中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：3月10-13日，由工業(yè)和信息化部節(jié)能與綜合利用司指導(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500余家機(jī)構(gòu)共同支持的第十四屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)暨展覽會(huì)（簡(jiǎn)稱(chēng)“CIES”）在杭州國(guó)際博覽中心召開(kāi)。
CIES大會(huì)以“共建儲(chǔ)能生態(tài)鏈，共創(chuàng)儲(chǔ)能新發(fā)展”為主題，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)發(fā)展政策機(jī)制、資本市場(chǎng)、國(guó)際市場(chǎng)、成本疏導(dǎo)、智能化系統(tǒng)集成技術(shù)、供應(yīng)鏈體系、商業(yè)模式、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、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2011余家產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈企業(yè)， 53417位線(xiàn)上注冊(cè)嘉賓將參加本屆CIES大會(huì)，儲(chǔ)能網(wǎng)視頻號(hào)線(xiàn)上直播11萬(wàn)人參與觀看與交流。其中300余家企業(yè)集中展示了儲(chǔ)能產(chǎn)品，涵蓋系統(tǒng)集成、電芯、PCS、BMS、集裝箱、消防、檢測(cè)認(rèn)證、飛輪儲(chǔ)能、液流電池、熔鹽儲(chǔ)熱、壓縮空氣儲(chǔ)能等新型儲(chǔ)能全產(chǎn)業(yè)鏈。
3月12日上午，西安合容新能源科技有限公司儲(chǔ)能中心主任孫坤凱受邀在新型儲(chǔ)能系統(tǒng)集成解決方案專(zhuān)場(chǎng)（下）分享主題報(bào)告，報(bào)告題目為《超級(jí)電容混合儲(chǔ)能系統(tǒng)在風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例分享 》。以下為報(bào)告主要內(nèi)容：
孫坤凱：尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo)、各位專(zhuān)家、各位儲(chǔ)能行業(yè)的同仁，大家好！我來(lái)自西安合容新能源科技有限公司，我把我們公司超級(jí)電容混合儲(chǔ)能系統(tǒng)在風(fēng)電場(chǎng)的應(yīng)用給大家做一個(gè)分享。
一、技術(shù)背景
一是新型電力系統(tǒng)的建設(shè)需求：雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)、新能源發(fā)展的三性造成供電與用電的不平衡性及短暫的不穩(wěn)定性問(wèn)題，都需要構(gòu)建以新能源為主的新型電力系統(tǒng)。
二是多元化的儲(chǔ)能發(fā)展需求。不同的儲(chǔ)能技術(shù)都具有優(yōu)缺點(diǎn)，任何一種儲(chǔ)能技術(shù)不可以完全兼顧能量密度、功率密度、壽命包括其他方面的需求，所以?xún)?chǔ)能呈現(xiàn)了多元化的發(fā)展趨勢(shì)。
混合儲(chǔ)能系統(tǒng)是把功率型的儲(chǔ)能器件及能量型的儲(chǔ)能器件做了混合。超級(jí)電容屬于短時(shí)儲(chǔ)能的范疇，它的儲(chǔ)能時(shí)間短，但是壽命長(zhǎng)、響應(yīng)速度快，適合調(diào)頻、爬坡高頻次的應(yīng)用場(chǎng)景。鋰電包括液流、抽水蓄能及壓縮空氣屬于長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，主要解決調(diào)峰、電量時(shí)空遷移的問(wèn)題。在新能源的消納過(guò)程當(dāng)中這兩種儲(chǔ)能呈現(xiàn)互補(bǔ)的關(guān)系。
通過(guò)多元化儲(chǔ)能的技術(shù)，加上電力電子器的控制策略，短時(shí)的儲(chǔ)能可以解決電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的問(wèn)題，中長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能可以解決電力系統(tǒng)電力電量平衡的問(wèn)題。
超級(jí)電容器簡(jiǎn)介：超級(jí)電容器兩個(gè)極板，和電池的結(jié)構(gòu)類(lèi)似，正負(fù)極都是活性炭，里面有隔膜和電解液。在充放電的過(guò)程當(dāng)中離子是遷移的過(guò)程，沒(méi)有電化學(xué)反應(yīng)。超級(jí)電容器的特點(diǎn)：一個(gè)是超強(qiáng)的功率密度；二是過(guò)程當(dāng)中是純物理反應(yīng)，循環(huán)壽命比較長(zhǎng)，雙電層的超級(jí)電容器達(dá)到100萬(wàn)次以上；三是溫度范圍比較寬，零下40-70℃，特性不受溫度影響；四是免維護(hù)，安全可靠，容易監(jiān)控。
超級(jí)電容器的SOC和OCV曲線(xiàn)在恒流的時(shí)候近似于線(xiàn)性曲線(xiàn)的，所以SOC比較容易監(jiān)控。超級(jí)電容器從分類(lèi)上分為雙電層電容器、混合型超級(jí)電容器及贗電容器。相較于混合型，雙電層能量密度較小一些，混合型超容是將雙電層超容的其中一個(gè)電極換成鋰電材料，同時(shí)兼顧鋰電和超容的特色。雙電層的超級(jí)電容和混合型的超級(jí)電容是儲(chǔ)能系統(tǒng)最常用的兩種功率型的器件。雙電層的超級(jí)電容器適合分鐘及以下的儲(chǔ)能場(chǎng)景；混合型的超級(jí)電容，因其中一個(gè)電極為鋰電材料，具有電池和電容的雙重特性，所以1-20分鐘儲(chǔ)能場(chǎng)景下的應(yīng)用最有優(yōu)勢(shì)，二次調(diào)頻用混合型的超級(jí)電容比較合適。
我們做的混合儲(chǔ)能是將作為功率型器件的超級(jí)電容與作為能量型器件的鋰電池混合，這樣能在能量密度、功率密度、響應(yīng)時(shí)間、循環(huán)壽命等幾個(gè)方面達(dá)到用戶(hù)滿(mǎn)意的效果，應(yīng)用場(chǎng)景可以覆蓋秒級(jí)~分鐘級(jí)~小時(shí)級(jí)。
二、解決方案
我們的解決方案是直流側(cè)用電池+超級(jí)電容做混合，基于超級(jí)電容器的特性可以達(dá)到0V放電，配合用雙極的儲(chǔ)能變流器，里面包含DCDC模塊，使得超級(jí)電容器的能量利用效率比較高。在用戶(hù)側(cè)，電網(wǎng)并網(wǎng)之后可以解決調(diào)峰、調(diào)頻、慣量支撐等問(wèn)題。
如下為技術(shù)拓?fù)鋱D與實(shí)物圖：直流側(cè)，鋰電池通過(guò)DCDC耦合，超級(jí)電容通過(guò)DCDC+PCS耦合。整個(gè)儲(chǔ)能設(shè)備可以用集裝箱做統(tǒng)一的集成，包含超級(jí)電容柜、鋰電柜、消防設(shè)備、變流器等。
目前超級(jí)電容器在做系統(tǒng)集成時(shí)，借鑒鋰電池集成的技術(shù)，設(shè)計(jì)成簇、模塊、高壓箱、集裝箱的形式。目前超級(jí)電容器標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品30尺的集裝箱容量2.5MW 30s。鋰電標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品30尺的集裝箱容量5MWh。
儲(chǔ)能系統(tǒng)的器件管理和鋰電比較類(lèi)似，通過(guò)對(duì)BMS做一些調(diào)整，把超級(jí)電容的單體電壓、組端電壓、電流、溫度、SOC等做統(tǒng)一的管理，通信協(xié)議與鋰電池一致。
混合儲(chǔ)能的控制策略研究，我們?cè)谧鲈O(shè)計(jì)之前會(huì)進(jìn)行仿真，主要實(shí)現(xiàn)的控制目標(biāo)是并網(wǎng)充放電控制、并網(wǎng)無(wú)功主動(dòng)調(diào)節(jié)控制及混合介質(zhì)的協(xié)調(diào)控制。
三、案例分享
我們?cè)诠こ虒?shí)踐及風(fēng)電方面做一些仿真，左上角是超級(jí)電容的仿真拓?fù)浼盎旌蟽?chǔ)能的仿真拓?fù)?，右圖為混合儲(chǔ)能系統(tǒng)及純鋰電系統(tǒng)對(duì)于風(fēng)電功率波動(dòng)的平抑及一次調(diào)頻的仿真結(jié)果對(duì)比。從仿真效果看，超級(jí)電容滿(mǎn)功率建設(shè)時(shí)間更短，抑制風(fēng)電功率波動(dòng)和一次調(diào)頻方面具有更好的特性。
在配比方面通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，包括虛擬數(shù)據(jù)的測(cè)量，我們發(fā)現(xiàn)超級(jí)電容配比大概在20%左右是比較合適的。
案例一：風(fēng)機(jī)下的一機(jī)一儲(chǔ)，單臺(tái)風(fēng)機(jī)下配的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)的功率為3MW，配2套儲(chǔ)能，一套為100kW15s的超級(jí)電容+100kW/200kWh的鋰電組成混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，另一套為200kW/400kWh的純鋰電儲(chǔ)能系統(tǒng)。用于風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合調(diào)節(jié)的研究，起抑制風(fēng)機(jī)輸出功率波動(dòng)、輔助一次調(diào)頻、備用電源等功能。
圖片為現(xiàn)場(chǎng)的一些調(diào)試安裝的實(shí)際情況，包括我們?cè)O(shè)備的內(nèi)部照片。并網(wǎng)之后數(shù)據(jù)體現(xiàn)電能質(zhì)量及其他各方面滿(mǎn)足當(dāng)初的設(shè)計(jì)需求。
案例二項(xiàng)目地點(diǎn)在四川，也是用于風(fēng)電場(chǎng)的混合儲(chǔ)能，是分散式風(fēng)電儲(chǔ)能一體化的項(xiàng)目，儲(chǔ)能系統(tǒng)與48MW風(fēng)場(chǎng)集電線(xiàn)路在220kV升壓站集中并網(wǎng)。系統(tǒng)容量為：600kW/7.77kWh的超容儲(chǔ)能系統(tǒng)+4.8MW/9.6MWh的鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)?；旌蟽?chǔ)能系統(tǒng)起到一次調(diào)頻、AGC的響應(yīng)、發(fā)電計(jì)劃跟蹤等功能，超級(jí)電容發(fā)揮短時(shí)的作用也可起到平抑功率的作用。
圖示為超級(jí)電容的集成柜，包括DCDC、PCS、集裝箱、鋰電儲(chǔ)能及交流側(cè)的設(shè)備。目前設(shè)備完成安裝，下周會(huì)做并網(wǎng)的調(diào)試。
關(guān)于超級(jí)電容混合儲(chǔ)能目前屬于工程化示范研究的初期，我們公司在各個(gè)項(xiàng)目當(dāng)中積累了一些經(jīng)驗(yàn)。
從總體看，同鋰電相比存在經(jīng)濟(jì)、政策、技術(shù)上的問(wèn)題，在發(fā)展過(guò)程當(dāng)中期待產(chǎn)業(yè)鏈，包括產(chǎn)業(yè)同行加大關(guān)注的力度，我們共同推動(dòng)混合儲(chǔ)能的發(fā)展。
超級(jí)電容的成本還是偏高的，超級(jí)電容的應(yīng)用場(chǎng)景比較多，但是沒(méi)有像電動(dòng)汽車(chē)、電化學(xué)儲(chǔ)那樣能比較集中，造成超級(jí)電容的系統(tǒng)初始投資比較大。
另外器件配比的研究也值得考慮，包括超級(jí)電容和電池在直流側(cè)耦合比較合適，還是在交流側(cè)耦合比較合適？?jī)蓚€(gè)合起來(lái)之后安全穩(wěn)定的措施，及超級(jí)電容專(zhuān)用的CMS管理系統(tǒng)，都是需要考慮的。
第三個(gè)問(wèn)題，變流器。超級(jí)電容和鋰電是兩種特性的儲(chǔ)能器件，鋰電的變流器如果直接拿過(guò)來(lái)超級(jí)電容用的話(huà)存在一些問(wèn)題，包括直流電壓范圍不合適，恒流放電的特性怎么最大化的優(yōu)化出來(lái)。另外，構(gòu)網(wǎng)型變流器和超級(jí)電容結(jié)合，現(xiàn)在構(gòu)網(wǎng)型變流器提的比較多，里面提到的阻尼控制，慣量響應(yīng)，一次調(diào)頻都是對(duì)短時(shí)儲(chǔ)能的需求。
第四點(diǎn)，超級(jí)電容作為功率性器件怎么和構(gòu)網(wǎng)型做結(jié)合，包括構(gòu)網(wǎng)型變流器300%過(guò)載區(qū)間的要求如何用超級(jí)電容響應(yīng)出來(lái)，作為響應(yīng)器件去做，這是我們重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。在場(chǎng)景方面，場(chǎng)景分析及出力策略的分配都是需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。
目前看，混合儲(chǔ)能系統(tǒng)在風(fēng)廠應(yīng)用較多，另外在獨(dú)立混合儲(chǔ)能電站也有應(yīng)用。大家可以關(guān)注到目前公布的一些新的示范項(xiàng)目，尤其獨(dú)立儲(chǔ)能方面，已經(jīng)有好多鋰電+超容，鋰電+飛輪，混合電站越來(lái)越多了，再有火儲(chǔ)聯(lián)合調(diào)頻，在調(diào)頻這塊超級(jí)電容發(fā)揮優(yōu)勢(shì)還是比較大的。
四、公司簡(jiǎn)介
最后介紹一下我們集團(tuán)公司。我們合容在西安，有4個(gè)產(chǎn)品公司，包括電氣股份，電力設(shè)備，開(kāi)關(guān)以及新能源。電氣股份公司，電力設(shè)備公司專(zhuān)注于電網(wǎng)的補(bǔ)償設(shè)備研發(fā)制造，包括高壓的變?nèi)萜?。開(kāi)關(guān)公司有成套的開(kāi)關(guān)裝置。
我在的公司是西安合容新能源科技有限公司，主要做超級(jí)電容器、特種的電容電池、調(diào)頻混合儲(chǔ)能、用戶(hù)側(cè)的超容電壓恢復(fù)器，以及超級(jí)電容組成的大功率電源、能量回收系統(tǒng)等。
我們還有機(jī)電工程公司，做自有產(chǎn)品的銷(xiāo)售、電力工程的EPC、光伏項(xiàng)目、儲(chǔ)能電站項(xiàng)目的EPC及國(guó)內(nèi)外貿(mào)易。我們與西安交大合作的電氣研究院，主要做混合儲(chǔ)能的變流器及控制技術(shù)。
合容新能源2016年成立的，現(xiàn)在在西安經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)工業(yè)園。
簡(jiǎn)單的介紹下發(fā)展歷程，有幾個(gè)比較重要的點(diǎn)。我們2016年成立，2017年下線(xiàn)了超級(jí)電容器的產(chǎn)品，達(dá)到了行業(yè)的水平；2018年做了MW級(jí)的純超級(jí)電容儲(chǔ)能，在張北阿里巴巴數(shù)據(jù)中心開(kāi)始投運(yùn)；2020年雙電層的超級(jí)電容調(diào)頻儲(chǔ)能在張北的示范基地完成了調(diào)試；2021年的廠房搬遷，投資650萬(wàn)進(jìn)行生產(chǎn)線(xiàn)的建設(shè)，超級(jí)電容的年產(chǎn)能到200萬(wàn)；2023年是比較重要的一年，混合儲(chǔ)能的業(yè)績(jī)風(fēng)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了落地應(yīng)用。
我司研發(fā)分了4個(gè)中心：電芯中心，電源中心，儲(chǔ)能電芯和控制中心。兩個(gè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，一個(gè)是院士工作站，另一個(gè)是與交大的聯(lián)合研究院。自動(dòng)化程度在行業(yè)比較高，目前具備200萬(wàn)每年的年生產(chǎn)能力。
我們主要的產(chǎn)品系列：
超級(jí)電容器單體，電壓等級(jí)2.7V/3.0V的，今年推出3.2V的產(chǎn)品。
電容電池，二次調(diào)頻使用比較多的電容電池。
模組類(lèi)的產(chǎn)品包含風(fēng)機(jī)用的備用電源模組、超級(jí)電容儲(chǔ)能的標(biāo)準(zhǔn)化模組及大功率電源上的定制模組。值得一提的是有一個(gè)調(diào)相機(jī)的模組，2023年在吉林實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用，是世界首臺(tái)套的調(diào)相機(jī)模組。軍工類(lèi)的有UPS電源、啟動(dòng)電源以及大功率的電源。
儲(chǔ)能系統(tǒng)產(chǎn)品有用于直流短路電流分段能力測(cè)試的大功率電源、調(diào)頻儲(chǔ)能系統(tǒng)、DVR系統(tǒng)，以及混合儲(chǔ)能系統(tǒng)。
以上為我們公司的一些儲(chǔ)能主要做的東西。關(guān)于超級(jí)電容以及超級(jí)電容儲(chǔ)能，行業(yè)同仁如果感興趣，可以加我微信，我們可以深入的溝通。希望大家前往展臺(tái)交流溝通，謝謝大家！
