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国家能源集团低碳院缪平:产业政策是发展储能的重要推动力

北极星储能网  来源:中关村储能产业技术联盟    2020/11/13 9:03:43  我要投稿  

北极星储能网讯:大规模储能是低碳能源发展的必然技术途径,配置大规模储能可提升可再生能源并网友好性,显著提高其消纳利用水平。要让储能行业健康发展,要从能源理论、能源技术、产业政策和金融手段四个维度进行创新发展。我国电力市场尚未市场化,产业政策是发展储能的重要推动力,近几年无论国家层面还是地方政府层面都出台了一系列的储能政策,相信随着这些储能政策的落地和实施,我国储能将会得到长足的发展。

——国家能源集团北京低碳研究院院长助理缪平

2020年11月11日,中国能源研究会年会2020-储能分论坛在北京成功举办。本次论坛由中国能源研究会主办,中国能源研究会储能专业委员会、中关村储能产业技术联盟联合承办,会议主题聚焦“储能创新应用促进多源融合发展”。国家能源集团北京低碳研究院院长助理缪平作了“能源清洁低碳发展趋势下的储能支撑技术”主旨报告。

缪平:大家上午好!今天我报告的题目是“能源清洁低碳发展趋势下的储能支撑技术”,将从以下几个方面跟大家探讨:

一是发展低碳清洁能源技术,推进能源革命

刚才吴总也提到了,在第75届联合国大会上,中国已经郑重承诺,将采取更加有力的政策和措施,力争在2030年碳排放达到峰值,努力争取在2060年达到碳中和。我国做出这个承诺是有底气的,在“十二五”之前我们国家大力发展能源,解决了能源供应问题。到了“十二五”和“十三五”期间进行了能源消费、供给、技术和体制的革命。通过这些年的努力,我国的能源革命取得了令世界瞩目的成就,我国的非化石能源发展速度和投资力度都引领全球,这些成就为我们实现2030年和2060年的碳排放目标打下了扎实的基础。与此同时,我们也看到,我们国家能源结构还没有完成根本的转型,还有一些深层次的矛盾和问题需要解决。例如,在目前电力市场当中,火电的主体能源作用依然十分显著,占我国电力结构的59%左右,非化石能源发展还有很大空间,这也说明我国可再生能源资源潜力巨大,目前已经开发利用的风电、光伏只有潜在资源的一成左右。

但是,新能源随机性、波动性较大,发电出力无法按需控制;新能源高渗透率的电网不能很好满足负荷需求,导致电网稳定性降低;而电力系统发、输、用电瞬时完成,需时刻保持平衡。在这种情况下配置大规模储能可以提升可再生能源并网友好性,显著提高可再生能源的消纳利用水平。

要让储能这个行业健康发展,需要在能源理论、能源技术、产业政策上进行创新,还要用好金融手段。

从制度层面来讲,产业政策是储能发展的重要动力。尤其是目前我国整个电力市场还没有完全开放和市场化,所以可以说政府层面的产业政策掌握着储能产业的命运。今年,无论是在国家层面还是在地方政府层面都出台了一系列的鼓励储能的政策,我相信随着这些储能政策的落地和实施,我国的储能事业将会得到长足的发展。

能源技术在不断发展,从集中式向分布式、数字化和氢能发展。在能源技术革命的各个阶段中,储能扮演着重要的角色,同时储能本身的技术也在不断向前发展,从单纯的储能发展到分布式储能、大容量储能和长时氢储能等。

通过“多能源+储能”可以形成碳平衡的生态系统。在这个生态系统中,风电、光伏、水电、火电和氢能及储能相融合,衍生出一个“互助、互融、互生、不会相克”的五行能源生态系统。传统的火电,化工、建筑、交通运输等产业,都可以和可再生能源、氢能、储能等新兴的产业结合起来,产生新的增长动力。

从能源技术创新的角度来看,我们需要研究开发一系列能源前沿技术,包括低成本的新能源技术、低成本的储能技术、高效电解制氢技术、大数据与区块链技术、控制与软件技术等等,目的是要实现储能成本大幅降低、储能系统安全可靠以及储能控制系统的智能化。

二、可再生能源发电侧储能关键技术。

储能技术百花齐放,多种多样,到底选择什么样的储能技术,要根据需求来确定,即根据储能的规模、储能时长来确定用什么样的储能技术。

储能技术要有一个评价的标准体系,可以从五个维度来进行评价:第一,安全性是储能技术评价第一要素。储能规模比较大,电池电堆数量多,比较集中,控制起来比较复杂,投资也比较大,所以千万不能发生安全事故;第二是成本。储能成本一直是企业需要考量的最重要的一个部分,储能全生命周期的度电成本和里程成本是考察储能经济性的重要指标;第三,资源可持续利用性。储能是个资源密集型的行业,储能的载体是化学物质,比如说锂、锰、钴、镍、钒,这些化学物质,资源是有限的。所以,考虑电化学储能时,也要考虑这些物质是否可以持续或循环利用。第四是环境友好性。第五,当然要考量储能系统的性能,比如容量、功率、循环效率、寿命、放电深度等因素,需要根据应用场景来进行适宜的配置。

储能技术主要包括这几大块:物理储能、化学储能、电化学储能、储热储能。目前以抽水蓄能占比最大,电化学储能发展最迅猛。目前主流的电化学储能技术路线包括锂离子电池、液流电池、铅酸电池。

这里做了一个简单的对比,从锂电池、铅酸电池、氢燃料电池、全钒液流电池的对比当中,我们认为锂电池占有统治性的地位,它的技术比较成熟,加上动力电池迅猛发展,公众和市场对锂电池接受度高,锂电池未来依然会是整个电化学储能当中具有统治地位的技术。全钒液流电池具有比较好的安全性和比较长的循环寿命,资源友好性比较好。在未来,全钒液流电池可以在大规模储能中占有一席之地。从安全性来看,全钒液流电池(这里主要指的是高功率的全钒液流电池),它的安全性比锂电池要好,这两种电池的规模各有各的应用场景。从成本来讲,这两种电池储能的度电成本和投资成本未来都会大幅度下降。寿命方面是全钒液流电池比锂电池要好一些,但是在能量密度和效率方面,锂电池占有比较大的优势。所以这两种电池各具优势,新一代的全钒液流电池更加适合于高安全、大规模、长寿命、长时间的充放电和可再生能源的应用场景。

下面说说梯次电池储能。对梯次电池储能,业界可能有不同的声音,在我看来,无论是什么样的电池,只要它具有经济性,只要它是安全的,有适用的应用场景,就有它的江湖地位。低碳院为国家能源集团内部的风光储项目开发了梯次电池储能系统,采用了多簇并联技术, 可以实现梯次电池高能量利用率,同时在寿命、成本、安全等方面采取一系列优化设计,比如,采用磷酸铁锂动力电池,降低成本;根据电池∆SOC进行模组间功率分配,减缓电池衰减;根据梯次电池的特性,优化容量/功率配置、充放电倍率;采用主控均衡BMS,改善电池的一致性;采用模块化结果,减低木桶效应,提高能量利用率;采用多级保护、故障预测、系统热管理、预警应急以及自动消防等措施,大大提升系统的安全性

简单谈一下氢储能。氢能和储能是低碳院的的两大技术发展方向。将这两个结合起来,我们正在探讨氢储能的技术可行性。氢储能可以实现可再生电、氢、化工协同发展。在欧洲大约有一百多个项目在实施,其中九十多个项目正在运行,现在业界普遍认为P2G(电制氢、电制化学品)是大容量长周期可再生能源弃电消纳的优选方案。氢储能有两个特点,一是功率与能量解耦,成本与储能容量关系不大;二是跨能源领域储能,成本不受存储时间的约束。我们低碳院承担了一个国际合作专项,用可再生能源电力通过SOEC将二氧化碳和水进行共电解制氢或甲烷(甲醇)等化学品。氢储能技术还处于起步阶段,还有很多技术难点需要突破,比如,高温联合电解项目中的SOEC技术,我们跟丹麦进行合作,丹麦在这方面是全球领先,但是也没有到百千瓦级别,还需要在材料、工艺、系统集成和控制方面下大功夫。

除了刚才讲的各种电池的储能技术外,储能系统还需要辅助或者配套的技术,我们也必须要重视,这些配套技术包括拓扑结构、PCS、EMS等。电池储能系统的拓扑结构决定了电池储能应用的电气规模和性能。作为连接电池组和电网的储能功率变换器,是电池储能的重要组成部分,是实现两者之间能量双向交换的桥梁。低碳院开发的PCS关键技术,采用最优的电路拓扑结构、控制策略和参数设置,可实现多种运行模式及相互之间无缝切换、多个PCS模块并联运行、多储能系统的SOC控制等。在可再生能源储能联合发电系统中,通过优化能量管理技术,达到可再生能源发电最大化消纳和提高发电质量的目的。在我们低碳院的园区内,有一个光储氢充纳网平台,实现了光伏削峰、光储一体化、储能削峰、储能备用、储能充电、电动车对电网、光伏充电、储能制氢、氢能备用、加氢等10种功能。

此外还有储能调度和优化配置技术也值得大家注意。储能可以单独与负荷配合,也可以和新能源进行配合。未来的储能应与新能源与负荷曲线叠加后形成的净负荷进行匹配,从而充分发挥系统整体运行的经济优势。配置储能系统应充分考虑不同时间尺度应用场景需求,如满足安全性、可调容量、响应速度等指标要求,还要考虑投资经济性和运行收益。现在一些地方政府出台的政策有配置10%-20%储能的要求,这具有一定的经济合理性。

最后,我们低碳院正在和我们集团内部兄弟单位合作,近期内规划几个储能示范项目,主要是通过这些示范项目的实施来验证国家能源集团开发的新一代全钒液流电池储能技术和梯次电池储能技术的在新能源发电测应用。

我就讲到这里,谢谢大家!


原标题:国家能源集团低碳院缪平:产业政策是发展储能的重要推动力

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