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能建廣東院楚攀:基于數據驅動技術的儲能產業發展趨勢和未來預測

作者:中國儲能網新聞中心 來源:中國儲能網 發布時間:2019-05-22 瀏覽:
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中國儲能網訊:4月24-26日,由中國化學與物理電源行業協會儲能應用分會主辦的第九屆中國國際儲能大會在浙江省杭州市洲際酒店召開。在4月26日上午的“儲能電站與技術應用(四)“專場,中國能源建設集團廣東省電力設計研究院有限公司儲能技術中心主任楚攀在會上分享了主題報告《基于數據驅動技術的儲能產業發展趨勢和未來預測》,以下為演講實錄:

楚攀:感謝大會給我這個機會今天來給大家分享一下我的報告。這是我的報告題目“基于驅動技術的儲能產業發展趨勢和未來預測”,其實我不是做數據分析的,但是我統計了一些數據給大家看一下未來儲能會朝哪個方向來發展。

從國家戰略來看,這是國家發改委和能源局2016年頒布的《能源生產和消費革命戰略》,我摘抄了一些關鍵的點,根據這個革命戰略,我們的非化石能源要達到占比20%左右,非化石能源的發電量要達到50%,舉一些專家的測算,如果非化石能源的發電量要達到整個電力消費的50%的話,非化石能源的裝機將達到80%,就是說我們未來的光伏風電還有非常大的想象空間。

從全世界角度來看,這個是2015年的時候,右下角黃色之指可再生能源電力,在全球能源電力的結構19.3%,2016年增長到了24.5%,2017年繼續增長,增長到26.5%,但是2018年的數據暫時還沒出來,因為2018年的報告出的是2017年的數據,2019年出2018年的報告,暫時還沒有,但是我看了一下我們國家能源局的統計,大概中國可再生能源電力的占比已經達到了接近1/3,就是這個趨勢一直在增長,可再生能源的電力一直在增長,我們隨之配套儲能又是多少呢?大家可以稍微計算一下。

接下來看一下全球光伏的增長情況。這是過去10年的增長情況,數據來源是IEA國際能源署,數據還是比較權威的,大家看到增長非常快,我們一直以為這幾連光伏不是受到了一些打擊,只是政策上的,但是裝機容量增長很快,基本上呈現了指數級的增長。

(PPT)這是我們光伏裝機前十名的國家,最高是中國,然后是美國、日本、德國,做儲能的同仁可以比較清楚的知道,其實這幾個國家也是儲能市場最好的,所以我們最大的儲能市場還是在中國,海外也就是美國、日本、德國、意大利這些國家。

接下來這張是全球的風電裝機容量的增長,也是過去十年,其實也是很快速的在增長,曲線類似于指數增長吧。

看一下各個國家之間的占比,最大的還是中國,然后是美國、德國、印度、西班牙,這些國家也都是儲能,包括一些儲能+風電,光儲一體化項目最多的國家。這也是開拓的重要目標。

這是一個比較新的情況,是海上風電近十年的增長,大家可以看多,海上風電其實增長的也非常快,主要在歐洲,尤其在北歐。為什么我把這張圖拎出來呢,我是來自廣東省的,廣東省能源設計院,目前廣東的海上風電,包括江蘇、浙江的海上風電發展非常快,廣東省將在2030年建成3千萬千瓦的裝機容量,非常大,加上廣東省目前已有的光伏和路上風電,到2030年有可能有6千到7千萬的可再生能源的裝機,這樣的裝機下電網需要多少的儲能能量來進行配套,大家可以估算一下。

接下來換一個角度,從科學的角度來看。為什么呢?因為其實我們現在很多技術的最原始的驅動力都是從大學、研究所出來的。我們看一下論文數量的變化,這是從1976年到2019年整個風電領域論文每年發表數量的變化,大家可以看到,當論文快速增長的時候,基本上是處于指數增長的拐點,也是我們風電行業快速發展的時候,大概2007、2008年,增長速度非常快。這是光伏領域的,和風電的規律是類似的也是當論文快速增長的時候,在他指數增長曲線拐點的時候,也是光伏領域發展非常快的這些年份。其實很多時候我們這個領域的發展,很多事物的發展規律,大部分都是指數級的,包括一個公司營業額的增長,包括比如說微信用戶數的增長,我們做一個行業也是類似的,但是我們大部分人都是線性思維,所以我們看待一個行業要用指數型思維。我們再看儲能領域論文的變化趨勢,我感覺已經到了,像2018年、2019年已經到了指數增長快速變化的區域,未來很可能是一個快速增長的趨勢。

我統計了18182篇期刊論文的關鍵詞,分析一下目前儲能領域重點關注的是什么。大家可以看到關鍵詞很多,像蓄能器、儲能器、儲能系統,這些都是基礎概念類的詞。最后我統計了一下得出來關鍵的是這樣,未來需要我們關注的儲能技術和儲能發展方向,現有的就不說了,像鋰離子儲能,現在非常火了,這是現在的,我們要謀發展肯定要看未來,所以我們要看未來的趨勢,大概有這三個方面,從18000多篇論文的關鍵詞里總結出來的,超級電容、飛輪儲能、混合儲能系統。因為目前整個儲能領域,鋰離子儲能介紹的非常多,接下來我介紹一下飛輪儲能,最后再介紹一下混合儲能系統。

飛輪儲能大家也比較熟悉,其實是一種機械儲能方式,工作原理很簡單,能量計算公式就是這樣的,所以儲存多少能量就可以根據它的轉速非常容易的測算出來,就是說它的SOC是非常容易測定的,這點是相對于電化學最大的不同。這是它的一些核心模塊,目前做的比較好的飛輪儲能大概每分鐘可以到三四萬轉,它的日歷壽命大概20年,幾百萬次已經不足以描述了,只要你的金屬疲勞滿足安全就可以一直運轉。核心系統分為飛輪模塊、圖形用戶模塊、飛輪控制單元,最關鍵是磁力軸承技術,為了維持磁軸承減少它的能量消耗,還有對應的抽真空系統。

這是目前比較成熟的產品規格,單機功率450千瓦,大概能做15秒,目前這個也是我們廣東院做的混合儲能系統里面比較重要的裝備,后面會講到,我們用到了火電廠AGC調頻項目里。這個是150千瓦的,這個稍微小一,時長依然是15秒,這些都是非常成熟的產品,在國外大概已經用了1500—2000套。這個是目前正在研發的一些飛輪儲能產品,未來像后面容量最大的那個儲存電量有200千瓦時的儲能產品,它完成之后我覺得可能獨立承擔一些調頻任務,甚至是一些小型的調峰任務。

飛輪陣列系統的特點,時間關系不一一念了。總之,我覺得最好的一個特點就是它的SOC狀態是完全透明的,這點在調頻里,尤其是在火電廠聯合AGC的二次調頻是非常關鍵的對,SOC狀態的把握才知道你去響應指令該如何響應、能夠響應到什么深度。

這是飛輪儲能的核心技術,也不一一念了。核心優勢,長壽命、低成本、易回收,也是電力行業比較關注的幾點。

這個是飛輪儲能和鉛酸電池相比,從統計學的觀點來說,飛輪儲能系統做的UPS安全性是高于鉛酸電池的,大家可能覺得三元鋰不安全,甚至磷酸鐵鋰有時候也出問題,都覺得鉛酸夠安全了吧,實際鉛酸電池依然可能會發生一些事故,比如像左下角某個銀行的數據中心,由鉛酸電池做的UPS系統發生了火災,導致了2億人民幣的損失。

飛輪儲能應用的領域非常多,數據中心、醫院、賭場,包括機場,還有一些工業企業電子廠房,也可以用于應急電源車。這是比較有意思的,現在在地鐵的進出站能量回收方面,一般來說,大部分采用的都是這樣的技術消耗到了電能,用飛輪技術就可以把這個能量回收,投資回收期也比較好。

這個是能夠帶來的一些好處,我就不一一念了,其實用了論之后我們就不采用制動電阻了,這樣帶來的輔助效果是可以減少隧道內的熱量,還降低了空調的成本。

這是一個在國外應用的例子,在美國洛杉磯應用的例子,用飛輪儲能回收制動的能量,只回收了15%左右,雖然只回收了這么一點,沒有完全回收,大概5年的投資回收期,就可以把投資成本回收回來,按照飛輪的使用壽命,而且還有飛輪比較低的維護成本,大概后面還有15年左右的使用期,是非常好的商業模式。目前國內也有地鐵在做類似的項目,可能快的話2019年大家在沈陽看到這樣的項目。

接下來是在電力市場的應用,尤其是在電力輔助市場,電力輔助市場大家現在比較熟悉的,像一次調頻、二次調頻,包括機組靈活運行,二次調頻比較多,像在山西,最早是在山西做起來,第一可能是北京石景山,一次調頻主要集中在東三省區域,還有火電機組的靈活運行。

調頻的需求,這是二次調頻的需求,我們經過分析可以發現,全天的調頻需求基本上是符合正態分布,我們對它進行頻率分析,知道它的一個月中高頻分量占全部調頻分量的23%—36%,一天中的高頻分量到調頻中的30—40%。我們快速響應的調頻資源,像飛輪、鋰離子儲能都可以很好的改善。

我們針對不同的調頻需求再繼續分解,看看用什么樣的儲能技術去滿足這個需求。比如一次調頻,我們從頻率的觀點來看,就屬于一個極高頻的需求,目前的儲能技術可能就飛輪儲能、超級電容比較合適。二次調頻,可以分成高頻需求和部分低頻需求,高頻需求分飛輪儲能、超級電容、電化學,低頻需求分為電化學和小型壓縮空氣儲能。靈活運行,極低頻需求,分為小型壓縮空氣儲能、電鍋爐儲能。目前在東三省就有一些這樣的項目,尤其是一些熱電廠,在冬季的時候,電網需求沒那么大,讓你負荷上網越少越好,多上網反而罰款,所以現在東三省的電廠做了一些改造,就是把電轉化為熱,一些熱電廠都在改造,都需要供熱的時候再把這個熱量供應出去。大家可能覺得,尤其是搞這些能量品位的專家覺得不是浪費嘛,把高品位的變成低品位的,經濟上是可行的,這個商業模式目前在東三省是行得通的。

這是一次調頻,這是我們目前在做的一個項目,隨便拿一點數據來分享,大家也不要傳播。

一次調頻當它的頻率變動的時候,目前很多機組大家都很熟悉,自帶一次調頻能力,但是為了安全起見,為了機組的一體化,為了鍋爐穩定運行,很多一次調頻信號是不響應的,現在有一些區域的電網公司,他們對于你不響應一次調頻信號是有罰款的,如果我們能配上飛輪儲能。大家可以看到,頻率的變化是綠色這條線,突然跌落就需要我們的輸出功率來增加,最后達到頻率的平衡。深藍色的這條線是我們實際的處理,就是沒有配套飛輪儲能系統的時候的處理情況,這個是不達標的。如果我們配套了一定量的飛輪儲能系統,可以達到虛線的紫色線的情況,就達到了電網一次調頻各項參數的考核,就不會再罰款了。

二次調頻領域,剛剛我也介紹到了,二次調頻的需求可以分為高頻和低頻,高頻的時候其實我們是可以用飛輪儲能來做的,低頻鋰離子電池是比較合適的,為什么要這樣做呢?這就涉及到現在目前電化學聯合火電機組AGC調頻的一些問題,根據中國電科院的一些測試數據,基本上中國電科院他們把國內這些一線品牌的電池都測過,大概運行超過3個月以上,你的SOC的偏差可能就會超過10%,如果運行超過半年以上,你的SOC的偏差,鋰離子儲能的、磷酸鐵鋰,整個儲能系統的SOC偏差可能達到30%,大家知道在AGC調頻過程中,我們對整個鋰離子儲能系統是快速的頻繁的淺充淺放,雖然是淺充淺放但是次數非常多,一直沒有機會進行自己的校核,結果導致他的SOC狀態偏差越來越大,有可能運行一年之后不校正,你的SOC偏差達到了50%,這套系統就沒有辦法運行了。現在調度信號來了需要你放電,從SOC上看你還有電但是放不出來,或者從實際信號看能充電,實際上充不進去,不能響應調頻費用拿不到。現在在山西包括廣東的項目剛剛做,出現這種情況還比較少,廣東省第一個項目才剛剛幾個月。按照一些做的比較好的調頻情況,一天收益大概七八萬,如果你停一天就是七八萬的損失。

鋰離子調頻電站和飛輪儲能調頻電站,我覺得二者可以結合起來。飛輪儲能電站和鋰離子調頻電站結合起來以后形成混合儲能系統,就是我剛剛分布1.8多萬篇論文的時候研究的一個趨勢,讓飛輪儲能去響應整個調頻過程中頻率非常高的這一段,讓它去發揮大功率、短時間充放電的作用,承擔尖峰的處理,讓我們的電化學儲能系統承擔基礎部分的,減少我的充放電時候的倍率,提高安全性。另外一點,有了飛輪儲能系統的存在,當我不響應電網的調度信號的時候,其實可以把鋰離子電池里面的電充到飛輪儲能系統里面,這樣轉移看起來有一點能量效率的損失,可能損失10%幾,但是可以用這種方式對鋰離子儲能系統進行標定,就是說讓它的SOC會更加準確,這樣的話對它未來的運行也會提高幫助,整體來說還是會提升整個項目的收益能力的。

目前廣東省內的一個火電廠在做這樣的混合儲能調頻的系統,做成之后有可能在2019年,如果一切順利的話,包括調試各方面,必定是兩個不同的子系統,一個機械儲能、一個化學儲能要聯合運行,如果一切順利可能2019年會投入運行,到時候可能會是權利第一個,預計它的KP值的提升,會在單純的用鋰離子的基礎之上提高20%—30%。

(PPT)這是我對未來儲能技術發展趨勢的一個判斷,可能不準,請大家參考。

感謝大家,我的分享到此結束。

(本文根據演講錄音整理,未經演講人本人審核)

關鍵字:儲能大會

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