中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：8月9—10日，由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)聯(lián)合中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司、西安北大科技園、中國(guó)科學(xué)院電工研究所儲(chǔ)能技術(shù)組、深圳市科陸電子科技股份有限公司等單位聯(lián)合主辦“第二屆全國(guó)發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)與應(yīng)用高層研討會(huì)”在陜西西安金磐酒店舉行。來(lái)自政府主管部門、能源監(jiān)管部門、行業(yè)專家、設(shè)計(jì)院、新能源發(fā)電業(yè)主單位、電力公司、系統(tǒng)集成商、項(xiàng)目承包商、投融資機(jī)構(gòu)等單位的260余位嘉賓出席了本次研討會(huì)。
來(lái)自中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)華北電力設(shè)計(jì)院有限公司新能源工程事業(yè)部主任工程師張純崗發(fā)表了“儲(chǔ)能技術(shù)與發(fā)電技術(shù)結(jié)合的探討”主題演講，以下是主要發(fā)言內(nèi)容。
張純崗
各位領(lǐng)導(dǎo)，專家，大家上午好！
首先非常感謝組委會(huì)給我這個(gè)機(jī)會(huì)，就儲(chǔ)能和發(fā)電側(cè)的結(jié)合做匯報(bào)。
今天會(huì)議的主題是發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能，我匯報(bào)題目做了一個(gè)扣題“儲(chǔ)能技術(shù)與發(fā)電技術(shù)結(jié)合”。既然我們討論發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能，那么我們需要知道：什么是發(fā)電技術(shù)，發(fā)電技術(shù)具有哪些特點(diǎn)；儲(chǔ)能技術(shù)具有什么特點(diǎn)？他們?cè)谑裁吹胤骄哂薪Y(jié)合點(diǎn)，下面我從三個(gè)方面做匯報(bào)。
在匯報(bào)之前，我想跟大家一起來(lái)回顧一下儲(chǔ)能技術(shù)的分類。美國(guó)SNL實(shí)驗(yàn)室，在2010年匯集了儲(chǔ)能各個(gè)方面的專家，根據(jù)一些試驗(yàn)項(xiàng)目，對(duì)于儲(chǔ)能技術(shù)在商業(yè)上的應(yīng)用做了分類，共分為五大部分，17個(gè)子項(xiàng)目。這個(gè)分類更多集中在儲(chǔ)能示范應(yīng)用，包括了一些特定場(chǎng)景的應(yīng)用，比如在新能源上。
2013年SNL實(shí)驗(yàn)室又和美國(guó)農(nóng)村委員會(huì)NRECA對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)又進(jìn)行了分類。在2010年分類基礎(chǔ)上，把儲(chǔ)能技術(shù)變成了五類，但是有18項(xiàng)。與2010年分類方式有一個(gè)顯著不同是，不再?gòu)?qiáng)調(diào)特定的應(yīng)用場(chǎng)景。
對(duì)比這兩種分類方式，我們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于儲(chǔ)能應(yīng)用有一個(gè)演變過(guò)程。從針對(duì)特定場(chǎng)景分類轉(zhuǎn)移到針對(duì)電力系統(tǒng)的需求。2013年的分類更多地向更高層次、更綜合的方式發(fā)展，向電力系統(tǒng)的需求類別方向發(fā)展。如，能量需求，輔助服務(wù)，以及發(fā)、輸、配、送各個(gè)環(huán)節(jié)。
這就給我一個(gè)啟示，當(dāng)談?wù)搩?chǔ)能系統(tǒng)的時(shí)候，我們是不是應(yīng)該向更多、更廣、更集成的思路看待儲(chǔ)能應(yīng)用。也就是，從如何滿足電力系統(tǒng)的需求角度看待儲(chǔ)能。我們知道，任何技術(shù)都不是突然出現(xiàn)的，是通過(guò)繼承了以前的技術(shù)不斷進(jìn)化過(guò)來(lái)的。進(jìn)化的動(dòng)力就是市場(chǎng)的需求。我們想推廣儲(chǔ)能，雖然政策的支持是很重要的方面，但單純依靠政策的支持是不可能長(zhǎng)遠(yuǎn)的。儲(chǔ)能的發(fā)展同樣需要自身的進(jìn)步，需要在市場(chǎng)中找到與需求的切入點(diǎn)。我今天的匯報(bào)將圍繞如何在需求上找到切合點(diǎn)，或者說(shuō)從電力系統(tǒng)本質(zhì)因素，通過(guò)分解的思路，闡述我的想法和觀點(diǎn)。我的觀點(diǎn)不見(jiàn)得正確，僅是我的思考。
說(shuō)到發(fā)電技術(shù)，既然討論發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能應(yīng)用，什么是發(fā)電？發(fā)電技術(shù)有哪一些？我這里面做了一張表，把大部分發(fā)電應(yīng)用做了一些統(tǒng)計(jì)。共分為利用化石燃料的發(fā)電技術(shù)和利用可再生能源的發(fā)電技術(shù)。隨著人類對(duì)于環(huán)境的關(guān)注和化石能源枯竭的緊迫性，世界各國(guó)，包括我們國(guó)家都在控制碳排放。火電廠建設(shè)規(guī)模在不斷的壓縮，排放要求越來(lái)越嚴(yán)格。天然氣更是這樣。原來(lái)對(duì)天然氣充滿了希望，實(shí)際上天然氣也的供應(yīng)也出現(xiàn)了問(wèn)題。這些因素造成了常規(guī)能源形式在走下坡路。相反，以太陽(yáng)能和風(fēng)能為代表的可再生能源在蓬勃發(fā)展。
我這張表并未將所有的發(fā)電型式列全，只是希望通過(guò)分析各種發(fā)電形式的組成和原理，從技術(shù)的本質(zhì)出發(fā)重新認(rèn)識(shí)各種發(fā)電技術(shù)。希望分析內(nèi)部和外部需求找到儲(chǔ)能系統(tǒng)和發(fā)電技術(shù)結(jié)合點(diǎn)。這里面是基于一個(gè)觀點(diǎn)：任何一個(gè)新技術(shù)都是在老技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)。隨著技術(shù)的發(fā)展，新技術(shù)不斷的涌現(xiàn)，在新的時(shí)代，回顧這些老技術(shù)的時(shí)候可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一些新的東西。因?yàn)樾录夹g(shù)的出現(xiàn)會(huì)使老技術(shù)更加完善。比如，電力電子技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展是綜合能源技術(shù)得以實(shí)施的重要因素。這里就不展開(kāi)說(shuō)了。
不管是新能源技術(shù)、再生能源技術(shù)，都有它各自的特點(diǎn)。由于時(shí)間關(guān)系，不可能一一加以解剖?，F(xiàn)在以風(fēng)力發(fā)電為例，從需求角度分析，或者來(lái)解剖一下這種技術(shù)。大家知道風(fēng)力發(fā)電通過(guò)葉輪來(lái)捕捉風(fēng)能，然后驅(qū)動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，機(jī)械能通過(guò)齒輪箱的變速帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行發(fā)電的技術(shù)。這里面有幾個(gè)環(huán)節(jié)：第一個(gè)風(fēng)能，第二機(jī)械能，第三是電能。由于風(fēng)力發(fā)電是從風(fēng)能向機(jī)械能、電能的單向轉(zhuǎn)換方式，這里面涉及到機(jī)械能。只要是涉及到機(jī)械能的東西都有一個(gè)特點(diǎn)：一開(kāi)始需要大的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，隨著轉(zhuǎn)速提高，它這個(gè)轉(zhuǎn)距會(huì)降低，這是很重要的核心。從風(fēng)能捕捉角度來(lái)說(shuō)，我們知道發(fā)電機(jī)出力跟風(fēng)速成非線性關(guān)系，風(fēng)速比較大的時(shí)候發(fā)電機(jī)出力會(huì)快速的上升。當(dāng)捕風(fēng)面積增加的時(shí)候，發(fā)電機(jī)出力會(huì)成線性增加。由于風(fēng)是不斷變化的，這樣就造成了風(fēng)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的變化，從而風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速在不斷的變化，通過(guò)電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生的電能也不斷變化，主要體現(xiàn)在電壓、電流、頻率和相角。
當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)和電力系統(tǒng)連接的時(shí)候，這兩個(gè)電力系統(tǒng)之間的主要參數(shù)，比如頻率、電壓一定要一致。風(fēng)力發(fā)電機(jī)由于風(fēng)電變化，造成電參數(shù)的變化，這個(gè)時(shí)候需要有一個(gè)AC/DC及DC/AC的轉(zhuǎn)換，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電力在頻率、電壓、相角上與外接系統(tǒng)一致。這里要感謝電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，使以前不能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)或者不能利用的東西都可以用。風(fēng)力發(fā)電目的盡量吸收風(fēng)力，這是它的基礎(chǔ)。
從外部的角度講，電力系統(tǒng)要求時(shí)刻保持供給和需求，這是電力系統(tǒng)本質(zhì)的需求。需求和供給要達(dá)到平衡，當(dāng)不平衡時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)生振蕩。如果我們把風(fēng)機(jī)接到電力系統(tǒng)，當(dāng)把電網(wǎng)看作負(fù)荷時(shí)，可以把風(fēng)機(jī)作為一個(gè)源的話，電網(wǎng)需求變化會(huì)牽引到風(fēng)力發(fā)電機(jī)出力的變化。現(xiàn)在由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)或者風(fēng)電不具有全方位調(diào)節(jié)的能力，就無(wú)法滿足電力系統(tǒng)的需求?？梢?jiàn)，通過(guò)對(duì)風(fēng)力發(fā)電內(nèi)部和外部需求特點(diǎn)進(jìn)行分析，我們發(fā)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電還有需要完善的地方。這種完善，要么通過(guò)改進(jìn)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，要么借助外部技術(shù)加以完善。這樣，我們就明確了需求。
說(shuō)到儲(chǔ)能系統(tǒng)，它也是能量轉(zhuǎn)化過(guò)程，正如發(fā)電技術(shù)是以能量轉(zhuǎn)化為主，儲(chǔ)能系統(tǒng)也是能量轉(zhuǎn)化過(guò)程。發(fā)電系統(tǒng)更多是單向轉(zhuǎn)換，而儲(chǔ)能是一種雙向，可逆的。這里羅列鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，前面專家已經(jīng)講得很多了，我就不再贅述。不過(guò)，我有一個(gè)體會(huì)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以被看成濃縮的電力系統(tǒng)。每一個(gè)電池或者模組都是一個(gè)小的能量體。因此，當(dāng)我們研究其給外部提供能量服務(wù)的時(shí)候，都需要關(guān)注這個(gè)特性。無(wú)論是儲(chǔ)能系統(tǒng)主體還是其輔助系統(tǒng)。還有一個(gè)特點(diǎn)就是儲(chǔ)能所具有的電源和負(fù)荷的隨時(shí)互換的特性。
上面把儲(chǔ)能和發(fā)電技術(shù)都做了分析以后，最后落實(shí)到怎么去結(jié)合。從風(fēng)力發(fā)電的內(nèi)、外需求來(lái)說(shuō)：內(nèi)部需求是多吸收風(fēng)能，提高轉(zhuǎn)換效率，多發(fā)電。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)需求，剛才說(shuō)到了捕風(fēng)面積、空氣密度和風(fēng)速。有哪一些可以控制的？捕風(fēng)面積常用的是大葉片方式實(shí)現(xiàn)，在同一個(gè)自然條件下不同葉片會(huì)造成發(fā)電機(jī)出力變化。空氣密度是天生的，還有一個(gè)是風(fēng)速，風(fēng)速是不可控的，這些東西看起來(lái)和我們結(jié)合的儲(chǔ)能關(guān)系不是很大。但如果對(duì)風(fēng)進(jìn)行了分析，重新回顧的時(shí)候似乎可以找到一些結(jié)合點(diǎn)。因?yàn)轱L(fēng)速是概率性的問(wèn)題，一年365天所占的風(fēng)速是不一樣的，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在5m/s以下風(fēng)速占全年50%以上的時(shí)間。根據(jù)機(jī)械轉(zhuǎn)換特點(diǎn)，如果風(fēng)機(jī)能夠在正常切入風(fēng)速之前轉(zhuǎn)起來(lái)，當(dāng)轉(zhuǎn)起來(lái)以后就不需要更大的風(fēng)速了。這個(gè)時(shí)候如果加一個(gè)外力，我們就可以提前讓風(fēng)機(jī)去轉(zhuǎn)動(dòng)。這里儲(chǔ)能就可發(fā)揮作用。
第二個(gè)結(jié)合點(diǎn)是從風(fēng)力發(fā)電的波動(dòng)角度來(lái)講。我們知道可以在變電站側(cè)加裝儲(chǔ)能來(lái)平抑風(fēng)電場(chǎng)的波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的友好性。如果能夠讓單個(gè)風(fēng)機(jī)滿足電力因素需求的時(shí)候，風(fēng)力才能真正融入到電力系統(tǒng)里。在風(fēng)機(jī)側(cè)加裝儲(chǔ)能可以認(rèn)為是分布式儲(chǔ)能，還可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)參與調(diào)頻。如果能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)機(jī)個(gè)體加裝儲(chǔ)能，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和區(qū)塊鏈技術(shù)的結(jié)合，通過(guò)風(fēng)場(chǎng)固有的光纖通信網(wǎng)絡(luò)，風(fēng)場(chǎng)可以實(shí)現(xiàn)虛擬電廠的功能。另外，在風(fēng)機(jī)上加裝儲(chǔ)能，通過(guò)降低大風(fēng)速時(shí)風(fēng)機(jī)的出力，可以有效降低集電線路規(guī)格。風(fēng)機(jī)全年在額定風(fēng)速下運(yùn)行的時(shí)間很低，而且是不連續(xù)的。而無(wú)論線路設(shè)計(jì)還是變電站設(shè)計(jì)都按最大出力來(lái)進(jìn)行設(shè)備選擇。而最大出力所占用的時(shí)間是概率問(wèn)題，而且是離散的。如果我們把最大出力通過(guò)儲(chǔ)能降下來(lái)，這樣運(yùn)行電流就能下降，直接影響到設(shè)備選擇，從而降低造價(jià)，提高設(shè)備的利用效率。
因?yàn)闇?zhǔn)備不是特別充分，這是我們對(duì)于儲(chǔ)能在發(fā)電側(cè)做了一些研究，跟大家做一些分享。這是一個(gè)分析的方法，利用這個(gè)方法同樣可以對(duì)燃煤電站、水電站等進(jìn)行分析。這里就不再一一介紹了。無(wú)論儲(chǔ)能在源、網(wǎng)、荷哪端展開(kāi)應(yīng)用，都需要儲(chǔ)能本身技術(shù)過(guò)硬，加強(qiáng)自身的同事，也要了解和滿足場(chǎng)景的需求才好。說(shuō)的不對(duì)的地方歡迎大家批評(píng)指正，謝謝。
