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能建广东院楚攀:基于数据驱动技术的储能产业发展趋势和未来预测

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国储能网 发布时间:2019-05-22 浏览:
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中国储能网讯:4月24-26日,由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会主办的第九届中国国际储能大会在浙江省杭州市洲际酒店召开。在4月26日上午的“储能电站与技术应用(四)“专场,中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司储能技术中心主任楚攀在会上分享了主题报告《基于数据驱动技术的储能产业发展趋势和未来预测》,以下为演讲实录:

楚攀:感谢大会给我这个机会今天来给大家分享一下我的报告。这是我的报告题目“基于驱动技术的储能产业发展趋势和未来预测”,其实我不是做数据分析的,但是我了一些数据给大家看一下未来储能会朝哪个方向来发展。

从国家战略来看,这是国家发改委和能源局2016年颁布的《能源生产和消费革命战略》,我摘抄了一些关键的点,根据这个革命战略,我们的非化石能源要达到占比20%左右,非化石能源的发电量要达到50%,举一些专家的测算,如果非化石能源的发电量要达到整个电力消费的50%的话,非化石能源的装机将达到80%,就是说我们未来的光伏风电还有非常大的想象空间。

从全世界角度来看,这个是2015年的时候,右下角黄色之指可再生能源电力,在全球能源电力的结构19.3%,2016年增长到了24.5%,2017年继续增长,增长到26.5%,但是2018年的数据暂时还没出来,因为2018年的报告出的是2017年的数据,2019年出2018年的报告,暂时还没有,但是我看了一下我们国家能源局的,大概中国可再生能源电力的占比已经达到了接近1/3,就是这个趋势一直在增长,可再生能源的电力一直在增长,我们随之配套储能又是多少呢?大家可以稍微计算一下。

接下来看一下全球光伏的增长情况。这是过去10年的增长情况,数据来源是IEA国际能源署,数据还是比较权威的,大家看到增长非常快,我们一直以为这几连光伏不是受到了一些打击,只是政策上的,但是装机容量增长很快,基本上呈现了指数级的增长。

(PPT)这是我们光伏装机前十名的国家,最高是中国,然后是美国、日本、德国,做储能的同仁可以比较清楚的知道,其实这几个国家也是储能市场最好的,所以我们最大的储能市场还是在中国,海外也就是美国、日本、德国、意大利这些国家。

接下来这张是全球的风电装机容量的增长,也是过去十年,其实也是很快速的在增长,曲线类似于指数增长吧。

看一下各个国家之间的占比,最大的还是中国,然后是美国、德国、印度、西班牙,这些国家也都是储能,包括一些储能+风电,光储一体化项目最多的国家。这也是开拓的重要目标。

这是一个比较新的情况,是海上风电近十年的增长,大家可以看多,海上风电其实增长的也非常快,主要在欧洲,尤其在北欧。为什么我把这张图拎出来呢,我是来自广东省的,广东省能源设计院,目前广东的海上风电,包括江苏、浙江的海上风电发展非常快,广东省将在2030年建成3千万千瓦的装机容量,非常大,加上广东省目前已有的光伏和路上风电,到2030年有可能有6千到7千万的可再生能源的装机,这样的装机下电网需要多少的储能能量来进行配套,大家可以估算一下。

接下来换一个角度,从科学的角度来看。为什么呢?因为其实我们现在很多技术的最原始的驱动力都是从大学、研究所出来的。我们看一下论文数量的变化,这是从1976年到2019年整个风电领域论文每年发表数量的变化,大家可以看到,当论文快速增长的时候,基本上是处于指数增长的拐点,也是我们风电行业快速发展的时候,大概2007、2008年,增长速度非常快。这是光伏领域的,和风电的规律是类似的也是当论文快速增长的时候,在他指数增长曲线拐点的时候,也是光伏领域发展非常快的这些年份。其实很多时候我们这个领域的发展,很多事物的发展规律,大部分都是指数级的,包括一个公司营业额的增长,包括比如说微信用户数的增长,我们做一个行业也是类似的,但是我们大部分人都是线性思维,所以我们看待一个行业要用指数型思维。我们再看储能领域论文的变化趋势,我感觉已经到了,像2018年、2019年已经到了指数增长快速变化的区域,未来很可能是一个快速增长的趋势。

我了18182篇期刊论文的关键词,分析一下目前储能领域重点关注的是什么。大家可以看到关键词很多,像蓄能器、储能器、储能系统,这些都是基础概念类的词。最后我了一下得出来关键的是这样,未来需要我们关注的储能技术和储能发展方向,现有的就不说了,像锂离子储能,现在非常火了,这是现在的,我们要谋发展肯定要看未来,所以我们要看未来的趋势,大概有这三个方面,从18000多篇论文的关键词里总结出来的,超级电容、飞轮储能、混合储能系统。因为目前整个储能领域,锂离子储能介绍的非常多,接下来我介绍一下飞轮储能,最后再介绍一下混合储能系统。

飞轮储能大家也比较熟悉,其实是一种机械储能方式,工作原理很简单,能量计算公式就是这样的,所以储存多少能量就可以根据它的转速非常容易的测算出来,就是说它的SOC是非常容易测定的,这点是相对于电化学最大的不同。这是它的一些核心模块,目前做的比较好的飞轮储能大概每分钟可以到三四万转,它的日历寿命大概20年,几百万次已经不足以描述了,只要你的金属疲劳满足安全就可以一直运转。核心系统分为飞轮模块、图形用户模块、飞轮控制单元,最关键是磁力轴承技术,为了维持磁轴承减少它的能量消耗,还有对应的抽真空系统。

这是目前比较成熟的产品规格,单机功率450千瓦,大概能做15秒,目前这个也是我们广东院做的混合储能系统里面比较重要的装备,后面会讲到,我们用到了火电厂AGC调频项目里。这个是150千瓦的,这个稍微小一,时长依然是15秒,这些都是非常成熟的产品,在国外大概已经用了1500—2000套。这个是目前正在研发的一些飞轮储能产品,未来像后面容量最大的那个储存电量有200千瓦时的储能产品,它完成之后我觉得可能独立承担一些调频任务,甚至是一些小型的调峰任务。

飞轮阵列系统的特点,时间关系不一一念了。总之,我觉得最好的一个特点就是它的SOC状态是完全透明的,这点在调频里,尤其是在火电厂联合AGC的二次调频是非常关键的对,SOC状态的把握才知道你去响应指令该如何响应、能够响应到什么深度。

这是飞轮储能的核心技术,也不一一念了。核心优势,长寿命、低成本、易回收,也是电力行业比较关注的几点。

这个是飞轮储能和铅酸电池相比,从学的观点来说,飞轮储能系统做的UPS安全性是高于铅酸电池的,大家可能觉得三元锂不安全,甚至磷酸铁锂有时候也出问题,都觉得铅酸够安全了吧,实际铅酸电池依然可能会发生一些事故,比如像左下角某个银行的数据中心,由铅酸电池做的UPS系统发生了火灾,导致了2亿人民币的损失。

飞轮储能应用的领域非常多,数据中心、医院、赌场,包括机场,还有一些工业企业电子厂房,也可以用于应急电源车。这是比较有意思的,现在在地铁的进出站能量回收方面,一般来说,大部分采用的都是这样的技术消耗到了电能,用飞轮技术就可以把这个能量回收,投资回收期也比较好。

这个是能够带来的一些好处,我就不一一念了,其实用了论之后我们就不采用制动电阻了,这样带来的辅助效果是可以减少隧道内的热量,还降低了空调的成本。

这是一个在国外应用的例子,在美国洛杉矶应用的例子,用飞轮储能回收制动的能量,只回收了15%左右,虽然只回收了这么一点,没有完全回收,大概5年的投资回收期,就可以把投资成本回收回来,按照飞轮的使用寿命,而且还有飞轮比较低的维护成本,大概后面还有15年左右的使用期,是非常好的商业模式。目前国内也有地铁在做类似的项目,可能快的话2019年大家在沈阳看到这样的项目。

接下来是在电力市场的应用,尤其是在电力辅助市场,电力辅助市场大家现在比较熟悉的,像一次调频、二次调频,包括机组灵活运行,二次调频比较多,像在山西,最早是在山西做起来,第一可能是北京石景山,一次调频主要集中在东三省区域,还有火电机组的灵活运行。

调频的需求,这是二次调频的需求,我们经过分析可以发现,全天的调频需求基本上是符合正态分布,我们对它进行频率分析,知道它的一个月中高频分量占全部调频分量的23%—36%,一天中的高频分量到调频中的30—40%。我们快速响应的调频资源,像飞轮、锂离子储能都可以很好的改善。

我们针对不同的调频需求再继续分解,看看用什么样的储能技术去满足这个需求。比如一次调频,我们从频率的观点来看,就属于一个极高频的需求,目前的储能技术可能就飞轮储能、超级电容比较合适。二次调频,可以分成高频需求和部分低频需求,高频需求分飞轮储能、超级电容、电化学,低频需求分为电化学和小型压缩空气储能。灵活运行,极低频需求,分为小型压缩空气储能、电锅炉储能。目前在东三省就有一些这样的项目,尤其是一些热电厂,在冬季的时候,电网需求没那么大,让你负荷上网越少越好,多上网反而罚款,所以现在东三省的电厂做了一些改造,就是把电转化为热,一些热电厂都在改造,都需要供热的时候再把这个热量供应出去。大家可能觉得,尤其是搞这些能量品位的专家觉得不是浪费嘛,把高品位的变成低品位的,经济上是可行的,这个商业模式目前在东三省是行得通的。

这是一次调频,这是我们目前在做的一个项目,随便拿一点数据来分享,大家也不要传播。

一次调频当它的频率变动的时候,目前很多机组大家都很熟悉,自带一次调频能力,但是为了安全起见,为了机组的一体化,为了锅炉稳定运行,很多一次调频信号是不响应的,现在有一些区域的电网公司,他们对于你不响应一次调频信号是有罚款的,如果我们能配上飞轮储能。大家可以看到,频率的变化是绿色这条线,突然跌落就需要我们的输出功率来增加,最后达到频率的平衡。深蓝色的这条线是我们实际的处理,就是没有配套飞轮储能系统的时候的处理情况,这个是不达标的。如果我们配套了一定量的飞轮储能系统,可以达到虚线的紫色线的情况,就达到了电网一次调频各项参数的考核,就不会再罚款了。

二次调频领域,刚刚我也介绍到了,二次调频的需求可以分为高频和低频,高频的时候其实我们是可以用飞轮储能来做的,低频锂离子电池是比较合适的,为什么要这样做呢?这就涉及到现在目前电化学联合火电机组AGC调频的一些问题,根据中国电科院的一些测试数据,基本上中国电科院他们把国内这些一线品牌的电池都测过,大概运行超过3个月以上,你的SOC的偏差可能就会超过10%,如果运行超过半年以上,你的SOC的偏差,锂离子储能的、磷酸铁锂,整个储能系统的SOC偏差可能达到30%,大家知道在AGC调频过程中,我们对整个锂离子储能系统是快速的频繁的浅充浅放,虽然是浅充浅放但是次数非常多,一直没有机会进行自己的校核,结果导致他的SOC状态偏差越来越大,有可能运行一年之后不校正,你的SOC偏差达到了50%,这套系统就没有办法运行了。现在调度信号来了需要你放电,从SOC上看你还有电但是放不出来,或者从实际信号看能充电,实际上充不进去,不能响应调频费用拿不到。现在在山西包括广东的项目刚刚做,出现这种情况还比较少,广东省第一个项目才刚刚几个月。按照一些做的比较好的调频情况,一天收益大概七八万,如果你停一天就是七八万的损失。

锂离子调频电站和飞轮储能调频电站,我觉得二者可以结合起来。飞轮储能电站和锂离子调频电站结合起来以后形成混合储能系统,就是我刚刚分布1.8多万篇论文的时候研究的一个趋势,让飞轮储能去响应整个调频过程中频率非常高的这一段,让它去发挥大功率、短时间充放电的作用,承担尖峰的处理,让我们的电化学储能系统承担基础部分的,减少我的充放电时候的倍率,提高安全性。另外一点,有了飞轮储能系统的存在,当我不响应电网的调度信号的时候,其实可以把锂离子电池里面的电充到飞轮储能系统里面,这样转移看起来有一点能量效率的损失,可能损失10%几,但是可以用这种方式对锂离子储能系统进行标定,就是说让它的SOC会更加准确,这样的话对它未来的运行也会提高帮助,整体来说还是会提升整个项目的收益能力的。

目前广东省内的一个火电厂在做这样的混合储能调频的系统,做成之后有可能在2019年,如果一切顺利的话,包括调试各方面,必定是两个不同的子系统,一个机械储能、一个化学储能要联合运行,如果一切顺利可能2019年会投入运行,到时候可能会是权利第一个,预计它的KP值的提升,会在单纯的用锂离子的基础之上提高20%—30%。

(PPT)这是我对未来储能技术发展趋势的一个判断,可能不准,请大家参考。

感谢大家,我的分享到此结束。

(本文根据演讲录音整理,未经演讲人本人审核)

关键字:储能大会

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