中國儲能網(wǎng)訊：3月23日，由中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦并聯(lián)合500余家機構共同支持的第十五屆儲能大會暨展覽會（簡稱“CIES2025”）在杭州國際博覽中心召開。
CIES大會以以“綠色、數(shù)智、融合、創(chuàng)新”為主題，針對儲能產(chǎn)業(yè)面臨的機遇與挑戰(zhàn)等重點、熱點、難點問題展開充分探討，分享可持續(xù)發(fā)展政策機制、資本市場、國際市場、成本疏導、智能化系統(tǒng)集成技術、供應鏈體系、商業(yè)模式、技術標準、示范項目應用案例、新產(chǎn)品以及解決方案的普及和規(guī)?；こ虘?。
在3月25日上午進行的混合儲能專場中，中國能源建設集團江蘇省電力設計院有限公司綜合能源工程公司工程技術部主任周冰做了題為《混合儲能技術應用現(xiàn)狀與案例分享》的主題報告演講。
周冰：各位同仁，大家上午好！非常高興有這個平臺和機會與大家進行交流和分享。今天分享的題目是混合儲能技術應用現(xiàn)狀與案例分享。
主要是三個方向：第一，混合儲能技術定義與分類；第二，混合儲能應用存在的問題；第三，混合型儲能優(yōu)化配置方案。
第一部分，混合儲能技術定義與分類。
內(nèi)容比較簡單，政策背景，是“十四五”新型儲能發(fā)展方案里明確提出，結(jié)合系統(tǒng)需求推動多種儲能技術聯(lián)合應用，開展復合型儲能試點示范。應用需求來講，現(xiàn)在新型電力系統(tǒng)越來越需要具備更短時間尺度響應能力和更長時間尺度支撐能力的靈活性調(diào)節(jié)資源的加持。隨著儲能電站的規(guī)模增大，也需要具備分時復用能力和分容量復用能力，所以混合儲能的出現(xiàn)是在這個政策背景和應用需求場景下提出來的技術需求。
混合儲能是指將兩種或多種互補的儲能技術集成到一個系統(tǒng)中，通過不同技術的協(xié)同作用，優(yōu)化整體性能、可靠性和經(jīng)濟性。核心在于結(jié)合能量型儲能和功率型儲能的特性，以應對復雜工況需求。比如說，鋰電池是持久能量，飛輪、超級電容是快速應對調(diào)峰的需求。
關于分類，按照技術路線，電化學+機械儲能，物理+化學儲能；如果說按照應用場景，可以分為應用于電網(wǎng)調(diào)頻、削峰填谷，包括如果是應用于交通領域，電動汽車領域的燃料電池與超級電容的搭配。如果從系統(tǒng)級拓撲結(jié)構控制策略方面來講，包括單層混合結(jié)構，這種目前可能會稍微多一點，是直接組合兩種儲能技術，通過簡單控制策略實現(xiàn)基礎功能的分配。包括我們應該更深入一點，是引入多層控制架構，實現(xiàn)整體的供應調(diào)配。當然，這個分類還比較粗糙，比如說1C和0.25C也可以說是一種混合儲能，包括構網(wǎng)型、跟網(wǎng)型也可以屬于混合儲能一個分類，這是比較寬泛的。
目前混合儲能應用存在的幾方面問題：第一，初始投資成本高而且成本分攤難。因為混合儲能是至少兩種及以上技術，必然是初期硬件成本顯著高于單一混合儲能成本，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能成本更低的鋰電方案。同時，兩種混合儲能的方式，因為整體的壽命差異比較大，在統(tǒng)一模型量化折舊成本的時候，在立項前期算精評的時候，整個計算精度比較差，所以影響最終的投資決策。第二，盈利模式不清晰。雖然說混合儲能不管是調(diào)頻也好，調(diào)峰也好，正常來講同一時段進行調(diào)頻功能或調(diào)峰功能，按理說收益應該是固定的，但實際上在某些市場里，比如說在同一時段9-10點，既進行了調(diào)峰也進行了調(diào)頻，但這時候申報市場的時候只能申報其中一項，所以整個市場分時復用計價規(guī)則還需要進行進一步完善。
技術復雜性挑戰(zhàn)也分為幾個方向：第一，動態(tài)協(xié)調(diào)難題?；旌蟽δ苄枰鶕?jù)場景需求分解功率波動，但信號分解算法依賴主觀參數(shù)設定，容易導致容量冗余或不足。此外，多時間尺度調(diào)控容易引發(fā)設備響應沖突，需要分層控制策略優(yōu)化。第二，壽命管理與狀態(tài)評估。不同儲能技術的老化機制差異比較大，磷酸鐵鋰6000次，超級電容上萬次、十幾萬次，整個老化機制差異比較顯著，難以精準量化混合系統(tǒng)的整體壽命衰退。第三，控制策略復雜度高?；旌蟽δ苄枰ㄟ^EMS實現(xiàn)動態(tài)功率分配，但設備間通信延遲、拓撲結(jié)構復雜等，增加了整個的控制復雜程度。
產(chǎn)業(yè)鏈與標準不完善，不同設備儲能有單體的標準，但集成的時候，兼容之后放在一起看的時候，標準目前還沒有特別完善。同時，安裝環(huán)境要求差異大，雖然說也比較簡單，飛輪是考慮地理位置，電化學需要考慮環(huán)境溫度等，但這方面也增加了項目規(guī)劃的難度。另外，在并網(wǎng)調(diào)度、設備準入、安全規(guī)范等方面，雖然單一的儲能形式都有標準，但針對混合儲能這種形式，還缺乏一個統(tǒng)一的要求。
應用場景局限與推廣阻力，剛剛專家講的案例可以看出來，混合儲能是“一場一案”定制化設計，不像磷酸鐵鋰方案相對非常成熟，方案標準化程度也比較高，混合儲能基本上是結(jié)合用戶的應用需求進行定制化方案設計。另外，目前可靠性方面尚未得到廣泛驗證，投資方多持觀望態(tài)度，對電網(wǎng)方面也沒有明確的要求，所以進一步延緩推廣。
結(jié)合以上的內(nèi)容，儲能容量配置方面比較粗放，有些儲能場站是為了混合而混合，1+1并不是大于2的效果。兩種儲能控制、調(diào)配都是單獨來進行運行，對于容量如何去分配，結(jié)合應用需求，結(jié)合全生命周期成本分析，這方面沒有做到實際的分析過程，所以整個儲能容量配置方法，A+B，A是多少、B是多少，這塊沒有明確的配置方法。
在此基礎上，簡單分享一下，我們這邊混合型儲能一些優(yōu)化配置方案的研究。我們結(jié)合了兩個典型的應用場景，第一個是適用于集中式風電光伏電站場景的混合型儲能耦合方案，另外也提到了一個共享模式的混合型儲能耦合方案。
136號文發(fā)布之后，整個儲能行業(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)主的實際應用需求，定制化儲能方案，特別是混合儲能，肯定是“一場一方案”。結(jié)合定制化方案的需求，最開始需要考慮的是容量配置，選用哪兩種儲能方式，以及哪種儲能采用多少容量，這是我們今天和大家分享的一些內(nèi)容。
第一，平抑風電場波動的儲能優(yōu)化配置研究。因為風電出力呈現(xiàn)不規(guī)則變化趨勢，而且波動幅度比較大，特別是反調(diào)峰特性。儲能應用場景可以實現(xiàn)平抑風電波動的應用需求。整個混合儲能A+B兩種形式容量配置的核心邏輯原則，是根據(jù)儲能設備的特性匹配不同時間尺度的波動，通過優(yōu)化算法來實現(xiàn)經(jīng)濟性與可靠性的平衡。因此分為幾個主要步驟：第一個步驟，分解風電功率的波動，把波動、幅頻特性通過算法分解成高頻和低頻風量，高頻是秒、分鐘級，低頻風量是小時到季節(jié)級，以應對不同風電出力的場景特性。通過算法將原始功率曲線分解為不同頻率的波動分量以后，第二步是按儲能特性進行一個初步的容量分配。比如說高頻波動特點是毫秒級響應，適合處理風速突變的應用場景，容量邏輯是需要覆蓋高頻波動的最大功率和持續(xù)時間，容量會比較小。低頻波動特點是能量密度高，適合平滑小時級波動或季節(jié)性調(diào)峰，這個邏輯是需覆蓋長時間的能量缺口，容量較大。
簡單舉例來講，我們把高頻、低頻分解完之后，兩個能量比，比如說100：1，簡單通過總?cè)萘烤陀幸粋€100：1的容量分配，這是一個初始的容量分配，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+小時的波動，這時候粗糙來說，比如說0.5C是比較合理的，因為2小時的系統(tǒng)，既能兼顧應用場景需求，同時還能兼顧壽命需求，不因為高頻調(diào)用而導致鋰電池的壽命損耗，所以說選擇0.5C比高倍率1C會更加合適。如果選擇超級電容，處理高頻波動需求，它本身因為壽命也比較長，只考慮需要功率缺口即可。第三步，結(jié)合優(yōu)化算法進行動態(tài)調(diào)整，在滿足波動平抑要求，比如說1分鐘波動不超過3MW，這是并網(wǎng)的需求，最小整個儲能成本。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兩個儲能能量的配置。
先進行風電功率幅頻特性分析，并網(wǎng)平滑目標功率分配，儲能平抑功率的分配，結(jié)合儲能容量配置及經(jīng)濟性評估，實現(xiàn)A和B兩種混合儲能容量的配比。最終我們算了一下鋰離子單一的，包括加超級電容的，包括加飛輪的，包括加超導磁的幾種方案，進行一個成本和收益的計算，我們自己找了一個案例。結(jié)論：首先是可以實現(xiàn)平抑風電場出力波動，另外是可以大大降低整體的儲能成本。
第二個應用場景，參與AGC調(diào)頻服務的儲能優(yōu)化配置。因為應用場景不太一樣，最終目標函數(shù)不一樣，對于AGC調(diào)頻服務來講，重點的特點是需要快速精準瞬時，吞吐量比較大，最終性能指標是考慮調(diào)節(jié)速率、調(diào)節(jié)精度和響應時間，綜合K值的綜合指標。我們選擇了鉛酸、全釩、鋰離子三種電池來實現(xiàn)計算。這個計算和剛剛說的功率平抑算法有什么特點區(qū)分，主要是幾個方向，主要是應用場景不太一樣，整個的算法不太一樣，比如說分解方法，AGC調(diào)頻，我們講的這個應用場景，主要是考慮多階段動態(tài)響應策略，功率平抑主要考慮滑動平均濾波+小波包分解，算法不太一樣。另外，優(yōu)化目標，應用場景和優(yōu)化目標必然要結(jié)合在一起，第一個AGC是調(diào)頻里程收益最大化，KP值提升，這是應用場景的需求，對于功率頻率來講，是棄風率降低，以及波動率并網(wǎng)的需求達標。所以說，雖然兩種第一步都是要通過功率分解來實現(xiàn)儲能容量的分配，但核心差異在于應用場景需求來驅(qū)動的方法不一樣。
第三種方案，輔助火電機組調(diào)峰的儲能優(yōu)化配置。火電調(diào)峰主要是填補火電機組的出力缺口，提升靈活性，時間尺度往往是小時級的能量缺口，主要儲能類型，鋰電池主導，比如說超級電容做輔助，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組煤耗，這是火電機組調(diào)峰的優(yōu)化方向。
這是我們自己擬定的一個應用場景，針對火電機組調(diào)峰做了一個優(yōu)化的配置規(guī)劃模型，目標函數(shù)是考慮削峰填谷、調(diào)峰補償、新能源消納、環(huán)境、裝備投資、維護成本、峰谷差、調(diào)峰、荷電狀態(tài)、充放電率以及倍率性能等。幾個場景雖然有所區(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，針對火電機組調(diào)峰的儲能優(yōu)化配置，選擇了幾個方案，給出了最優(yōu)功率、最優(yōu)容量，包括初始SOC以及成本收益的計算情況。
再給大家分享一下共享混合型儲能電站的優(yōu)化配置方案研究。共享儲能也可以稱為云儲能，它和我們剛剛講的一個主要區(qū)別點在于，因為云儲能相當于把整個儲能的資源進行一個站端的聚合，是聚合能量管理平臺一樣的概念，也類似于虛擬電廠。它和我們剛剛講的“一場址一建設”的方案，最大的區(qū)別在于并網(wǎng)系統(tǒng)點和比如說風電場或者火電廠這種應用需求點，在物理上，位置是分離的，所以說可能會引發(fā)電網(wǎng)調(diào)度偏差、功率傳輸損耗以及穩(wěn)定性風險。直接影響包括幾個方向，包括比如說波動傳遞延遲，因為云儲能是在另外一個節(jié)點，和當?shù)亟ㄔO是不一樣的，可能跨節(jié)點調(diào)度指令滯后，調(diào)頻效率下降。比如說功率傳輸損耗，因為并網(wǎng)線不在一個點，線路損耗大概是5%，降低儲能的利用率。另外，節(jié)點電壓耦合干擾，遠端儲能可能無法直接補償本地電壓的異常。還有調(diào)度信號同步性，不同控制協(xié)議導致指令沖突。最后是市場機制矛盾，比如說調(diào)用的云儲是在另外一個地市，本地儲能的電價和輔助服務收益假如還不一樣，整個分配有沖突。這是云儲能和本地建設儲能方案的主要方向的區(qū)別。
整個容量配置方案，容量分配，需求是向本地高功率+云端高能量的一個重構方法，當然，不一定是本地高功率，也可以完全通過云儲能來實現(xiàn)調(diào)用。包括設備部署位置，常規(guī)的本地混合方案，云儲能是節(jié)點分離的特點，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。相應特性，本地肯定時間更加快速一點，云端可能靈活性會稍微慢一點，但云端的好處是全局資源利用率提升會高一點。節(jié)點耦合風險，云端可能是需要補償3%-5%左右的跨節(jié)點損耗，本地沒有這個問題。經(jīng)濟性表現(xiàn)，云端可能整體投資成本相比本地會有所降低。
結(jié)合云儲能的應用背景，假如采用云儲能的方式，采用混合儲能配置方案，我們給出了幾個典型的應用場景，內(nèi)容大同小異，也就是目標函數(shù)、目標條件稍微有點區(qū)別，整個方法思路還是類似的。
第一個是面向風電場的儲能容量優(yōu)化配置，通過租賃的形式，包括能量型和功率型，采用優(yōu)勢互補，整個基本流程也類似。我們對比了鋰電池+超級電容，是混合云儲能，包括單一云儲能鋰電池，以及本地建設的混合儲能，鋰電池+超級電容，以及本地建設的單一儲能，給出了一個容量功率配置初始SOC的建議，以及整體的用戶群體成本?？梢钥闯鰜?，混合云儲能可以減少前期的租賃成本，對整體的投資建設成本優(yōu)化比較好。
用戶側(cè)，和剛剛比較類似，考慮到用戶側(cè)負荷類型眾多，而且是通過電量繳納費用，僅提供電量的租賃服務。目標函數(shù)就發(fā)生了一些變化，方法類似，結(jié)果目標函數(shù)發(fā)生了變化，從電網(wǎng)購電費用到向儲能電站繳納服務費，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，最后一個是連續(xù)性，作為約束條件去計算得到容量配置方法。
我們給了四個典型方案，鋰電池、超級電容、單一的，這是日負荷的平均曲線，包括考慮購電成本、光伏、用戶的負荷以及租賃負荷的情況。用戶側(cè)群體租賃混合云儲能時，群體成本最高，證明了混合儲能與云儲能的優(yōu)越性，這是一個簡單的方案分析。
以上是我整體的分享內(nèi)容，我也順便再簡單介紹一下江蘇省電力設計院。江蘇省電力設計院是“三宗甲”的設計院，以工程承接為主，以設計為龍頭，2024年江蘇省整個儲能規(guī)模大力發(fā)展，全年建設了大約450萬的儲能規(guī)模，江蘇院承擔了70%以上的設計+總承包工程，為江蘇省的儲能發(fā)展做出了巨大的貢獻。希望江蘇省電力設計院有機會和各位同仁進行后續(xù)的深層次合作。
謝謝大家！
