(dá)6.8GW。
德國(guó)是最早掌握壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的國(guó)家之一，德國(guó)Huntorf壓縮空氣儲(chǔ)能電站是第一座商業(yè)運(yùn)營(yíng)的壓縮空氣儲(chǔ)能電站。Huntorf儲(chǔ)能電站為補(bǔ)燃式，建設(shè)2處地下儲(chǔ)氣洞穴，設(shè)計(jì)為電能儲(chǔ)存與電能輸出階段空氣質(zhì)量流速比為1:4，該電站可不間斷儲(chǔ)能12h，不間斷輸出電能3h。
中國(guó)江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能電站則采用了非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能技術(shù)，將電能轉(zhuǎn)換效率提升至60%以上，實(shí)現(xiàn)了全過(guò)程無(wú)燃燒、零碳排。其他國(guó)內(nèi)外壓縮空氣儲(chǔ)能電站對(duì)比見(jiàn)表5。
6、抽水蓄能技術(shù)特性
抽水蓄能是機(jī)械儲(chǔ)能的一種，是當(dāng)前最成熟、裝機(jī)最多的主流儲(chǔ)能技術(shù)。抽水蓄能技術(shù)在電力負(fù)荷低谷期將水從下池水庫(kù)抽到上池水庫(kù)時(shí)將電能轉(zhuǎn)化成重力勢(shì)能儲(chǔ)存起來(lái)，在負(fù)荷高峰時(shí)利用反向水流發(fā)電，綜合效率在70%~85%。
抽水蓄能度電成本最低，但地理資源約束明顯，遠(yuǎn)期看無(wú)法足量滿足儲(chǔ)能需求，且初始投資成本高、開(kāi)發(fā)建設(shè)時(shí)間長(zhǎng)，在風(fēng)光建設(shè)超預(yù)期的時(shí)候，儲(chǔ)能資源無(wú)法及時(shí)匹配。抽水蓄能技術(shù)特性如圖6所示，其適用長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，響應(yīng)時(shí)間為分鐘級(jí)、循環(huán)壽命為50年。
我國(guó)抽水蓄能從20世紀(jì)60年代開(kāi)始起步，首座抽水蓄能電站在河北省崗南并入華北電網(wǎng)，起到儲(chǔ)能、調(diào)峰等作用，從此揭開(kāi)了我國(guó)建設(shè)抽水蓄能電站的序幕。
80年代開(kāi)始建設(shè)潘家口抽水儲(chǔ)能電站，標(biāo)志著我國(guó)進(jìn)入探索發(fā)展期，也迎來(lái)了我國(guó)抽水儲(chǔ)能開(kāi)發(fā)建設(shè)高峰期。21世紀(jì)前10年，隨著我國(guó)政策體制不斷健全，建設(shè)管理以電網(wǎng)企業(yè)為主，標(biāo)志著我國(guó)建設(shè)進(jìn)入完善發(fā)展期?！笆濉泵鞔_抽水蓄能為重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，抽水蓄能建設(shè)迎來(lái)了蓬勃發(fā)展期。
截至2022年8月底，我國(guó)在運(yùn)裝機(jī)規(guī)模達(dá)到42GW。根據(jù)國(guó)家能源局發(fā)布的《抽水蓄能中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》，到2025年投產(chǎn)總規(guī)模達(dá)62GW以上，2030年達(dá)120GW。
7、儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)比
儲(chǔ)能技術(shù)特點(diǎn)各不相同，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的不同，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)將呈現(xiàn)多線并舉的格局。根據(jù)本節(jié)以上對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的特性分析，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能具體技術(shù)路線對(duì)比見(jiàn)表6。
二、多儲(chǔ)能技術(shù)的場(chǎng)景應(yīng)用
從電力系統(tǒng)整體的角度來(lái)看，儲(chǔ)能的應(yīng)用場(chǎng)景可分為3大場(chǎng)景，分別為用戶側(cè)儲(chǔ)能、電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能
和電源側(cè)儲(chǔ)能。電力供應(yīng)系統(tǒng)中用戶側(cè)儲(chǔ)能主要用于電力自發(fā)自用、峰谷價(jià)差套利、提升供電可靠性和容量電費(fèi)管理等；電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能主要用于系統(tǒng)調(diào)頻、緩解電網(wǎng)阻塞、備用容量、延緩輸配電設(shè)備擴(kuò)容升級(jí)；電源側(cè)的儲(chǔ)能應(yīng)用包括電力調(diào)峰、輔助動(dòng)態(tài)運(yùn)行、系統(tǒng)調(diào)頻、減少棄風(fēng)棄光、可再生能源并網(wǎng)等。
壓縮空氣、抽水蓄能、飛輪儲(chǔ)能、鈉硫電池、鉛酸電池、鋰離子電池和液流電池7種儲(chǔ)能技術(shù)在能量轉(zhuǎn)移、平滑新能源出力等多場(chǎng)景下的應(yīng)用對(duì)比見(jiàn)表7，顏色越深表示適應(yīng)度越高。
在多種儲(chǔ)能應(yīng)用中，電化學(xué)儲(chǔ)能的應(yīng)用最為廣泛，在電力系統(tǒng)的源、網(wǎng)、荷側(cè)電化學(xué)儲(chǔ)能都可根據(jù)需求靈活部署。在發(fā)電側(cè)除了能夠提高發(fā)電的穩(wěn)定性外，還可以提高發(fā)電質(zhì)量；在輸電環(huán)節(jié)能夠有效降低輸電的成本；在配電環(huán)節(jié)可以緩解企業(yè)和用戶用電壓力，促進(jìn)電網(wǎng)的升級(jí)擴(kuò)容；在送電環(huán)節(jié)可通過(guò)峰谷差套利，進(jìn)而減少企業(yè)和用戶用電成本。
三、典型儲(chǔ)能示范工程
1、化學(xué)儲(chǔ)能示范工程
（1）萊蕪孟家儲(chǔ)能電站
該項(xiàng)目應(yīng)用于調(diào)峰場(chǎng)景，儲(chǔ)能容量100MW/200MW·h，儲(chǔ)能單元采用磷酸鐵鋰電化學(xué)電池，共包含40套2.56MW/5.76MW·h儲(chǔ)能單元，電池組低壓直流經(jīng)變流升壓至10kV后，由2臺(tái)63MV·A主變升壓至110kV，接入220kV孟家變電站110kV側(cè)。
因考慮電池系統(tǒng)效率，裝機(jī)容量為100.8MW/230.4MW·h。儲(chǔ)能電站采用模塊化設(shè)計(jì)思想為站內(nèi)設(shè)置80套1.26MW/2.88MW·h電池艙。
設(shè)置40套逆變升壓一體艙（PCS艙），每個(gè)PCS艙包含4臺(tái)630kW變流器，1臺(tái)2800kV·A的10kV/0.4kV干式變壓器，與配套的環(huán)網(wǎng)柜、配電箱、保護(hù)柜、消防及暖通系統(tǒng)等安裝于升壓逆變集成艙內(nèi)。萊蕪孟家儲(chǔ)能項(xiàng)目采用國(guó)網(wǎng)系統(tǒng)單體容量最大、并網(wǎng)電壓等級(jí)最高的獨(dú)立儲(chǔ)能電站。系統(tǒng)接線圖如圖7所示。
單個(gè)電池預(yù)制艙內(nèi)包含2.88MW·h電池系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、匯流柜、保溫系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、空調(diào)暖通系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等。
儲(chǔ)能電站消防安全，儲(chǔ)能站選用全氟己酮滅火劑。該箱式儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)滿足國(guó)際、國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，參考了《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》（GB50229—2019）、《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016—2014）、《電化學(xué)儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB51048—2014）、《預(yù)制艙式磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能電站消防技術(shù)規(guī)范》等國(guó)內(nèi)關(guān)于儲(chǔ)能系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，確保儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性。
（2）三峽新能源慶云儲(chǔ)能電站示范項(xiàng)目
三峽新能源慶云儲(chǔ)能電站示范項(xiàng)目總?cè)萘繛?00MW/600MW·h，應(yīng)用于調(diào)峰場(chǎng)景。
該項(xiàng)目選用液冷磷酸鐵鋰電池，完成32個(gè)20尺變流升壓集裝箱、32個(gè)40尺標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)能集裝箱的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和集成，變流升壓集裝箱單個(gè)功率3.15MW，比以往1000V的功率密度提高26%。40尺儲(chǔ)能集裝箱單個(gè)容量6.709MW·h，比以往1000V的方案能量密度提高139%。
為確保電池性能良好，延長(zhǎng)電池使用壽命，使用電池管理系統(tǒng)（BMS）對(duì)電池組的使用過(guò)程進(jìn)行管理，監(jiān)測(cè)電池組中單個(gè)電池的狀態(tài)，可以保持電池組中單個(gè)電池狀態(tài)的一致性，并避免電池組性能的降低和由于電池狀態(tài)差異而導(dǎo)致的安全問(wèn)題。BMS通過(guò)測(cè)量，獲取電池的工作狀態(tài)，并把這種狀態(tài)顯示出來(lái)。圖9為電站儲(chǔ)能系統(tǒng)BMS架構(gòu)。
（3）山東華電滕州電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目
山東華電滕州電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目為101MW/202MW·h，100MW/200MW·h磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，配備1MW/2MW·h液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，應(yīng)用于調(diào)峰場(chǎng)景。
100MW/200MW·h磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)包括電池艙、PCS艙、逆變升壓艙和EMS系統(tǒng)3部分。1MW/2MW·h液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)由8個(gè)125kW/250kW·h電池艙、1個(gè)變流升壓艙、1個(gè)控制集裝箱構(gòu)成。
鋰電池艙共設(shè)置80套1.25MW/2.5MW·h儲(chǔ)能電池艙，每個(gè)艙內(nèi)包括14面電池柜、2面匯流柜、1面控制柜、1套消防系統(tǒng)、4臺(tái)風(fēng)冷空調(diào)等，安裝在標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制艙中。每面電池柜由15個(gè)電池箱（PACK）串聯(lián)而成，由1套電池管理系統(tǒng)來(lái)管理。每個(gè)電池箱由14個(gè)電池芯串聯(lián)而成，每個(gè)電池艙由2940（14×15×14）個(gè)電芯組成。
變流升壓艙的磷酸鐵鋰系統(tǒng)共設(shè)置40套2.5MW變流升壓艙，每個(gè)艙內(nèi)包括1套組合開(kāi)關(guān)、1臺(tái)2800kV·A變壓器、4臺(tái)630kW變流器、1面就地通訊柜及低壓柜。
液流系統(tǒng)主要由8臺(tái)電池艙、1臺(tái)變流升壓艙、1臺(tái)配電設(shè)備艙組成。其中單個(gè)電池艙功率125kW，每4個(gè)串聯(lián)組成1個(gè)電池單元。變流升壓艙由2臺(tái)500kW變流器、1臺(tái)1300kV·A變壓器等組成。液流系統(tǒng)4臺(tái)電池艙串聯(lián)形成1個(gè)電池單元，配合1臺(tái)500kW變流器使用，共有2組經(jīng)1臺(tái)1300kV·A變壓器接入35kV母線。
該項(xiàng)目還包括PCS集裝箱、干式變壓器集裝箱、高壓開(kāi)關(guān)柜集裝箱及110kV升壓站1座，設(shè)計(jì)年限25年。
2、儲(chǔ)熱示范工程
首航節(jié)能敦煌100MW熔鹽塔式光熱發(fā)電項(xiàng)目聚光規(guī)模大，是可24h連續(xù)發(fā)電的100MW級(jí)熔鹽塔式光熱電站。該項(xiàng)目鏡場(chǎng)面積140萬(wàn)m2、定日鏡數(shù)量11000面、塔高260m、熔鹽用量3萬(wàn)t、儲(chǔ)熱時(shí)長(zhǎng)11h、年發(fā)電量3.9億kW·h。該項(xiàng)目鳥(niǎo)瞰圖如圖10所示。
該電站主要由聚光系統(tǒng)、儲(chǔ)熱系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)組成。聚光系統(tǒng)也稱為鏡場(chǎng)，該系統(tǒng)是由定日鏡組成，定日鏡可以實(shí)時(shí)跟蹤太陽(yáng)把陽(yáng)光匯聚在吸熱器表面。在設(shè)計(jì)定日鏡鏡場(chǎng)過(guò)程中，應(yīng)考慮不同的跟蹤方式下定日鏡自由旋轉(zhuǎn)所需要的空間，避免定日鏡之間的碰撞。
該系統(tǒng)定日鏡設(shè)計(jì)風(fēng)載10m/s、跟蹤精度2mrad、設(shè)計(jì)壽命30年。吸熱系統(tǒng)采用先進(jìn)的吸熱器設(shè)計(jì)程序SHRC，設(shè)計(jì)平均能流密度750kW/m2，局部能流密度1.2MW/m2。儲(chǔ)熱系統(tǒng)包括冷熱罐罐體、罐體保溫、帶保溫和散熱通風(fēng)系統(tǒng)、管道及保溫。
換熱系統(tǒng)主要作用為采用熱熔融鹽進(jìn)行給水加熱、蒸發(fā)和過(guò)熱等，最終產(chǎn)生合格的過(guò)熱蒸汽，提供給汽輪機(jī)做功。發(fā)電系統(tǒng)采用美國(guó)GE汽輪機(jī)，額定轉(zhuǎn)速3000r/min，額定功率100MW，有功調(diào)節(jié)范圍30%~100%機(jī)組額定出力。
3、機(jī)械儲(chǔ)能示范工程
金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能國(guó)家示范工程，一期工程發(fā)電裝機(jī)規(guī)模60MW/300MW·h。該項(xiàng)目采用非補(bǔ)燃式壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)，該技術(shù)能將壓縮空氣時(shí)產(chǎn)生的熱能收集和存儲(chǔ)起來(lái)，待釋能時(shí)用來(lái)加熱進(jìn)入膨脹機(jī)做功的空氣，將電能轉(zhuǎn)換效率提升至60%以上，全過(guò)程無(wú)燃燒、無(wú)排放。
該項(xiàng)目透平機(jī)采用東方汽輪機(jī)的通流設(shè)計(jì)技術(shù)，保障了機(jī)組的高效性，其中高壓缸效率高于92%，低壓缸效率高于94%。改工程儲(chǔ)氣空間為22.4×104.0m3，每天發(fā)電時(shí)長(zhǎng)5h，年運(yùn)行天數(shù)330天，設(shè)計(jì)的運(yùn)行壓力區(qū)間為12~14MPa，設(shè)計(jì)儲(chǔ)能效率大于60%。該項(xiàng)目鳥(niǎo)瞰圖如圖11所示。
四、結(jié)論
在長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的必然需求下，本文分析各長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)劣及多場(chǎng)景應(yīng)用，梳理了國(guó)內(nèi)各省配儲(chǔ)政策現(xiàn)狀，跟蹤對(duì)比儲(chǔ)能示范項(xiàng)目的建設(shè)情況，得出以下結(jié)論。
1）新能源裝機(jī)容量不斷增大，高比例可再生能源對(duì)系統(tǒng)的靈活性調(diào)節(jié)能力提出了更高的需求。為緩解此問(wèn)題，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能是必然的選擇。
2）從儲(chǔ)能技術(shù)特點(diǎn)與多場(chǎng)景應(yīng)用來(lái)看，鋰離子電池、液流電池是優(yōu)選項(xiàng)。根據(jù)需求，亦可選擇多種儲(chǔ)能技術(shù)混合使用。
3）缺乏功率型和能量型的儲(chǔ)能技術(shù)體系的構(gòu)建，亟需分析各儲(chǔ)能技術(shù)間、儲(chǔ)能與可再生能源間及其與各典型場(chǎng)景間的互補(bǔ)性和適應(yīng)性，形成完善的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
