8月22-24日，由充換電百人會(huì)、中國(guó)充電樁網(wǎng)、中國(guó)風(fēng)光儲(chǔ)網(wǎng)、聯(lián)聯(lián)充電、國(guó)家電投&融和元儲(chǔ)、充電聯(lián)盟等單位聯(lián)合主辦，上海賀勵(lì)展覽有限公司、上海賀勵(lì)商務(wù)咨詢有限公司承辦的2022中國(guó)國(guó)際光儲(chǔ)充產(chǎn)業(yè)大會(huì)&2022中國(guó)國(guó)際社區(qū)充電產(chǎn)業(yè)大會(huì)，簡(jiǎn)稱：金磚光儲(chǔ)充論壇&金磚社區(qū)充電論壇在常州香格里拉大酒店順利召開。本屆大會(huì)設(shè)置“論壇峰會(huì)+展示臺(tái)展示”，既有企業(yè)細(xì)致入微的分析，也有行業(yè)專家為市場(chǎng)發(fā)展提出的設(shè)想與方案，助力落實(shí)國(guó)家提出的“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)要求，積極助力構(gòu)建“雙循環(huán)”新發(fā)展格局。
國(guó)網(wǎng)江蘇綜合能源服務(wù)有限公司 儲(chǔ)能及產(chǎn)品事業(yè)部技術(shù)總監(jiān) 王駿出席論壇并發(fā)表主題演講——《新型儲(chǔ)能技術(shù)比較與重力儲(chǔ)能技術(shù)探討》 。
以下為演講實(shí)錄：
王駿：各位同仁，下午好。我是來自國(guó)網(wǎng)江蘇綜合能源服務(wù)有限公司儲(chǔ)能及產(chǎn)品事業(yè)部，今天跟大家分享的議題是“新型儲(chǔ)能方案比較與重力儲(chǔ)能技術(shù)探討”。
我的議題分四個(gè)部分。
首先是政策市場(chǎng)分析，前面好多老師已經(jīng)介紹過了，我不再贅述。著重講一下市場(chǎng)，在當(dāng)前這個(gè)利好政策的推動(dòng)下，目前的儲(chǔ)能市場(chǎng)正在積極探索“新能源 + 儲(chǔ)能”模式。
2021年7月國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局發(fā)布《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見》中明確，到2025年，實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能裝機(jī)的規(guī)模將達(dá)到3000萬千瓦以上，接近當(dāng)前新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模的10倍。
在具體政策上，2021年截止到目前，對(duì)于新能源發(fā)電項(xiàng)目，共有20省要求配置儲(chǔ)能系統(tǒng)，配置比例基本不低于10%，其中有一些省份部分達(dá)到20%。配置時(shí)間大部分為2個(gè)小時(shí)，其中河北市場(chǎng)化并網(wǎng)規(guī)模項(xiàng)目要求達(dá)到3個(gè)小時(shí)。
著重說一下江蘇的政策：江蘇發(fā)改委印發(fā)《省發(fā)改委關(guān)于我省2021年光伏發(fā)電項(xiàng)目市場(chǎng)化并網(wǎng)有關(guān)事項(xiàng)的通知》。文件指出，2021年江蘇省長(zhǎng)江以南地區(qū)新建光伏發(fā)電項(xiàng)目原則上按照功率8%及以上比例配建調(diào)峰能力、時(shí)長(zhǎng)兩小時(shí)；長(zhǎng)江以北地區(qū)原則上按照功率10%及以上比例配建調(diào)峰能力、時(shí)長(zhǎng)兩小時(shí)。儲(chǔ)能設(shè)施運(yùn)行期內(nèi)容量衰減率不應(yīng)超過20%，交流側(cè)效率不應(yīng)低于85%，放電深度不應(yīng)低于90%，電站可用率不應(yīng)低于90%。
這是我們?cè)?021年統(tǒng)計(jì)下來，全國(guó)已經(jīng)投運(yùn)的電力儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)的裝機(jī)規(guī)模是41.6個(gè)GW，其中抽水蓄能最多，，新型儲(chǔ)能項(xiàng)目的累計(jì)裝機(jī)規(guī)模為5.7GW，新增裝機(jī)規(guī)模是2.4GW。預(yù)計(jì)未來5年，我國(guó)新型儲(chǔ)能新增裝機(jī)將超過73GW，到2026年累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)到79.5GW，約為2021年的14倍。
在應(yīng)用場(chǎng)景上，主要是新能源配儲(chǔ)能，剛才看到政策上多個(gè)省份已經(jīng)明確了新能源配儲(chǔ)的要求，獨(dú)立儲(chǔ)能場(chǎng)站一站多用的共享模式是有望同時(shí)滿足發(fā)電側(cè)和電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能的需求。另外，獨(dú)立儲(chǔ)能場(chǎng)站未來有望通過調(diào)頻輔助服務(wù)和容量租賃，來進(jìn)一步增加盈利渠道。隨著電力市場(chǎng)逐步完善，新型儲(chǔ)能也會(huì)快速進(jìn)入到規(guī)模化的發(fā)展階段。
下面對(duì)目前主流的儲(chǔ)能技術(shù)方案進(jìn)行比較。
從儲(chǔ)能技術(shù)分，大類上分為物理儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)能，物理儲(chǔ)能是通過物理變化將能量?jī)?chǔ)存起來，可分為機(jī)械儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能等，化學(xué)儲(chǔ)能是通過化學(xué)變化將能量?jī)?chǔ)存于物質(zhì)中，可分為電化學(xué)儲(chǔ)能、氫儲(chǔ)能等其他類化學(xué)儲(chǔ)能。
目前儲(chǔ)能行業(yè)處于各項(xiàng)技術(shù)共同發(fā)展的階段，還沒有能夠形成絕對(duì)優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)能技術(shù)。這張表展示的是11種主流儲(chǔ)能技術(shù)的技術(shù)參數(shù)及優(yōu)缺點(diǎn)，各種儲(chǔ)能技術(shù)在其功率、放電時(shí)間、響應(yīng)速度、效率、使用壽命、環(huán)境特性以及成本性能方面均有不同的表現(xiàn)。通過參考這些信息可以對(duì)不同儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行比較并根據(jù)儲(chǔ)能周期與應(yīng)用場(chǎng)景選擇適用技術(shù)。
首先，化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)全面高速發(fā)展，電化學(xué)儲(chǔ)能具備高可控性、高模塊化程度、能量密度大、響應(yīng)速度快、轉(zhuǎn)換效率高、建設(shè)周期短、使用范圍廣等優(yōu)勢(shì)，主要運(yùn)用于光、風(fēng)發(fā)電等波動(dòng)較大的可再生能源發(fā)電側(cè)、中小型智能變電站和用電側(cè)，但是各類電池，包括像鉛酸電池、鈉硫電池、鋰離子電池、液流電池容量成本偏高、存在環(huán)境污染問題。技術(shù)路線上，新增裝機(jī)中鋰離子電池比重超90%，鉛蓄電池其次，主要應(yīng)用于用戶側(cè)。
氫儲(chǔ)能技術(shù)適用于大規(guī)模儲(chǔ)能和長(zhǎng)周期能量調(diào)節(jié)，但目前還是存在關(guān)鍵材料與核心部件依賴進(jìn)口、可靠性和耐久性與國(guó)外產(chǎn)品差距大、效率低等問題，氫儲(chǔ)能技術(shù)有望在可再生消納、電網(wǎng)削峰填谷、用戶冷熱電氣聯(lián)供等場(chǎng)合實(shí)現(xiàn)推廣應(yīng)用。
電儲(chǔ)能的特點(diǎn)是響應(yīng)快、比功率高等優(yōu)勢(shì)，適用于瞬時(shí)停電、電力低頻振蕩等應(yīng)用場(chǎng)景，更多應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)電壓波動(dòng)較為敏感的精密制造或者是電力調(diào)頻領(lǐng)域。但是，目前超導(dǎo)磁儲(chǔ)能及超級(jí)電容器均因造價(jià)高昂，迄今尚未大規(guī)模進(jìn)入市場(chǎng)，技術(shù)可行性與經(jīng)濟(jì)價(jià)值將是電磁儲(chǔ)能系統(tǒng)未來發(fā)展面臨的重大挑戰(zhàn)。
機(jī)械儲(chǔ)能具有壽命長(zhǎng)、環(huán)境影響小、安全系數(shù)高等顯著特點(diǎn)，比較適用于電力調(diào)峰、調(diào)頻及電能質(zhì)量改善。但是目前飛輪儲(chǔ)能的成熟度還是有待提高；抽水蓄能以及壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)等主要應(yīng)用于大電網(wǎng)的輸配電環(huán)節(jié)；抽水蓄能是應(yīng)用最廣泛、最成熟的儲(chǔ)能技術(shù)，然而僅有儲(chǔ)存容量相對(duì)大的電站才是經(jīng)濟(jì)可行的，而且限制技術(shù)規(guī)模化應(yīng)用的另一原因在于抽水蓄能系統(tǒng)對(duì)地理?xiàng)l件的要求高且損耗較大。相比之下，重力儲(chǔ)能度電成本低、選址靈活，同時(shí)具有容量大、零自放電率、放電深度高等優(yōu)勢(shì)，值得進(jìn)一步研究。
下面著重跟各位專家探討一下重力儲(chǔ)能技術(shù)相關(guān)的產(chǎn)品。
重力儲(chǔ)能技術(shù)原理你可以把它想象成是個(gè)小型的抽需能，它利用光伏或者是風(fēng)電富余的電量，通過電機(jī)提升重力磚塊，將輸入電能以重力勢(shì)能的形式儲(chǔ)存起來，待電網(wǎng)或用戶需要用電時(shí)再將重物放下，由磚塊下降帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行，將之前儲(chǔ)存的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為電能送出。整個(gè)充放電過程，由人工智能算法系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)或用戶需求，實(shí)現(xiàn)設(shè)施儲(chǔ)能、供能全程自動(dòng)運(yùn)作。
核心技術(shù)上面，重力儲(chǔ)能塔融合了高級(jí)軌跡計(jì)算、應(yīng)用計(jì)算機(jī)視覺、材料科學(xué)、廢棄物封存技術(shù)、專有系統(tǒng)設(shè)計(jì)等相關(guān)技術(shù)，具備了一定的技術(shù)壁壘：
（1） 重力儲(chǔ)能的控制系統(tǒng)與人工智能算法。
（2） 超高建筑的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。這個(gè)超高建筑主要指的重力儲(chǔ)能構(gòu)筑物的高度，基本上要在100米以上。
（3） 大宗固廢資源化利用的質(zhì)量塊制備方法與工藝。
（4） 高效低耗的儲(chǔ)能系統(tǒng)布置與集成方法。
（5） 關(guān)鍵核心設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與裝備制造。
說到重力儲(chǔ)能塔的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，首先它由模塊化的儲(chǔ)能單元構(gòu)成，可以根據(jù)實(shí)際需求來調(diào)整設(shè)施儲(chǔ)能規(guī)模。它的設(shè)施一般是在50-150系，單個(gè)儲(chǔ)能也就是1兆瓦時(shí)的占地面積小于200平。
作為新型儲(chǔ)能設(shè)施，它的儲(chǔ)能規(guī)模和輸出功率可靈活配置，儲(chǔ)能設(shè)施的容量可以高達(dá)數(shù)GWh，可以作不同的功率放電2-12個(gè)小時(shí)。
這是我們重點(diǎn)說明的，重力儲(chǔ)能可以彌補(bǔ)新型電力系統(tǒng)的低慣量特征。
說到新型電力系統(tǒng)的低慣量特征，我們通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可以知道：
隨著新能源發(fā)電比例的提升和煤電機(jī)組退出運(yùn)行，電力系統(tǒng)低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量特征將日趨明顯，因?yàn)槌Ｒ?guī)發(fā)電機(jī)組在向系統(tǒng)注入電能的同時(shí)還注入了巨大的慣性動(dòng)能。
但在電網(wǎng)發(fā)生功率缺額故障初始時(shí)刻，系統(tǒng)的慣性動(dòng)能是抑制頻率下降唯一動(dòng)力。新能源機(jī)組包括直流輸電系統(tǒng)可以替代煤電發(fā)電量，但不能提供系統(tǒng)必須的慣性動(dòng)能（J=0)。因此，在大量煤電機(jī)組退出系統(tǒng)運(yùn)行后，會(huì)因慣性動(dòng)能支撐不足而導(dǎo)致頻率失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)劇增。
重力儲(chǔ)能與其他新型儲(chǔ)能技術(shù)最大的不同是，其與抽水蓄能一樣利用具有轉(zhuǎn)軸的機(jī)械設(shè)備 (同步發(fā)電機(jī)、渦輪機(jī)、感應(yīng)發(fā)電機(jī)等) 來實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。因此當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)可迅速響應(yīng)負(fù)荷變化、釋放轉(zhuǎn)子動(dòng)能，阻止頻率發(fā)生突變，為系統(tǒng)重建功率平衡爭(zhēng)取時(shí)間。這對(duì)于未來的新能源電力系統(tǒng)來說，是非常寶貴的。
同時(shí)它還能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供必須的自動(dòng)調(diào)頻、調(diào)壓服務(wù)，特別是它突出的動(dòng)態(tài)無功支撐能力，它也能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供寶貴的短路容量支撐。
重力儲(chǔ)能系統(tǒng)中使用最多的產(chǎn)品是儲(chǔ)能質(zhì)量塊，如東項(xiàng)目?jī)?chǔ)能塊的總體質(zhì)量超過25萬噸。它可以利用固體廢棄物，如建筑垃圾、工業(yè)固廢、渣土等廢棄物作為原料來制備儲(chǔ)能塊。由于重力儲(chǔ)能項(xiàng)目的主要原材料為固體廢棄物，因此造價(jià)相比于化學(xué)儲(chǔ)能、抽水蓄能較低。
度電成本是儲(chǔ)能方案比選的評(píng)估因素之一。因?yàn)槟壳爸亓?chǔ)能在國(guó)內(nèi)沒有建設(shè)的案例，使用它在國(guó)外建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的數(shù)據(jù)與抽水蓄能、電池儲(chǔ)能項(xiàng)目數(shù)據(jù)比較。從項(xiàng)目建設(shè)成本上看，重力儲(chǔ)能項(xiàng)目的初始建設(shè)投資較低，其平準(zhǔn)化度電成本（LCOS）僅為0.05美元/千瓦時(shí)，大大低于其他兩類儲(chǔ)能形式的平準(zhǔn)化度電成本，（鋰電儲(chǔ)能、抽水儲(chǔ)能、EV重力儲(chǔ)能的度電成本分別為1.16、0.67、0.26元/度（即1800、1040、40美元/萬度），EV重力儲(chǔ)能成本優(yōu)勢(shì)顯著）。
關(guān)于產(chǎn)品具體解決方案，經(jīng)歷了兩代演變。
最左側(cè)是一代產(chǎn)品，主要由主要由定制磚、六臂支撐起重機(jī)、電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)、傳感器、控制軟件組成。
中間和右側(cè)是二代產(chǎn)品，二代產(chǎn)品是一代產(chǎn)品的優(yōu)化升級(jí)版本。
跟一代產(chǎn)品相比較而言，它具有以下特性：
（1） 平臺(tái)高度比塔式設(shè)計(jì)產(chǎn)品低約40%；
（2） 往返效率約 85%-90%，略低于EV1系統(tǒng)；
（3） 35年以上的存儲(chǔ)介質(zhì)零退化壽命，優(yōu)于 EV1 系統(tǒng)；
（4） 適應(yīng)惡劣條件及較高環(huán)境工作溫度，無化學(xué)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)；
（5） 移動(dòng)物料依托于本地的可持續(xù)供應(yīng)鏈； （6） 滿足更高功率和自定義持續(xù)時(shí)間 (2-4 小時(shí)或 4-12+小時(shí)) 的需求；
（7） 使用先進(jìn)的算法系統(tǒng)控制設(shè)施運(yùn)行，更具穩(wěn)定性和安全性。
下面這個(gè)是商業(yè)示范項(xiàng)目，這是一代產(chǎn)品在2020年完成的5MWh的示范項(xiàng)目，目前實(shí)現(xiàn)了與瑞士國(guó)家電網(wǎng)的并網(wǎng)。
談到未來的規(guī)劃，國(guó)外的項(xiàng)目像西弗吉尼亞州的約翰阿莫斯燃煤發(fā)電廠，目前利用光伏電站+重力儲(chǔ)能設(shè)施替代現(xiàn)有的化石燃料電站。它的二氧化硫、二氧化氮和二氧化碳年減排量分別為：5265噸、6285噸和1501萬噸。
這是位于迪拜的穆罕默德本拉希德阿爾馬克圖姆太陽能公園，為設(shè)計(jì)規(guī)模為5GW光伏電站配合建造1GWh的彈性能源設(shè)施，實(shí)現(xiàn)了太陽能光伏電廠的24h不間斷供電。
國(guó)內(nèi)的規(guī)劃構(gòu)想主要是為西部大型新能源發(fā)電站提供配套的儲(chǔ)能系統(tǒng)（像內(nèi)蒙古卓資縣風(fēng)光互補(bǔ)電站、新疆哈密風(fēng)力電站、敦煌光熱電站）。
國(guó)內(nèi)重力儲(chǔ)能項(xiàng)目拓展：國(guó)內(nèi)除了如東100MWh 重力儲(chǔ)能項(xiàng)目，中國(guó)天楹也在跟蹤江陰、阜陽、伊蘭等地重力儲(chǔ)能項(xiàng)目落地情況。
西北區(qū)域是我國(guó)重要的新能源基地，預(yù)計(jì)到2022年西北電網(wǎng)的新能源裝機(jī)將超過1.7億千瓦。重力儲(chǔ)能由于具有功率大、效率高、壽命長(zhǎng)、選址不受限等優(yōu)勢(shì)適用于西部可再生能源的大規(guī)模消納利用。重力儲(chǔ)能塔可以作為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模“西電東送”靈活調(diào)節(jié)能源的重要選項(xiàng)。
最后是項(xiàng)目示范。
如東項(xiàng)目重力儲(chǔ)能容量100MWh，發(fā)電功率26MW，它儲(chǔ)存100MWh電力對(duì)應(yīng)的重力勢(shì)能約是4200億個(gè)焦耳。，按照總體能量損耗15%來算，需要約324000噸的重物作為儲(chǔ)能模塊，共計(jì)12000塊。
如東項(xiàng)目的總投資是3.6個(gè)億，其中建筑工程的費(fèi)用是20個(gè)億，也就是說它的土建費(fèi)用占了絕大部分，設(shè)備購置費(fèi)用是1.4個(gè)億。
選定項(xiàng)目的占地總面積大概是14萬平方米，其中（構(gòu)）筑物占地面積7萬平米左右。
這是如東GESS示范工程效果圖，可以看到是一個(gè)全鋼結(jié)構(gòu)可拓展的型式。
這是項(xiàng)目的建設(shè)周期，預(yù)定為20個(gè)月，預(yù)計(jì)在2022年年底之前投產(chǎn)。
我的分享就到這里，謝謝大家！
（注：本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)速記整理，未經(jīng)演講嘉賓審閱，僅作為參考資料，請(qǐng)勿轉(zhuǎn)載?。?/span>
