中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：3月23日，由中國(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)共同支持的第十五屆儲(chǔ)能大會(huì)暨展覽會(huì)（簡(jiǎn)稱“CIES2025”）在杭州國(guó)際博覽中心召開。
CIES大會(huì)以以“綠色、數(shù)智、融合、創(chuàng)新”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)問題展開充分探討，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規(guī)?；こ虘?yīng)用。
在3月25日上午進(jìn)行的混合儲(chǔ)能專場(chǎng)中，中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司綜合能源工程公司工程技術(shù)部主任周冰做了題為《混合儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與案例分享》的主題報(bào)告演講。
周冰：各位同仁，大家上午好！非常高興有這個(gè)平臺(tái)和機(jī)會(huì)與大家進(jìn)行交流和分享。今天分享的題目是混合儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與案例分享。
主要是三個(gè)方向：第一，混合儲(chǔ)能技術(shù)定義與分類；第二，混合儲(chǔ)能應(yīng)用存在的問題；第三，混合型儲(chǔ)能優(yōu)化配置方案。
第一部分，混合儲(chǔ)能技術(shù)定義與分類。
內(nèi)容比較簡(jiǎn)單，政策背景，是“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展方案里明確提出，結(jié)合系統(tǒng)需求推動(dòng)多種儲(chǔ)能技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，開展復(fù)合型儲(chǔ)能試點(diǎn)示范。應(yīng)用需求來講，現(xiàn)在新型電力系統(tǒng)越來越需要具備更短時(shí)間尺度響應(yīng)能力和更長(zhǎng)時(shí)間尺度支撐能力的靈活性調(diào)節(jié)資源的加持。隨著儲(chǔ)能電站的規(guī)模增大，也需要具備分時(shí)復(fù)用能力和分容量復(fù)用能力，所以混合儲(chǔ)能的出現(xiàn)是在這個(gè)政策背景和應(yīng)用需求場(chǎng)景下提出來的技術(shù)需求。
混合儲(chǔ)能是指將兩種或多種互補(bǔ)的儲(chǔ)能技術(shù)集成到一個(gè)系統(tǒng)中，通過不同技術(shù)的協(xié)同作用，優(yōu)化整體性能、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。核心在于結(jié)合能量型儲(chǔ)能和功率型儲(chǔ)能的特性，以應(yīng)對(duì)復(fù)雜工況需求。比如說，鋰電池是持久能量，飛輪、超級(jí)電容是快速應(yīng)對(duì)調(diào)峰的需求。
關(guān)于分類，按照技術(shù)路線，電化學(xué)+機(jī)械儲(chǔ)能，物理+化學(xué)儲(chǔ)能；如果說按照應(yīng)用場(chǎng)景，可以分為應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)頻、削峰填谷，包括如果是應(yīng)用于交通領(lǐng)域，電動(dòng)汽車領(lǐng)域的燃料電池與超級(jí)電容的搭配。如果從系統(tǒng)級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)控制策略方面來講，包括單層混合結(jié)構(gòu)，這種目前可能會(huì)稍微多一點(diǎn)，是直接組合兩種儲(chǔ)能技術(shù)，通過簡(jiǎn)單控制策略實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)功能的分配。包括我們應(yīng)該更深入一點(diǎn)，是引入多層控制架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)整體的供應(yīng)調(diào)配。當(dāng)然，這個(gè)分類還比較粗糙，比如說1C和0.25C也可以說是一種混合儲(chǔ)能，包括構(gòu)網(wǎng)型、跟網(wǎng)型也可以屬于混合儲(chǔ)能一個(gè)分類，這是比較寬泛的。
目前混合儲(chǔ)能應(yīng)用存在的幾方面問題：第一，初始投資成本高而且成本分?jǐn)傠y。因?yàn)榛旌蟽?chǔ)能是至少兩種及以上技術(shù)，必然是初期硬件成本顯著高于單一混合儲(chǔ)能成本，而且鋰離子電池的成本越來越低，所以更傾向于選擇單一儲(chǔ)能成本更低的鋰電方案。同時(shí)，兩種混合儲(chǔ)能的方式，因?yàn)檎w的壽命差異比較大，在統(tǒng)一模型量化折舊成本的時(shí)候，在立項(xiàng)前期算精評(píng)的時(shí)候，整個(gè)計(jì)算精度比較差，所以影響最終的投資決策。第二，盈利模式不清晰。雖然說混合儲(chǔ)能不管是調(diào)頻也好，調(diào)峰也好，正常來講同一時(shí)段進(jìn)行調(diào)頻功能或調(diào)峰功能，按理說收益應(yīng)該是固定的，但實(shí)際上在某些市場(chǎng)里，比如說在同一時(shí)段9-10點(diǎn)，既進(jìn)行了調(diào)峰也進(jìn)行了調(diào)頻，但這時(shí)候申報(bào)市場(chǎng)的時(shí)候只能申報(bào)其中一項(xiàng)，所以整個(gè)市場(chǎng)分時(shí)復(fù)用計(jì)價(jià)規(guī)則還需要進(jìn)行進(jìn)一步完善。
技術(shù)復(fù)雜性挑戰(zhàn)也分為幾個(gè)方向：第一，動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)難題。混合儲(chǔ)能需要根據(jù)場(chǎng)景需求分解功率波動(dòng)，但信號(hào)分解算法依賴主觀參數(shù)設(shè)定，容易導(dǎo)致容量冗余或不足。此外，多時(shí)間尺度調(diào)控容易引發(fā)設(shè)備響應(yīng)沖突，需要分層控制策略優(yōu)化。第二，壽命管理與狀態(tài)評(píng)估。不同儲(chǔ)能技術(shù)的老化機(jī)制差異比較大，磷酸鐵鋰6000次，超級(jí)電容上萬次、十幾萬次，整個(gè)老化機(jī)制差異比較顯著，難以精準(zhǔn)量化混合系統(tǒng)的整體壽命衰退。第三，控制策略復(fù)雜度高?；旌蟽?chǔ)能需要通過EMS實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)功率分配，但設(shè)備間通信延遲、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜等，增加了整個(gè)的控制復(fù)雜程度。
產(chǎn)業(yè)鏈與標(biāo)準(zhǔn)不完善，不同設(shè)備儲(chǔ)能有單體的標(biāo)準(zhǔn)，但集成的時(shí)候，兼容之后放在一起看的時(shí)候，標(biāo)準(zhǔn)目前還沒有特別完善。同時(shí)，安裝環(huán)境要求差異大，雖然說也比較簡(jiǎn)單，飛輪是考慮地理位置，電化學(xué)需要考慮環(huán)境溫度等，但這方面也增加了項(xiàng)目規(guī)劃的難度。另外，在并網(wǎng)調(diào)度、設(shè)備準(zhǔn)入、安全規(guī)范等方面，雖然單一的儲(chǔ)能形式都有標(biāo)準(zhǔn)，但針對(duì)混合儲(chǔ)能這種形式，還缺乏一個(gè)統(tǒng)一的要求。
應(yīng)用場(chǎng)景局限與推廣阻力，剛剛專家講的案例可以看出來，混合儲(chǔ)能是“一場(chǎng)一案”定制化設(shè)計(jì)，不像磷酸鐵鋰方案相對(duì)非常成熟，方案標(biāo)準(zhǔn)化程度也比較高，混合儲(chǔ)能基本上是結(jié)合用戶的應(yīng)用需求進(jìn)行定制化方案設(shè)計(jì)。另外，目前可靠性方面尚未得到廣泛驗(yàn)證，投資方多持觀望態(tài)度，對(duì)電網(wǎng)方面也沒有明確的要求，所以進(jìn)一步延緩?fù)茝V。
結(jié)合以上的內(nèi)容，儲(chǔ)能容量配置方面比較粗放，有些儲(chǔ)能場(chǎng)站是為了混合而混合，1+1并不是大于2的效果。兩種儲(chǔ)能控制、調(diào)配都是單獨(dú)來進(jìn)行運(yùn)行，對(duì)于容量如何去分配，結(jié)合應(yīng)用需求，結(jié)合全生命周期成本分析，這方面沒有做到實(shí)際的分析過程，所以整個(gè)儲(chǔ)能容量配置方法，A+B，A是多少、B是多少，這塊沒有明確的配置方法。
在此基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)單分享一下，我們這邊混合型儲(chǔ)能一些優(yōu)化配置方案的研究。我們結(jié)合了兩個(gè)典型的應(yīng)用場(chǎng)景，第一個(gè)是適用于集中式風(fēng)電光伏電站場(chǎng)景的混合型儲(chǔ)能耦合方案，另外也提到了一個(gè)共享模式的混合型儲(chǔ)能耦合方案。
136號(hào)文發(fā)布之后，整個(gè)儲(chǔ)能行業(yè)的發(fā)展偏向于高質(zhì)量發(fā)展的方向，更加傾向于方案定制化選擇，結(jié)合業(yè)主的實(shí)際應(yīng)用需求，定制化儲(chǔ)能方案，特別是混合儲(chǔ)能，肯定是“一場(chǎng)一方案”。結(jié)合定制化方案的需求，最開始需要考慮的是容量配置，選用哪兩種儲(chǔ)能方式，以及哪種儲(chǔ)能采用多少容量，這是我們今天和大家分享的一些內(nèi)容。
第一，平抑風(fēng)電場(chǎng)波動(dòng)的儲(chǔ)能優(yōu)化配置研究。因?yàn)轱L(fēng)電出力呈現(xiàn)不規(guī)則變化趨勢(shì)，而且波動(dòng)幅度比較大，特別是反調(diào)峰特性。儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景可以實(shí)現(xiàn)平抑風(fēng)電波動(dòng)的應(yīng)用需求。整個(gè)混合儲(chǔ)能A+B兩種形式容量配置的核心邏輯原則，是根據(jù)儲(chǔ)能設(shè)備的特性匹配不同時(shí)間尺度的波動(dòng)，通過優(yōu)化算法來實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性與可靠性的平衡。因此分為幾個(gè)主要步驟：第一個(gè)步驟，分解風(fēng)電功率的波動(dòng)，把波動(dòng)、幅頻特性通過算法分解成高頻和低頻風(fēng)量，高頻是秒、分鐘級(jí)，低頻風(fēng)量是小時(shí)到季節(jié)級(jí)，以應(yīng)對(duì)不同風(fēng)電出力的場(chǎng)景特性。通過算法將原始功率曲線分解為不同頻率的波動(dòng)分量以后，第二步是按儲(chǔ)能特性進(jìn)行一個(gè)初步的容量分配。比如說高頻波動(dòng)特點(diǎn)是毫秒級(jí)響應(yīng)，適合處理風(fēng)速突變的應(yīng)用場(chǎng)景，容量邏輯是需要覆蓋高頻波動(dòng)的最大功率和持續(xù)時(shí)間，容量會(huì)比較小。低頻波動(dòng)特點(diǎn)是能量密度高，適合平滑小時(shí)級(jí)波動(dòng)或季節(jié)性調(diào)峰，這個(gè)邏輯是需覆蓋長(zhǎng)時(shí)間的能量缺口，容量較大。
簡(jiǎn)單舉例來講，我們把高頻、低頻分解完之后，兩個(gè)能量比，比如說100：1，簡(jiǎn)單通過總?cè)萘烤陀幸粋€(gè)100：1的容量分配，這是一個(gè)初始的容量分配，容量分配之后，再考慮倍率的選擇。假如采用鋰電池，大部分處理的是分鐘+小時(shí)的波動(dòng)，這時(shí)候粗糙來說，比如說0.5C是比較合理的，因?yàn)?小時(shí)的系統(tǒng)，既能兼顧應(yīng)用場(chǎng)景需求，同時(shí)還能兼顧壽命需求，不因?yàn)楦哳l調(diào)用而導(dǎo)致鋰電池的壽命損耗，所以說選擇0.5C比高倍率1C會(huì)更加合適。如果選擇超級(jí)電容，處理高頻波動(dòng)需求，它本身因?yàn)閴勖脖容^長(zhǎng)，只考慮需要功率缺口即可。第三步，結(jié)合優(yōu)化算法進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，在滿足波動(dòng)平抑要求，比如說1分鐘波動(dòng)不超過3MW，這是并網(wǎng)的需求，最小整個(gè)儲(chǔ)能成本。所以結(jié)合前面初期分布的能量，再結(jié)合后續(xù)的成本控制算法，最后精確下來A和B兩個(gè)儲(chǔ)能能量的配置。
先進(jìn)行風(fēng)電功率幅頻特性分析，并網(wǎng)平滑目標(biāo)功率分配，儲(chǔ)能平抑功率的分配，結(jié)合儲(chǔ)能容量配置及經(jīng)濟(jì)性評(píng)估，實(shí)現(xiàn)A和B兩種混合儲(chǔ)能容量的配比。最終我們算了一下鋰離子單一的，包括加超級(jí)電容的，包括加飛輪的，包括加超導(dǎo)磁的幾種方案，進(jìn)行一個(gè)成本和收益的計(jì)算，我們自己找了一個(gè)案例。結(jié)論：首先是可以實(shí)現(xiàn)平抑風(fēng)電場(chǎng)出力波動(dòng)，另外是可以大大降低整體的儲(chǔ)能成本。
第二個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景，參與AGC調(diào)頻服務(wù)的儲(chǔ)能優(yōu)化配置。因?yàn)閼?yīng)用場(chǎng)景不太一樣，最終目標(biāo)函數(shù)不一樣，對(duì)于AGC調(diào)頻服務(wù)來講，重點(diǎn)的特點(diǎn)是需要快速精準(zhǔn)瞬時(shí)，吞吐量比較大，最終性能指標(biāo)是考慮調(diào)節(jié)速率、調(diào)節(jié)精度和響應(yīng)時(shí)間，綜合K值的綜合指標(biāo)。我們選擇了鉛酸、全釩、鋰離子三種電池來實(shí)現(xiàn)計(jì)算。這個(gè)計(jì)算和剛剛說的功率平抑算法有什么特點(diǎn)區(qū)分，主要是幾個(gè)方向，主要是應(yīng)用場(chǎng)景不太一樣，整個(gè)的算法不太一樣，比如說分解方法，AGC調(diào)頻，我們講的這個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景，主要是考慮多階段動(dòng)態(tài)響應(yīng)策略，功率平抑主要考慮滑動(dòng)平均濾波+小波包分解，算法不太一樣。另外，優(yōu)化目標(biāo)，應(yīng)用場(chǎng)景和優(yōu)化目標(biāo)必然要結(jié)合在一起，第一個(gè)AGC是調(diào)頻里程收益最大化，KP值提升，這是應(yīng)用場(chǎng)景的需求，對(duì)于功率頻率來講，是棄風(fēng)率降低，以及波動(dòng)率并網(wǎng)的需求達(dá)標(biāo)。所以說，雖然兩種第一步都是要通過功率分解來實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能容量的分配，但核心差異在于應(yīng)用場(chǎng)景需求來驅(qū)動(dòng)的方法不一樣。
第三種方案，輔助火電機(jī)組調(diào)峰的儲(chǔ)能優(yōu)化配置?；痣娬{(diào)峰主要是填補(bǔ)火電機(jī)組的出力缺口，提升靈活性，時(shí)間尺度往往是小時(shí)級(jí)的能量缺口，主要儲(chǔ)能類型，鋰電池主導(dǎo)，比如說超級(jí)電容做輔助，主要優(yōu)化的方向是要調(diào)峰收益最大化以及降低火電機(jī)組煤耗，這是火電機(jī)組調(diào)峰的優(yōu)化方向。
這是我們自己擬定的一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景，針對(duì)火電機(jī)組調(diào)峰做了一個(gè)優(yōu)化的配置規(guī)劃模型，目標(biāo)函數(shù)是考慮削峰填谷、調(diào)峰補(bǔ)償、新能源消納、環(huán)境、裝備投資、維護(hù)成本、峰谷差、調(diào)峰、荷電狀態(tài)、充放電率以及倍率性能等。幾個(gè)場(chǎng)景雖然有所區(qū)別，但整體基本思路是類似的。
我們選擇了鉛碳鋰離子+鈉離子，針對(duì)火電機(jī)組調(diào)峰的儲(chǔ)能優(yōu)化配置，選擇了幾個(gè)方案，給出了最優(yōu)功率、最優(yōu)容量，包括初始SOC以及成本收益的計(jì)算情況。
再給大家分享一下共享混合型儲(chǔ)能電站的優(yōu)化配置方案研究。共享儲(chǔ)能也可以稱為云儲(chǔ)能，它和我們剛剛講的一個(gè)主要區(qū)別點(diǎn)在于，因?yàn)樵苾?chǔ)能相當(dāng)于把整個(gè)儲(chǔ)能的資源進(jìn)行一個(gè)站端的聚合，是聚合能量管理平臺(tái)一樣的概念，也類似于虛擬電廠。它和我們剛剛講的“一場(chǎng)址一建設(shè)”的方案，最大的區(qū)別在于并網(wǎng)系統(tǒng)點(diǎn)和比如說風(fēng)電場(chǎng)或者火電廠這種應(yīng)用需求點(diǎn)，在物理上，位置是分離的，所以說可能會(huì)引發(fā)電網(wǎng)調(diào)度偏差、功率傳輸損耗以及穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)。直接影響包括幾個(gè)方向，包括比如說波動(dòng)傳遞延遲，因?yàn)樵苾?chǔ)能是在另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)，和當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)是不一樣的，可能跨節(jié)點(diǎn)調(diào)度指令滯后，調(diào)頻效率下降。比如說功率傳輸損耗，因?yàn)椴⒕W(wǎng)線不在一個(gè)點(diǎn)，線路損耗大概是5%，降低儲(chǔ)能的利用率。另外，節(jié)點(diǎn)電壓耦合干擾，遠(yuǎn)端儲(chǔ)能可能無法直接補(bǔ)償本地電壓的異常。還有調(diào)度信號(hào)同步性，不同控制協(xié)議導(dǎo)致指令沖突。最后是市場(chǎng)機(jī)制矛盾，比如說調(diào)用的云儲(chǔ)是在另外一個(gè)地市，本地儲(chǔ)能的電價(jià)和輔助服務(wù)收益假如還不一樣，整個(gè)分配有沖突。這是云儲(chǔ)能和本地建設(shè)儲(chǔ)能方案的主要方向的區(qū)別。
整個(gè)容量配置方案，容量分配，需求是向本地高功率+云端高能量的一個(gè)重構(gòu)方法，當(dāng)然，不一定是本地高功率，也可以完全通過云儲(chǔ)能來實(shí)現(xiàn)調(diào)用。包括設(shè)備部署位置，常規(guī)的本地混合方案，云儲(chǔ)能是節(jié)點(diǎn)分離的特點(diǎn)，打破了本地限制，云端資源池化共享。容量分配，結(jié)合需求，云端和本地的分配。相應(yīng)特性，本地肯定時(shí)間更加快速一點(diǎn)，云端可能靈活性會(huì)稍微慢一點(diǎn)，但云端的好處是全局資源利用率提升會(huì)高一點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)耦合風(fēng)險(xiǎn)，云端可能是需要補(bǔ)償3%-5%左右的跨節(jié)點(diǎn)損耗，本地沒有這個(gè)問題。經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)，云端可能整體投資成本相比本地會(huì)有所降低。
結(jié)合云儲(chǔ)能的應(yīng)用背景，假如采用云儲(chǔ)能的方式，采用混合儲(chǔ)能配置方案，我們給出了幾個(gè)典型的應(yīng)用場(chǎng)景，內(nèi)容大同小異，也就是目標(biāo)函數(shù)、目標(biāo)條件稍微有點(diǎn)區(qū)別，整個(gè)方法思路還是類似的。
第一個(gè)是面向風(fēng)電場(chǎng)的儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化配置，通過租賃的形式，包括能量型和功率型，采用優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，整個(gè)基本流程也類似。我們對(duì)比了鋰電池+超級(jí)電容，是混合云儲(chǔ)能，包括單一云儲(chǔ)能鋰電池，以及本地建設(shè)的混合儲(chǔ)能，鋰電池+超級(jí)電容，以及本地建設(shè)的單一儲(chǔ)能，給出了一個(gè)容量功率配置初始SOC的建議，以及整體的用戶群體成本?？梢钥闯鰜?，混合云儲(chǔ)能可以減少前期的租賃成本，對(duì)整體的投資建設(shè)成本優(yōu)化比較好。
用戶側(cè)，和剛剛比較類似，考慮到用戶側(cè)負(fù)荷類型眾多，而且是通過電量繳納費(fèi)用，僅提供電量的租賃服務(wù)。目標(biāo)函數(shù)就發(fā)生了一些變化，方法類似，結(jié)果目標(biāo)函數(shù)發(fā)生了變化，從電網(wǎng)購(gòu)電費(fèi)用到向儲(chǔ)能電站繳納服務(wù)費(fèi)，這是典型的成本最優(yōu)。約束條件，包括電功率的平衡約束，以及用戶使用共享儲(chǔ)能電站充放電功率的約束，以及荷電狀態(tài)連續(xù)性約束，充放電功率包括平衡，最后一個(gè)是連續(xù)性，作為約束條件去計(jì)算得到容量配置方法。
我們給了四個(gè)典型方案，鋰電池、超級(jí)電容、單一的，這是日負(fù)荷的平均曲線，包括考慮購(gòu)電成本、光伏、用戶的負(fù)荷以及租賃負(fù)荷的情況。用戶側(cè)群體租賃混合云儲(chǔ)能時(shí)，群體成本最高，證明了混合儲(chǔ)能與云儲(chǔ)能的優(yōu)越性，這是一個(gè)簡(jiǎn)單的方案分析。
以上是我整體的分享內(nèi)容，我也順便再簡(jiǎn)單介紹一下江蘇省電力設(shè)計(jì)院。江蘇省電力設(shè)計(jì)院是“三宗甲”的設(shè)計(jì)院，以工程承接為主，以設(shè)計(jì)為龍頭，2024年江蘇省整個(gè)儲(chǔ)能規(guī)模大力發(fā)展，全年建設(shè)了大約450萬的儲(chǔ)能規(guī)模，江蘇院承擔(dān)了70%以上的設(shè)計(jì)+總承包工程，為江蘇省的儲(chǔ)能發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。希望江蘇省電力設(shè)計(jì)院有機(jī)會(huì)和各位同仁進(jìn)行后續(xù)的深層次合作。
謝謝大家！
