中國儲能網(wǎng)訊：10月12-13日，第五屆儲能技術(shù)在分布式能源與微電網(wǎng)中應(yīng)用高層研討會在深圳順利召開，來自行業(yè)協(xié)會、科研院所、知名企業(yè)的代表超過300名嘉賓到場參會。會議由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會、全國微電網(wǎng)與分布式電源并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會聯(lián)合主辦。中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會、中國儲能網(wǎng)承辦。中天儲能科技有限公司副總工程師葉劍斐博士，在會上以“電力儲能系統(tǒng)技術(shù)成熟度與技術(shù)路線評價”為題做了精彩演講。
演講全文如下：
在正式開始我的報告之前，先對我的報告做兩點說明：1、我今天的報告只關(guān)注鋰電技術(shù)為基礎(chǔ)的電力儲能。2、解釋一下為什么會選擇“電力儲能系統(tǒng)技術(shù)成熟度”這一報告題目。近些年來社會各界對電力儲能技術(shù)越來越關(guān)注，大家會有這樣的感覺，整個行業(yè)的爆發(fā)點離我們越來越近。電力儲能其實是一個很寬泛的應(yīng)用領(lǐng)域，其中有很多細分市場，比如用戶側(cè)儲能、電網(wǎng)側(cè)儲能，那么這些細分市場哪個會率先爆發(fā)？要回答這個問題我們就需要審視電力儲能技術(shù)在各個細分應(yīng)用領(lǐng)域當(dāng)中的技術(shù)成熟度。
今天的報告分為三部分：1、以中天集團所做的電力儲能項目為基礎(chǔ)，和大家分享一下我們對電力儲能技術(shù)成熟度的看法。2、對電力儲能技術(shù)將來的發(fā)展的方向我們評價與判斷。3、我們跳出技術(shù)層面的討論，從行業(yè)發(fā)展的角度來看當(dāng)前整個行業(yè)面臨的問題，以及行業(yè)真正實現(xiàn)爆發(fā)所需要做的事情。
第一部分，中天集團從2013年起布局電力儲能領(lǐng)域，到目前為止，我們在建、已建的電力儲能項目共計15個，我這邊列舉了9個典型項目。在用戶側(cè)，位于蘇州的10MWH儲能電站今年9月份正式投運。在南通經(jīng)濟開發(fā)區(qū)有一個4MWH的儲能電站，今年9月份完成了電網(wǎng)公司的驗收，目前已可以并網(wǎng)。在南通的河口鎮(zhèn)，有一個6MWH的儲能電站，目前正在進行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。在發(fā)電側(cè)，我們?yōu)榍嗪５母駹柲竟夥娬咎峁┝艘惶?50KW/1MWH的集裝箱儲能系統(tǒng)，主要用于該光伏電站減少限發(fā)。在去年，我們?yōu)楸本┚┠芗瘓F在延慶的光伏電站提供了一套1.1MWH的儲能系統(tǒng)，主要用于平滑光伏輸出，該系統(tǒng)去年9月份正式投運。在去年我們還為德國的一個光伏電站提供了一套500度電的儲能系統(tǒng)，也是用于平滑光伏的輸出。該系統(tǒng)去年11月正式投運。在微電網(wǎng)方面，今年4月份由中天集團承接的國家“863”風(fēng)光柴儲離網(wǎng)型微電網(wǎng)項目通過了國家驗收，在這個微電網(wǎng)中配置了250度電的儲能系統(tǒng)。今年9月份在南通經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，我們的光儲充一體化的微電網(wǎng)正式運營了，微電網(wǎng)中包含了一套1MWH的儲能系統(tǒng)。就在現(xiàn)在，在北京的馬池口鎮(zhèn)，由光伏和儲能系統(tǒng)組成的一個可離網(wǎng)的微電網(wǎng)正在調(diào)試，其中的儲能系統(tǒng)是315度電。
這頁PPT是我們在2017年承建的7個項目的現(xiàn)場照片，這些照片在這里我就不一一介紹了，從這些照片可以看出我們的儲能項目有站房式，也有集裝箱式的。
做了這些項目，自然而然的會問：如何評價一個電力儲能系統(tǒng)的好與壞呢？對于用戶側(cè)的儲能系統(tǒng)，一般都是削峰填谷的運行策略，由于運行工況比較簡單，我們可以用三個指標(biāo)來衡量。第一個指標(biāo)是電池的充放電深度，很多嘉賓已經(jīng)在此前的報告中提到過這一指標(biāo)。這個指標(biāo)能反映電池技術(shù)的高低。它的定義是用戶實際可用的儲能系統(tǒng)的充電或放電電量，與供應(yīng)商提供的這套系統(tǒng)的標(biāo)稱電量或者說額定電量的比值，這個比值越高就意味著供應(yīng)商電池一致性的管控能力越強。第二個指標(biāo)是系統(tǒng)效率，為便于大家理解，我給大家打個比方。如果一套系統(tǒng)向它充1000度電，放出900度電，那么這個系統(tǒng)的效率就是90%。有人會問充放電相差的100度電去哪了？這個差值就是系統(tǒng)損耗，這個損耗基本上來自于四方面，1、電池的充放電本身有損耗。2、變流器工作有損耗。3、如果在系統(tǒng)當(dāng)中使用了變壓器，變壓器將低壓升到高壓、或從高壓變到低壓都會有損耗。4、系統(tǒng)中的各種電氣聯(lián)接也會引起損耗。不難發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)效率這一指標(biāo)能夠衡量系統(tǒng)整體的設(shè)計合理性，能反映整個系統(tǒng)運行的經(jīng)濟效益的高低。第三個衡量指標(biāo)是系統(tǒng)的故障率，同樣的，我們做個比方，比如用戶裝了一套削峰填谷的系統(tǒng)，計劃每天充放電一次，一個月30天，那么按計劃應(yīng)該有30次充放電，如果由于系統(tǒng)故障導(dǎo)致有10天不能進行充放電，那么這個系統(tǒng)的故障率就是10天除以30天，也就是33.3%，大家很容易理解，這個指標(biāo)反映了儲能系統(tǒng)的真實運行成本，以及系統(tǒng)實際的經(jīng)濟效益的好壞。
講到這里大家可能會有疑問，為什么沒有提系統(tǒng)壽命這個指標(biāo)？在大家的心目中系統(tǒng)壽命是非常重要的，為什么沒有提？其實系統(tǒng)壽命已經(jīng)隱藏在這三個指標(biāo)當(dāng)中了，隨著系統(tǒng)的使用，電池會有容量衰減，系統(tǒng)的充放電深度自然而然就會減小。隨著系統(tǒng)的老化，系統(tǒng)的效率下降。隨著系統(tǒng)的使用，系統(tǒng)的故障率也會增加。所以系統(tǒng)的使用壽命其實已經(jīng)體現(xiàn)在這三個指標(biāo)當(dāng)中了。
在這里和大家分享一個理念，電力儲能系統(tǒng)的壽命終結(jié)不是因為它不能再充放電了，而是由于客戶不再愿意使用它了。對于發(fā)電側(cè)與微電網(wǎng)中的儲能系統(tǒng)，由于它們的使用策略比較復(fù)雜，非常遺憾，到目前為止，我們還不能找到比較客觀的、完善的評價指標(biāo)，
這里給大家分享一下，我們儲能電站的真實運行數(shù)據(jù)，在大家的左手邊是儲能電站的系統(tǒng)原理圖。該電站包含電池系統(tǒng)、變流器，以及從315V升到10KV的變壓器組成、系統(tǒng)效率的計量點在10KV側(cè)，電池的充放電深度是100%，連續(xù)30天儲能電站運行的平均系統(tǒng)效率達到87.63%。
講到這里我們對電力儲能技術(shù)的成熟度做一總結(jié)評價。對于用戶側(cè)應(yīng)用，我們認(rèn)為電力儲能技術(shù)已比較成熟，可以進行商業(yè)化推廣。目前推廣的主要難點是投資回報期長，對于超大容量系統(tǒng)，比如10MWH的系統(tǒng)，或者上百MWH的系統(tǒng)，電池一致性的控制仍有一定的難度。在發(fā)電側(cè)，儲能技術(shù)成熟度相對比較低，主要源自于兩方面：一是技術(shù)路線目前仍然有爭議，直流耦合還是交流耦合尚未明確。理論上直流耦合有比較高的整體系統(tǒng)效率，但是就目前而言，直流側(cè)耦合所用的設(shè)備比交流側(cè)耦合所用的設(shè)備技術(shù)成熟度來得略低。盈利模式不清是目前發(fā)電側(cè)儲能推廣面臨的另一困難，目前從政策法規(guī)上很難找到在發(fā)電側(cè)獲得儲能收益的計算方法。微電網(wǎng)方面，我們認(rèn)為現(xiàn)在的技術(shù)與實際的應(yīng)用還有比較大的距離。主要的原因在于微電網(wǎng)整體的設(shè)計難度以及它的整體管控難度大。
從這里開始，與大家分享一下中天對于電力儲能技術(shù)今后發(fā)展方向的一些看法。先來看電力儲能系統(tǒng)的建筑形式，目前有兩種建筑形式，站房式和集裝箱式。站房式的優(yōu)點是建筑的質(zhì)量能夠得到保證，所以使用壽命長。這得益于我們國家對于建筑的設(shè)計與建造有嚴(yán)格的管理。缺點是投資大，周期長。集裝箱式的優(yōu)點是建設(shè)靈活性強，建設(shè)周期短，投入相對較少。集裝箱式的缺點是質(zhì)量難以保證?，F(xiàn)在用于儲能的集裝箱都是用運輸用的集裝箱根據(jù)客戶的需求進行定制化改造獲得的，改造的可靠性驗證比較少，而且目前也沒有針對儲能用集裝箱的質(zhì)量規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。所以集裝箱容易出現(xiàn)箱體腐蝕，甚至漏水的情況，對于電池來說，這些都會引起安全隱患。從我們的項目經(jīng)驗來看，由于集裝箱的靈活性與低投入，客戶比較青睞于集裝箱式儲能系統(tǒng)。那么如何彌補集裝箱質(zhì)量難以保證這一不足呢？我們向大家推薦混合式，大家在PPT最右邊圖片中看到的這種，也就是在集裝箱上加上雨棚。雨棚可以大大減少集裝箱由于質(zhì)量原因造成的腐蝕，甚至于漏水。此外雨棚還可以降低集裝箱內(nèi)部由于溫度控制所需的能耗。夏天的時候大家都會有這樣的體會，太陽直射下的汽車其表面的溫度以及車內(nèi)溫度都是相當(dāng)高的，這與集裝箱的情況是一樣的。有了這樣的雨棚，可以減少太陽的照射，降低整個集裝箱內(nèi)部溫度控制造成的能耗，對于以10年使用為目標(biāo)的系統(tǒng)來說，一個40尺的集裝箱雨棚的價格在2-3萬，總體而言，經(jīng)濟效益是可以被接受的。
中天正在研發(fā)第三代集裝箱式儲能系統(tǒng)，它有三個特點：1、電池裝載量大。如果不裝載變流器，集裝箱的電池裝載量達到了1.8MWH。裝載變流器的話，電池裝載量是1.5MWH。2、設(shè)置以遠程監(jiān)控為基礎(chǔ)的電池健康管理，或者說是電池均衡管理。3、設(shè)置中央管理器，對儲能系統(tǒng)的能量、溫濕度等進行統(tǒng)一管理。下面給大家做詳細介紹。
我們的儲能系統(tǒng)走高能量密度路線，目的是為了降本。增加了集裝箱的電池裝載量就能減少集裝箱的使用量。每減少一個集裝箱同時也減少了配套的消防系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)，減少了這個集裝箱的運輸運費，減少了承載這個集裝箱的地基的建設(shè)費用，此外，提高了電池的能量密度就能減少用于組成電池包的結(jié)構(gòu)件和電氣件的數(shù)量，以及電池管理系統(tǒng)的數(shù)量，從而降低成本，在這里給大家一個定量的感受，每減少一個40尺的標(biāo)準(zhǔn)集裝箱，可以節(jié)省約35萬元人民幣。我們的第三代集裝箱使用的是能量密度為140Wh/kg的單體，這是磷酸鐵鋰體系的，25攝氏度0.5C/1C 100%DOD 條件下，循環(huán)壽命大于3000次。
現(xiàn)在來看主動均衡與被動均衡，這是一個比較有爭議的話題。被動均衡的優(yōu)點在于價格低，缺點在于均衡效果差。主動均衡的優(yōu)點是均衡的效果好，它的缺點是價格高。價格高是由于主動均衡為了對電池的不一致性進行分析和控制引入了大量的硬件和軟件。然而，電池的不一致性由很多因素造成。有電芯自身的因素。有電芯間焊接的原因，比如虛焊。也有電池的溫度分布不一致的原因。也有可能是電芯的溫度數(shù)據(jù)的采樣受到干擾，甚至于采樣模塊出現(xiàn)故障造成的。因此，主動均衡存在錯誤均衡的可能。如何保留主動均衡的優(yōu)勢，同時降低其成本及誤均衡風(fēng)險？現(xiàn)在來看我們的解決方案。我們的電池管理系統(tǒng)配備了遠程數(shù)據(jù)上傳能力，電池管理系統(tǒng)會將數(shù)據(jù)定期上傳到云平臺，供我們的專業(yè)人員對數(shù)據(jù)進行分析。正常情況下開啟被動均衡。出現(xiàn)電池一致性異常時，如果判斷是電芯損壞，那么我們會進行電芯更換。電芯未損壞情況下，出現(xiàn)較大的一致性偏差，我們會遠程啟動主動均衡。由于我們利用人工分析，只保留了主動均衡最基本的硬件，因此降低了均衡單元的成本，同時也避免了主動均衡可能造成的誤判。
在當(dāng)前的電力儲能系統(tǒng)中一般有三大管理，能量管理、安全消防管理和溫濕度管理，目前業(yè)內(nèi)這三大管理基本上是各自獨立運行的，我們在儲能系統(tǒng)中引入了中央管理器。為了解釋其作用這里舉一個例子。對于電池溫度的感知，最敏感的是電池管理系統(tǒng)，因為它的溫度傳感器貼在電芯表面?？照{(diào)也有自己的溫度傳感器，但是空調(diào)的溫度傳感器放置于電池之外，因此不難發(fā)現(xiàn)空調(diào)溫度的調(diào)控與電池溫度的變化存在著時間上的滯后。引入中央管理器就可以消除這種滯后。當(dāng)然中央管理器還有其他作用，由于時間原因這里就不多做介紹了。
最后對于電力儲能行業(yè)當(dāng)前存在的問題談一下我們的看法。當(dāng)前國內(nèi)的電力儲能行業(yè)有很多知名項目，但是他們運行在大眾的視野之外，我們對其了解很少。這里舉三個例子。南方電網(wǎng)寶清儲能電站已運行了6年，但我們很少知道它的真實運行數(shù)據(jù)。張北儲能基地，也是目前世界最大的多種儲能技術(shù)與新能源發(fā)電結(jié)合的集中示范基地，很可惜，在網(wǎng)上竟很難找到與它配套的圖片。第三個是中國第一個用于調(diào)頻的儲能電站，石景山調(diào)頻電站，這個電站運行一年半之后停運了，同樣的在網(wǎng)上無法找到項目相關(guān)照片。這是當(dāng)前電力儲能行業(yè)存在的問題。
我們認(rèn)為，一個行業(yè)要換擋加速需要出現(xiàn)明星產(chǎn)品，什么是明星產(chǎn)品？舉幾個例子，1908年，福特推出T型車，有了這個車之后，汽車才真正進入老百姓的家庭。蘋果重新定義了智能手機，現(xiàn)在大家都是使用智能手機。第三個例子是特斯拉，當(dāng)大家都把電動車定義為家庭的第二輛車，把電動車的續(xù)航里程定義在200公里以下的時候，特斯拉推出了能行駛400公里，除了充電時間長之外，其他性能能與傳統(tǒng)車媲美的model S。這些就是明星產(chǎn)品。明星產(chǎn)品的出現(xiàn)宣告了技術(shù)路線之爭已經(jīng)告一段落，生產(chǎn)工藝和制程體系已經(jīng)完備。產(chǎn)品的定位和市場需求找到了契合點。目前國內(nèi)電力儲能行業(yè)缺少像這樣的明星項目來引領(lǐng)我們整個行業(yè)。
這就是我的報告。感謝大家！
（本文根據(jù)第五屆儲能技術(shù)高層研討會會議錄音整理，未經(jīng)本人審核，不足之處，請批評指正。）
