液流電池隨著混合儲(chǔ)能應(yīng)用快速滲透
分類：前沿資訊
- 作者：中和儲(chǔ)能
- 發(fā)布時(shí)間：2024-12-10
【概要描述】目前規(guī)模最大的全釩液流與磷酸鐵鋰混合型儲(chǔ)能項(xiàng)目——新華烏什50萬千瓦/200萬千瓦時(shí)構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能項(xiàng)目第一臺(tái)220kV主變壓器已完成試驗(yàn)準(zhǔn)備，標(biāo)志著項(xiàng)目設(shè)備交付的關(guān)鍵時(shí)刻即將到來。
隨著技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用場(chǎng)景拓展，混合儲(chǔ)能應(yīng)用潛力日益凸顯，正逐步成為能源存儲(chǔ)領(lǐng)域的重要發(fā)展方向之一。近期，工信部發(fā)布《新型儲(chǔ)能制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)方案（征求意見稿）》，提出鼓勵(lì)結(jié)合應(yīng)用需求探索開發(fā)多類型混合儲(chǔ)能技術(shù)。
混合儲(chǔ)能系統(tǒng)通過采用兩種或兩種以上具有不同性能特點(diǎn)的儲(chǔ)能技術(shù)組合，以提高系統(tǒng)整體性能?；旌蟽?chǔ)能系統(tǒng)誕生的背景是，目前還沒有單一的儲(chǔ)能解決方案可以包打天下，混合儲(chǔ)能通過互補(bǔ)性能強(qiáng)、功能多、風(fēng)險(xiǎn)分散和綜合效率高等優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)“1+1>2”的效果，因此備受業(yè)內(nèi)關(guān)注。2022年，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局印發(fā)的《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》也提到，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。
當(dāng)前，以鋰電池為代表的電化學(xué)儲(chǔ)能儲(chǔ)存時(shí)間短，容量規(guī)模等級(jí)較小，難以應(yīng)對(duì)長(zhǎng)時(shí)間（周、月、年）尺度下新能源出力與負(fù)荷需求的電量不平衡問題，需要采用大容量、長(zhǎng)周期的儲(chǔ)能技術(shù)，提升系統(tǒng)新能源消納能力。通過將長(zhǎng)短周期儲(chǔ)能聯(lián)合應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的多時(shí)間尺度電力電量平衡，促進(jìn)新能源的高效消納，有潛力成為支撐新型電力系統(tǒng)低碳發(fā)展和安全可靠運(yùn)行的核心調(diào)節(jié)資源。因此，亟需開展面向新能源消納的長(zhǎng)短周期混合儲(chǔ)能的優(yōu)化配置、協(xié)同控制以及能量管理技術(shù)研究，以充分發(fā)揮長(zhǎng)短周期混合儲(chǔ)能之間的互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，滿足未來電力系統(tǒng)清潔、安全、高效等多方面需求。
合理的優(yōu)化配置是長(zhǎng)短周期混合儲(chǔ)能優(yōu)化調(diào)控運(yùn)行的前提，能夠提升電力系統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)定性，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高經(jīng)濟(jì)效益，并促進(jìn)能源的可持續(xù)發(fā)展。然而儲(chǔ)能設(shè)備種類多樣，在性能參數(shù)、成本效益、環(huán)境影響、市場(chǎng)需求和技術(shù)成熟度等方面差異顯著，需要根據(jù)不同的場(chǎng)景需求并綜合上述差異特征選擇合適的儲(chǔ)能設(shè)備，且同一種儲(chǔ)能設(shè)備也存在不同的功率/容量規(guī)?？梢赃x擇。此外，新能源接入電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)、電氣位置及地理分布也對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的選址提出了更高的要求。因此，長(zhǎng)短周期混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置主要涉及3個(gè)方面：選型、選址和定容。
針對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化配置軟件和平臺(tái)的開發(fā)，國(guó)內(nèi)外已有多個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了嘗試并取得了一定的成果，但仍存在功能單一且操作復(fù)雜、模型的普適性和適應(yīng)性不足、技術(shù)集成和創(chuàng)新能力有待提升等問題，未來的儲(chǔ)能優(yōu)化配置平臺(tái)開發(fā)應(yīng)注重提升功能的綜合性和適應(yīng)性，增強(qiáng)技術(shù)集成和創(chuàng)新能力，提供更加準(zhǔn)確、高效和便捷的儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化配置服務(wù)，推動(dòng)儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。
圖1 長(zhǎng)短周期混合儲(chǔ)能協(xié)同控制策略分類
能量管理在長(zhǎng)短周期混合儲(chǔ)能系統(tǒng)中同樣扮演著至關(guān)重要的角色，其核心任務(wù)是在遵循各類運(yùn)行約束條件的基礎(chǔ)上，充分考慮各類儲(chǔ)能的工作特性、循環(huán)壽命以及耐久性限制，結(jié)合源荷預(yù)測(cè)和調(diào)節(jié)需求，合理分配各儲(chǔ)能單元的輸出功率。目前，按照實(shí)現(xiàn)方式可以分為基于系統(tǒng)規(guī)則、基于優(yōu)化算法和基于智能算法等三大類能量管理技術(shù)。
圖2 能量管理技術(shù)相關(guān)優(yōu)化算法
政策引導(dǎo)下，混合儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)不斷提速，多個(gè)項(xiàng)目并網(wǎng)投運(yùn)。目前混合儲(chǔ)能市場(chǎng)主要以“磷酸鐵鋰+”模式為主，今年以來，“磷酸鐵鋰+液流”和“磷酸鐵鋰+飛輪”在混合儲(chǔ)能市場(chǎng)表現(xiàn)出加速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。根據(jù)CESA儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)顯示，在1-10月的混合儲(chǔ)能裝機(jī)項(xiàng)目中，磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能的投運(yùn)功率規(guī)模占比達(dá)76.22%，位居第一；液流電池功率占比為18.79%，排名第二；而飛輪儲(chǔ)能占比為3.57%，排名第三，這表明，混合儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用將更加突出長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用和功率支撐。
液流電池儲(chǔ)能作為長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能技術(shù)之一，與抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能等相比，液流電池具有配置靈活、建設(shè)周期短、系統(tǒng)效率更高等特點(diǎn)，與目前主要應(yīng)用的鋰電池相比，液流電池具有大容量、更高安全性和長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能等特點(diǎn)。
此外，在2小時(shí)內(nèi)的儲(chǔ)能市場(chǎng)中，鋰電池技術(shù)成熟且成本較低；然而，超過2小時(shí)后，鋰電池的成本逐漸增加，在性價(jià)比方面不如液流電池，因此，液流電池和鋰電池的組合在混合儲(chǔ)能市場(chǎng)上蓬勃發(fā)展。
在示范建設(shè)項(xiàng)目中，“磷酸鐵鋰+全釩液流電池”的混合儲(chǔ)能站建設(shè)項(xiàng)目數(shù)量最多。除了全釩液流電池外，鋰電池+鐵鉻液流電池、鋅溴液流電池+磷酸鐵鋰儲(chǔ)能等項(xiàng)目也加速進(jìn)入示范階段。
在2024年4月至5月，內(nèi)蒙古發(fā)布了兩批電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立新型儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，其中有16個(gè)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能項(xiàng)目，其中10個(gè)采用了混合儲(chǔ)能技術(shù)，其中包含液流電池儲(chǔ)能的項(xiàng)目就有8個(gè)。
最近，國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能項(xiàng)目，也是目前規(guī)模最大的全釩液流與磷酸鐵鋰混合型儲(chǔ)能項(xiàng)目——新華烏什50萬千瓦/200萬千瓦時(shí)構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能項(xiàng)目取得了新進(jìn)展。第一臺(tái)220kV主變壓器已完成試驗(yàn)準(zhǔn)備，標(biāo)志著項(xiàng)目設(shè)備交付的關(guān)鍵時(shí)刻即將到來。該項(xiàng)目總裝機(jī)容量為500MW/2GWh，包括250MW/1GWh磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能和250MW/1GWh全釩液流電池儲(chǔ)能，儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)為4小時(shí)。
今年以來，在政策、資本和技術(shù)等多重因素的助推下，液流電池在電網(wǎng)調(diào)頻市場(chǎng)加速滲透，與鋰電池等能量型儲(chǔ)能技術(shù)組合，在混合儲(chǔ)能市場(chǎng)迅速落地。未來儲(chǔ)能應(yīng)用將朝著多場(chǎng)景、多技術(shù)路線和多元化方向發(fā)展，綜合優(yōu)化儲(chǔ)能成本和性能將是當(dāng)前和未來電力系統(tǒng)儲(chǔ)能布局的重點(diǎn)方向，通過混合儲(chǔ)能，充分利用不同儲(chǔ)能技術(shù)的長(zhǎng)處，將在新型電力系統(tǒng)建設(shè)中發(fā)揮更大的支撐作用。
部分?jǐn)?shù)據(jù)來源：趙波，林達(dá)，陳哲，杜凱健，章雷其，劉敏，張雪松(國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，杭州 310004)DOI：10.20121/j.2097-2784.ntps.240007、《中國(guó)能源報(bào)》