中國儲能網(wǎng)訊：5月24～26日，由工業(yè)和信息化部節(jié)能與綜合利用司與國家能源局能源節(jié)約和科技裝備司聯(lián)合指導，中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦并聯(lián)合240余家機構共同支持的第十三屆中國國際儲能大會在杭州召開。
來自行業(yè)主管機構、國內(nèi)外駐華機構、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機構等不同領域的1011余家產(chǎn)業(yè)鏈供應鏈企業(yè)，5417位嘉賓參加了本屆大會，其中245家企業(yè)展示了儲能產(chǎn)品，可謂盛裝出席，涵蓋系統(tǒng)集成、電芯、PCS、BMS、集裝箱、消防、檢測認證等新型儲能全產(chǎn)業(yè)鏈。
5月25日下午，大連理工大學電氣工程學院教授、大連市新型電力系統(tǒng)工程中心主任李愛魁受邀在長時儲能技術及應用專場分享了主題報告，報告題目為《全釩液流電池儲能多重應用技術》。以下是報告主要內(nèi)容：
李愛魁：尊敬的各位同行，感謝組委會給我這個機會和各位同事一起交流液流電池儲能的相關技術。我2020年來到大連理工大學電氣工程學院，從事的工作是儲能電站技術，還有之前一直在做的全釩液流電池系統(tǒng)開發(fā)，以及鋰離子電池儲能模塊集成應用。儲能電站應用技術集中在運維、調(diào)用等方面，液流電池技術目前主要是相關測試系統(tǒng)研究和開發(fā)。
首先講一下為什么要提到液流電池的多重應用。液流電池作為長時儲能一直為行業(yè)所熟悉，但仍屬于電化學儲能技術，具有電化學儲能自身的特點和功能。這個圖片是大家經(jīng)常用的，構建新型電力系統(tǒng)是以新能源為主體。相對于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的潮流單向流動，新型電力系統(tǒng)潮流特點就是雙向、互動，還有新能源高占比、電力電子化，以及它的“雙峰”模式。去年底的電機工程學報的年會上的相關報告里提到， “30、60”雙碳目標的火電機組在后續(xù)由主力電源變成調(diào)節(jié)電源，并不是完全退出歷史舞臺。新能源達到一定比例后會變成主力電源，這是新型電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。在這個發(fā)展過程中，對于儲能功能及技術要求各有各的理解，但正如國網(wǎng)公司副總經(jīng)理陳總報告里提到的，儲能作為裝備技術，仍然遵循裝備技術支撐電力系統(tǒng)技術創(chuàng)新，系統(tǒng)技術引導或者指導裝備技術的發(fā)展規(guī)律。儲能的功能必須跟系統(tǒng)技術緊密相關，特別是電化學儲能，只要服務于電力系統(tǒng)，就需要從電力系統(tǒng)的角度考慮這個問題。
新型電力系統(tǒng)的發(fā)展，具體的特征就是低碳、經(jīng)濟、穩(wěn)定三個方面，低碳和經(jīng)濟是我們國家基本的戰(zhàn)略目標，作為裝備技術人員，考慮的事情就是新型裝備支撐電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。具體到儲能方面，就是從能量型、削峰填谷功能朝電力支撐方面發(fā)展，也就是功率能量耦合型、調(diào)頻和動態(tài)調(diào)壓等方面發(fā)展。液流電池儲能作為電化學儲能，在功能上需要從長時儲能向兼顧多重服務延伸，這樣才能發(fā)揮它的更大價值，具體在應用上除了調(diào)峰平滑和跟蹤計劃曲線之外，還需要對系統(tǒng)慣量、頻率、電壓等方面提供支撐。裝備技術方面，當然是高功率密度、高能量密度、低成本、高安全，這也是對儲能的常規(guī)和總體要求。
分析液流電池的多重應用技術，首先了解一下工程上儲能電站的應用。儲能電站結構包括電池系統(tǒng)、電力電子系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、輔電系統(tǒng)等，這些大家都是非常清楚。電力作為一個商品，它與普通商品的區(qū)別就在于有物理邊界約束。儲能應用功能展開一句話就是擴展電力商品的物理約束，一個是電網(wǎng)的邊界約束，一個是機組的邊界約束，當然現(xiàn)在還包括負荷側(cè)，具體就是源網(wǎng)荷儲一體化協(xié)調(diào)。
除了作為拓展電力商品物理約束邊界之外，針對我國的特高壓網(wǎng)架的電網(wǎng)形態(tài)，還需要保護大電網(wǎng)穩(wěn)定，調(diào)峰調(diào)頻之外還有調(diào)壓，因此液流電池儲能需要擴展的應用還有很多。具體到輔助服務，當前階段如果源網(wǎng)荷協(xié)同足夠好，按理說儲能作為服務型裝備也不是特別急迫，但為什么現(xiàn)在大家都作為必備的電力裝備來發(fā)展，就是因為雙高電力系統(tǒng)下源網(wǎng)荷的協(xié)調(diào)將越來越困難，未雨綢繆。分析了液流電池要服務的對象，按照系統(tǒng)技術指導裝備技術的原則，就可以對液流電池儲能系統(tǒng)提出一些指標，這個指標除了長時之外，對短時功能也需要進行關注。長時儲能也可以兼顧做短時的事情，這塊涉及到多重應用控制等問題。
新能源場站配套液流電池和鋰離子電池在國內(nèi)是同步的，功能主要有平滑新能源出力、跟蹤發(fā)電計劃曲線，以及支撐風電的高低電壓穿越，這種功能在2010年起建設的張北風光儲輸基地都已經(jīng)驗證了。遼寧法庫的臥牛石風電場也驗證了五兆瓦全釩液流電池儲能電站的新能源配套能力。
國外是直接在城市里面給高效光伏發(fā)電配套，實際上是工業(yè)廠區(qū)內(nèi)源網(wǎng)荷儲一體化項目，效果也比較明顯。去年類似的一個六兆瓦液流電池系統(tǒng)，也開始用在國內(nèi)的廠區(qū)內(nèi)，與風電場聯(lián)合發(fā)電配套應用。儲能跟新能源配套，除了AGC和AVC，內(nèi)部還有一個協(xié)調(diào)，跟風電機組聯(lián)合做風電場主動支撐，提高風電廠的靈活性，具體是一次調(diào)頻還有動態(tài)調(diào)壓，與新能源站內(nèi)的SVG如何更好的配合，這一塊也是很重要。
這是在大連的一個建設在城市里面的電站，也是百兆瓦級，液流電池技術領域里面當前最大的電站了。說是跟熱電廠配套，其實是一個獨立的電站，除了調(diào)峰，作為電化學儲能電站很多功能都具備，后續(xù)主要是更有效地參與電力市場。包括調(diào)峰，后續(xù)有現(xiàn)貨市場后，就需要像其他電源一樣進行正常的電力市場流程。比如要報價，也就是要投標，我們電化學儲能電站未來有非常重要的工作就是投標，而不是等著調(diào)用。當前的調(diào)峰中計劃充放電是最簡單的中長期模式，后續(xù)可能隨著電網(wǎng)及電源結構的變化而變化。
特別是隨著新能源比例的增大，這種定時的或者中長期的比例一定會下降，現(xiàn)貨市場的比例會增加，這個時候它的峰谷差和電價特點是完全不一樣的。未來儲能電站參與調(diào)峰不僅需要預測新能源發(fā)電，還需要預測電價，進而做日前和其中計劃，包括參與市場投標，液流電池儲能電站的多重應用技術更加重要。
大家看一下某省現(xiàn)貨市場三個典型日電價情況，有整天電價都是兩三毛錢低價的，也有整天電價都是一塊多錢高價的，當然也有可能出現(xiàn)大家在中長期中常見峰谷電價曲線。因此參與現(xiàn)貨市場調(diào)峰的時候如果不預測電價的話，儲能電站運行策略沒有辦法做日前和日中計劃，也沒有辦法報價。這個時候要有很多運行邊界，儲能電站的度電成本和容量成本是多少才能支撐這個調(diào)峰收益，后續(xù)調(diào)峰的時候應用也是很重要的一塊。
未來“雙高”電力系統(tǒng)如果互濟能力不強，一定會面臨穩(wěn)定的問題，這個穩(wěn)定不僅僅是大電網(wǎng)的穩(wěn)定，將來配電網(wǎng)由于大量的分布式發(fā)電，也可能會面臨穩(wěn)定的問題。以一個弱鏈接的典型區(qū)域電網(wǎng)為例，當它有大量的沖擊性負荷的時候，它的頻率波動非常明顯，如果僅靠一個火電機組支撐電網(wǎng)，火電機組運行要不停地進行大幅度出力波動，這種工況對火電機組的運行壽命及能耗是非常不利的。這種情況下通過儲能電站一次調(diào)頻就可助力電網(wǎng)穩(wěn)定，緊密跟蹤電網(wǎng)頻率，同時接入電網(wǎng)的分布式穩(wěn)定系統(tǒng)，在高頻切機、低頻切荷之前，先調(diào)用儲能電站。這是火電機組DCS截圖，可以看到投入前后電網(wǎng)頻率荷火電機組出力都有明顯的平滑作用，這還是兼顧了儲能電站的運行壽命折損，如果儲能電站的慣性及下垂系數(shù)更大的話，頻率就會更平滑，機組出力也會更穩(wěn)定，當然這里面有個儲能電站荷火電機組折損的性價比平衡問題，目前這個問題還是比較難解決的。
液流電池如果不是運行在額定功率下，它的效率相比額定功率會有一定的衰減和影響，通過分析前期調(diào)研的儲能電站輔助火電機組調(diào)頻的運行數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)時間積分的平均負荷率一般在50%以上，因此如果再進行功率分配策略的優(yōu)化，液流電池輔助火電機組調(diào)頻是可行的。之前為了降低泵耗，采用功率與變頻泵的運行頻率聯(lián)動方式，可能影響響應時間，目前判斷控制冗余也是能解決的。充分發(fā)揮壽命比較長的優(yōu)勢，參與多重服務提高收益。不能僅僅因為把它定位在長時儲能就不干其他方面的事情，這樣會對收益，特別是多渠道收益的拓展是一個非常大的損失。
再提提黑啟動，零壓黑啟動電網(wǎng)是電化學儲能電站的一大優(yōu)勢，這個優(yōu)勢可能對于未來高比例電網(wǎng)的安全保障是一個重要的基礎。特別是配網(wǎng)的黑啟動能力，可能是包括新形勢下電力安全的關鍵措施。目前看到的都是主網(wǎng)保配網(wǎng)模式，后續(xù)可能需要配網(wǎng)保主網(wǎng)模式。這種情況下配網(wǎng)的黑啟動能力就非常關鍵，因為有大量的分布式能源和儲能在那里，在負荷側(cè)很容易實現(xiàn)源網(wǎng)荷的實時平衡。用5萬到10萬千瓦級左右的儲能電站，黑啟動這種35萬千瓦的煤電機組或者燃汽輪機，目前來看技術上是沒有問題的。
這是儲能電站零壓啟動220 千伏變電站的電網(wǎng)波形，電網(wǎng)建壓之后逐步投入電源和負荷，柔性化啟動，對于含分布式電源和負荷的電網(wǎng)是非常穩(wěn)的。
剛才講了液流電池的多重輔助服務，也就是液流電池到底能干什么，實際是需要拓展液流電池在整個電力市場中的應用。液流電池孟總和其他同事都講過了，我就不再贅述了。我對釩液流了解一點，我現(xiàn)在正在做的項目也是釩電解液的相關事情。由于釩電解液體系沒有交叉污染問題，所以它的狀態(tài)恢復和壽命是可保證的。目前面臨的問題，第一是綜合性能指標及可靠性都需要提高，液流電池產(chǎn)業(yè)鏈與鋰電池的相比成熟度還不夠，這就造成液流電池本身還有很大的發(fā)展空間。
第二是成本怎么控制，如何度過釩資源的周期，這個問題尤其需要重新審視僅僅用于長時儲能工況的局限性，更應該發(fā)揮短時儲能的應用優(yōu)勢，直白地觀點是，如果僅僅定位于性價比不高的長時應用工況，釩資源一旦出現(xiàn)歷史上的高周期，大部分的釩電池儲能電站可能面臨停工。做好儲能電站自身的運營和管理，參與多重輔助服務，這塊是有空間的?？傮w來說，不管是性能上，最后到關鍵技術上，液流電池都有很大的前景發(fā)展空間，目前為止沒有看到它的天花板。特別是這兩年更多技術人員的參與，各個技術路線競爭的同時也在相互借鑒，后續(xù)液流電池技術還會有很大的發(fā)展。這是我們圍繞效率進行的拓撲上的調(diào)整。近期我們的主要工作是圍繞并網(wǎng)控制、高功率密度電化學系統(tǒng)開發(fā)，以及儲能電站狀態(tài)評價等領域開展。在學校成果轉(zhuǎn)化相關工作精神指導下，后續(xù)還會進行公司化操作，重點是把儲能電站運營得更好。
謝謝各位同行！
