未來,新型電力系統(tǒng)將是以新能源為主體的電力系統(tǒng),但大規(guī)模地接入具有波動性、間歇性的新能源,將使新型電力系統(tǒng)呈現(xiàn)出高新能源占比、高電力電子化兩個特點,安全穩(wěn)定性受到影響。儲能是解決這些問題的一個很好的手段,能為電網(wǎng)提供靈活性支撐、提供慣量,將重塑電力系統(tǒng)“多端互動、超級融合”的物理形態(tài)。
近幾年,隨著風電、光伏“平價上網(wǎng)”時代的到來,中國新能源裝機占比已發(fā)展到關(guān)卡數(shù)字節(jié)點,儲能也因此得以快速發(fā)展。
隨著可再生能源裝機規(guī)??焖僭鲩L,電力系統(tǒng)對各類調(diào)節(jié)性資源需求迅速增長,新型儲能項目加速落地,裝機規(guī)模持續(xù)快速提升。
國家能源局數(shù)據(jù)顯示,截至2023年6月底,全國已建成投運新型儲能項目累計裝機規(guī)模超過17.33GW/35.8GWh,平均儲能時長2.1小時。2023年1-6月,新投運裝機規(guī)模約8.63GW/17.72GWh,相當于此前歷年累計裝機規(guī)??偤汀?/p>
儲能平價是各類技術(shù)競逐的焦點
目前,風光新能源已經(jīng)步入平價上網(wǎng)時代,但平價上網(wǎng)不等于平價利用,要實現(xiàn)新能源發(fā)電的平價利用,儲能平價上網(wǎng)是必須翻越的大山。對此,協(xié)鑫集團董事長朱共山認為,光伏平價的下一站是鋰電平價、儲能平價、光儲同壽。天合光能董事長高紀凡也曾表示,“我們的目標是能夠讓儲能有30年以上的壽命,和光伏的壽命能夠同步。”
新型儲能技術(shù)路線保持著多元化發(fā)展趨勢,最為成熟的鋰電池儲能以94%以上的份額占據(jù)絕對主導地位,全釩液流電池儲能占1.1%、壓縮空氣儲能占1.0%、鉛酸(炭)電池儲能占0.9%,各類新型儲能技術(shù)總體呈現(xiàn)多元化快速發(fā)展態(tài)勢。
儲能平價的實現(xiàn)是跨入GWh時代的重大挑戰(zhàn)。對比靈活性資源的度電成本:火電靈活性改造(0.05-0.12元) < 抽水蓄能(0.21-0.3元) < 新型儲能鋰電池(0.4-0.6元),鋰電儲能成本仍然較高。對比各類新型儲能技術(shù)度電成本:鋰離子電池<全釩液流電池<鉛炭電池<壓縮空氣<鈉離子電池<鈉硫電池<氫儲能。
隨著電力現(xiàn)貨交易市場構(gòu)建提速,新型儲能技術(shù)要在新型電力系統(tǒng)中發(fā)揮更為重要的作用,勢必要與其它各類靈活性資源展開競爭,這場各類儲能技術(shù)之間的馬拉松式較量才剛剛開始。
電力儲能六大進化路線
要實現(xiàn)儲能平價,儲能行業(yè)必須走向規(guī)?;】蛋l(fā)展,并解決商業(yè)模式、安全穩(wěn)定性、平準化、度電成本LCOE等方面的難點。從技術(shù)角度,圍繞安全與降本,儲能產(chǎn)品的進化路線主要體現(xiàn)在大容量、長壽命、高效率、高安全、高度集成以及智能化等方面。
“大容量”方面,儲能行業(yè)繼續(xù)向高容量方向發(fā)展。280Ah已成為電力儲能電芯主流容量,今年下半年,預(yù)計將有中創(chuàng)新航、瑞浦蘭鈞、南都電源、?;履茉础⑿劳_等多家電池企業(yè)具備300Ah+電芯的批量交付能力。
基于300Ah+電芯,已有近20企業(yè)已先后發(fā)布了20尺5MWh+液冷儲能系統(tǒng)產(chǎn)品。10月26日,陽光電源更進一步,發(fā)布了新一代大型儲能系統(tǒng)PowerTitan2.0發(fā)布,是全球首個10MWh全液冷儲能系統(tǒng)。
儲能電站容量也發(fā)展為百MW級甚至GW級。10月11日,總投資30.5億元的300MW/1.2GWh電網(wǎng)側(cè)獨立儲能電站項目在河北張家口察北管理區(qū)正式開工建設(shè),該項目是當前國內(nèi)最大的電網(wǎng)側(cè)獨立化學儲能電站項目,儲能系統(tǒng)采用磷酸鐵鋰電池。
液流電池技術(shù)也同樣表現(xiàn)亮眼,全釩、鐵-鉻液流電池均已實現(xiàn)了兆瓦級應(yīng)用。在招標方面,繼中核匯能2022年發(fā)布1GWh全釩液流電池儲能系統(tǒng)采購公告后,2023年10月7日,國家電投發(fā)布的二〇二三年度儲能系統(tǒng)電商化采購招標公告中,也包括1GWh液流電池儲能系統(tǒng)采購需求。
“長壽命”方面,電芯循環(huán)壽命已突破萬次。中創(chuàng)新航314Ah電芯循環(huán)壽命提升至1.5萬次;遠景動力315Ah產(chǎn)品循環(huán)壽命達12000次;寧德時代在5月發(fā)布了全球首個零輔源光儲融合解決方案,該系統(tǒng)搭載了1.5萬次循環(huán)壽命的電芯,萬次以上的循環(huán)壽命在一天一次充放電的情況下使用壽命可達25年。
10月28日,緯景儲能投產(chǎn)了GWh級別液流電池工廠,還發(fā)布了使用壽命長達25年,在100% DOD(100%深度放電)下充放電循環(huán)超過30000次的鋅鐵液流電池新品。緯景儲能聯(lián)合創(chuàng)始人、董事長葛群還提出三年內(nèi)將儲能度電成本降低至0.2元。
“高效率”方面,業(yè)主招標要求中一般會寫到儲能效率要求不低于85%。如10月公布的江西華電宜豐雙峰黃崗風電項目15MW/15MWh磷酸鯉鐵電化學儲能系統(tǒng)采購招標,項目要求儲能系統(tǒng)整體效率≥86%,儲能系統(tǒng)(包含電池) 整體質(zhì)保5年。
5月30日,新疆自治區(qū)市場監(jiān)督管理局發(fā)布的《光伏電站儲能系統(tǒng)配置技術(shù)規(guī)范》征求意見稿中,針對儲能系統(tǒng)技術(shù)要求,提出鋰離子電池儲能系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率不應(yīng)低于92%,鉛炭電池儲能系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率不應(yīng)低于86%,液流電池儲能系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率不應(yīng)低于65%。
為了保持競爭力,儲能企業(yè)同樣在不斷追求更高效率。陽光電源在保持高系統(tǒng)效率的基礎(chǔ)上,解決簇間不平衡問題,Power Titan 2.0采用組串式PCS,以極簡的能量轉(zhuǎn)化拓撲耦合“一簇一PCS”的精細化能量管理理念,使得系統(tǒng)效率達到89.5%以上,且無簇間木桶效應(yīng),各電池簇充的滿放的完。
“高安全”方面,溫控及消防技術(shù)得到了快速發(fā)展。儲能溫控方面,液冷技術(shù)漸漸成為大型儲能系統(tǒng)的主流方案,進入大規(guī)模應(yīng)用階段。對比風冷,采用液冷系統(tǒng)電芯電芯溫差<3℃,提高了系統(tǒng)可靠性。GGII此前分析認為,液冷方案由于其潛力較大,市場滲透率或?qū)⒖焖偬嵘?025年市場占比將超過50%左右。
儲能消防方面,7月1日開始實施的《電化學儲能電站安全規(guī)范》將消防門檻顯著提高,儲能產(chǎn)業(yè)逐步邁向Pack級消防,以全氟己酮為代表的滅火劑以及PACK浸沒式消防系統(tǒng)成為趨勢,有望逐步取代七氟丙烷成為儲能主流消防方案。
“高度集成”方面,專業(yè)系統(tǒng)集成技術(shù)應(yīng)該是將電化學技術(shù)、電力電子技術(shù)和電網(wǎng)支撐技術(shù)深度融合的系統(tǒng)級產(chǎn)品,而不是簡單的“搭積木”。儲能系統(tǒng)集成商應(yīng)該具備產(chǎn)品思維,并對系統(tǒng)級產(chǎn)品進行充分的驗證、測試,最后才能交付給客戶。
江蘇林洋能源第一高級副總裁方壯志認為,儲能系統(tǒng)集成的趨勢在于:1.最大化消除熱失控風險;2.要消除各種并聯(lián);3.DC/AC能量變化的顆粒度,簇級是一個趨勢;4.電芯要有充分的均衡能力;5.加強對電網(wǎng)的支撐能力,除了直流側(cè),構(gòu)網(wǎng)型和交流側(cè)也非常重要。6.走向智能化和數(shù)字化。
“智能化”方面,儲能作為系統(tǒng)解決方案,在未來持續(xù)交易的情況下,要保障電站安全、穩(wěn)定、高效運行,讓業(yè)主產(chǎn)生最大價值和利益,就需要引進大量的數(shù)字化技術(shù),實現(xiàn)軟件和硬件結(jié)合。
EMS和BMS是儲能系統(tǒng)中主要的數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用地。儲能系統(tǒng)通過EMS參與電網(wǎng)調(diào)度、虛擬電廠調(diào)度、源網(wǎng)荷儲互動等。作為儲能系統(tǒng)的“大腦”,未來EMS核心競爭力主要在于軟件開發(fā)能力和能量優(yōu)化策略設(shè)計能力。
BMS擔任系統(tǒng)中的感知角色,主要功能是監(jiān)控電池儲能單元內(nèi)各電池運行狀態(tài),保障儲能單元安全運行。2023版國標《電力儲能用電池管理系統(tǒng)》(GB/T 34131-2023)已于10月1日正式實施,對電芯數(shù)據(jù)的采集進行了更為“精細化”和“科學化”的規(guī)定。BMS功能已由監(jiān)測、通訊、保護、顯示、存儲等基本功能,向電池系統(tǒng)安全診斷、長壽命運維、系統(tǒng)經(jīng)濟性指標診斷等高級功能方向發(fā)展。
儲能系統(tǒng)集成商也紛紛在電池設(shè)計、電網(wǎng)交互能力和數(shù)字化方面推出新技術(shù)。目前,海博思創(chuàng)在產(chǎn)品開發(fā)、技術(shù)迭代、項目管理、質(zhì)量追溯展開了全生命周期數(shù)據(jù)跟蹤;
遠景能源打造了EnOS智能物聯(lián)操作系統(tǒng),可實現(xiàn)儲能系統(tǒng)的安全管理、功率預(yù)測、電力交易等功能;
陽光電源儲能系統(tǒng)采用站級調(diào)度群控技術(shù),能量管理系統(tǒng)(EMS)的 POD 控制器基于采集 PCC 功率和頻率信息;
科陸電子的白澤儲能系統(tǒng)平臺涵蓋了全生命周期的服務(wù)體系,包括需求價值挖掘、ESS營運優(yōu)化、EPC過程服務(wù)、可追溯全景視圖、ESS可靠性分析、電站系統(tǒng)分析、調(diào)頻分析、日常SOX圖譜掃描及時發(fā)現(xiàn)短板電芯等。
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