我們所做的示范工程，原來就選最便宜的鉛酸電池，通過配置一些超級(jí)電容器，可以介紹蓄電池的配置容量，從全生命周期最后算下來，它的儲(chǔ)能成本只有鉛酸電池的21.4%，比較經(jīng)濟(jì)。

——中國科學(xué)院電工研究所霍群海

8月7日-8日，由華北電力大學(xué)、中國可再生能源學(xué)會(huì)主辦的“第一屆中國儲(chǔ)能學(xué)術(shù)論壇暨風(fēng)光儲(chǔ)創(chuàng)新技術(shù)大會(huì)”在北京召開。在8月8日分論壇一“源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同優(yōu)化”專場(chǎng)中，中國科學(xué)院電工研究所霍群海作“混合儲(chǔ)能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用”報(bào)告。

中國科學(xué)院電工研究所霍群海

各位領(lǐng)導(dǎo)，各位同行，下午好！我是來自中科院電工所的霍群海。下面由我來給大家匯報(bào)，前面三個(gè)李總講的都比較好，主要講了儲(chǔ)能的作用，剛才特別是吉林電科院的李總講了儲(chǔ)能電站大概需要兩個(gè)億左右的投資。要發(fā)揮它的更高性能，能夠降低它的成本方面，我們做了一些初步的工作。

我的報(bào)告分五個(gè)部分，第一個(gè)部分介紹一下基本原理及應(yīng)用需求，儲(chǔ)能非常多，主要分析一下混合儲(chǔ)能的優(yōu)勢(shì)、好處。第二個(gè)，講一下混合儲(chǔ)能主要的幾種分類方法，分類方法應(yīng)該說目前還沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。第三個(gè)，匯報(bào)一下在實(shí)際工程應(yīng)用中混合儲(chǔ)能面臨的幾個(gè)關(guān)鍵的問題，第四個(gè)，詳細(xì)介紹一下這套系統(tǒng)典型的應(yīng)用案例，或者是中科院電工所在混合儲(chǔ)能方面做的一些工作。最后介紹一下結(jié)論和建議。

首先我介紹一下混合儲(chǔ)能的定義，以及它的特點(diǎn)。混合儲(chǔ)能通常我們理解是幾種不同類型的儲(chǔ)能系統(tǒng)的混合應(yīng)用，將兩種或者多種類型的儲(chǔ)能結(jié)合在一起形成一個(gè)單一的儲(chǔ)能系統(tǒng)。它的作用跟剛才講的應(yīng)該是差不多的，但是我希望能夠以更低的投資，且能達(dá)到一個(gè)更好的效率。根據(jù)國際市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)的定義，把混合系統(tǒng)定義為結(jié)合兩種及以上的互補(bǔ)操作特性的儲(chǔ)能技術(shù)的穩(wěn)定儲(chǔ)能系統(tǒng)，下面有一個(gè)示例，目前在國內(nèi)建設(shè)的規(guī)模普遍都是比較大的。如果只是一種兩種，包括風(fēng)電調(diào)峰的儲(chǔ)能，投入非常高。如果把這幾種經(jīng)濟(jì)性比較好的能夠結(jié)合起來，可以起到很好的平抑風(fēng)電波動(dòng)的效果。我想到了我們所的肖建所長(zhǎng)曾經(jīng)做了一個(gè)工作，他在中國電網(wǎng)的峰谷差和歐洲以及美國的電網(wǎng)峰谷差做了一個(gè)擬合，發(fā)現(xiàn)這三個(gè)地方的電網(wǎng)用電負(fù)荷擬合之后，基本上是一個(gè)很平滑的曲線。它類似于儲(chǔ)能的作用，這個(gè)能不能三方協(xié)調(diào)，需要國際的溝通，不是一個(gè)簡(jiǎn)單的問題。

下面講一下為什么要做混合儲(chǔ)能？單一的儲(chǔ)能很難同時(shí)具備效率高、能量密度高、功率密度高、壽命長(zhǎng)、成本低、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用效和環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，一個(gè)儲(chǔ)能是不是成本低就是最優(yōu)的儲(chǔ)能。在容量方面，它的響應(yīng)時(shí)間，不同的儲(chǔ)能自身的特點(diǎn)，適用的場(chǎng)合，這個(gè)圖比較經(jīng)典。我們?cè)陔娋W(wǎng)里面用大容量的儲(chǔ)能，還有一些比較小的，在電動(dòng)汽車?yán)锩嬗昧勘容^小的這種儲(chǔ)能的場(chǎng)合，儲(chǔ)能用的系統(tǒng)不一樣，做了一個(gè)簡(jiǎn)單的歸納。另外目前業(yè)內(nèi)基本上比較認(rèn)可的，把儲(chǔ)能分成兩類，功率性和能量性的儲(chǔ)能。功率性的和能量性的在功率密度和能量密度方面基本上是都是錯(cuò)了一個(gè)數(shù)量級(jí)，包括現(xiàn)在在我們所有一個(gè)部門也在做這樣的工作，能不能把這兩種儲(chǔ)能的特性集中到一起，這個(gè)工作比較難。有一些場(chǎng)合可能是有意義的，剛才講的三個(gè)報(bào)告里面，很多時(shí)候只提到一種儲(chǔ)能。這是一個(gè)例子，我們?cè)诠夥锩嫒绾文芰啃缘暮凸β市缘膬?chǔ)能，能夠快速的解決問題。

下面是它大概的三個(gè)作用，后面還會(huì)有一個(gè)詳細(xì)的介紹。包括在新能源并網(wǎng)方面，需要使用響應(yīng)速度快、瞬時(shí)功率大、持續(xù)放電時(shí)間長(zhǎng)的儲(chǔ)能裝置，單一的儲(chǔ)能可能滿足某一方面的特性，但是從整體上看，如果采用這種混合儲(chǔ)能，把長(zhǎng)時(shí)間尺度的和短時(shí)間尺度的結(jié)合起來，可以起到更好的效果。在微電網(wǎng)方面，后面會(huì)有一些具體的案例詳細(xì)的講，它也是包括供電質(zhì)量方面的要求，包括能量管理方面的要求，混合儲(chǔ)能可以起到很好的效果，還有電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定方面，不細(xì)講了。

下面介紹一下混合儲(chǔ)能的分類，目前是沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的，是個(gè)人的見解，跟大家一起探討。電池和電池的混合，這有一個(gè)案例，一兆瓦的儲(chǔ)能里面，電池提供70%、80%的電量，鋰電池平抑電力的波動(dòng)，把電池和電池進(jìn)行一個(gè)混合，起到不同的作用。這是超級(jí)電容器和電池，超級(jí)電容器的特點(diǎn)，壽命比較長(zhǎng)，能夠快速大電流充放電。它的特性確實(shí)跟鋰電池的特性差異還是非常大，超級(jí)電容器與部分電池有較好的互補(bǔ)作用，混合儲(chǔ)能的典型特點(diǎn)就是互補(bǔ)。也有一個(gè)案例，在美國的公用事業(yè)商杜克社能源公司安裝了一套混合超級(jí)電容器。

熱儲(chǔ)能還有電池的互補(bǔ)，熱儲(chǔ)能容量可以做的比較大，它的成本可以降的很低。電池的特點(diǎn)，主要是能量密度大，兩者結(jié)合進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)峰可以降低總體成本。這是有一個(gè)例子，德國用于頻率調(diào)頻的20兆瓦的混合動(dòng)力電池+電力熱儲(chǔ)能的解決方案，成本降低了一半，這個(gè)確實(shí)是非常可觀的。另外還有發(fā)展比較好的，像壓縮空氣、熱水蓄能等與電池的混合，也可以起到很好的效果。這是國際市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)做的一個(gè)預(yù)測(cè)，混合儲(chǔ)能的市場(chǎng)前景，大概到2026年的時(shí)候，混合儲(chǔ)能系統(tǒng)容量達(dá)到2.1GW。

下面介紹一下工程應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，技術(shù)想講三個(gè)方面。一個(gè)是它的混合儲(chǔ)能的電路拓?fù)浼捌淇刂疲诙v管理方言，第三是優(yōu)化設(shè)計(jì)，這是幾年前的一個(gè)工作，現(xiàn)在還有更新的技術(shù)出現(xiàn)。在拓?fù)浜涂刂品矫妫绻麊我坏膬?chǔ)能，我們目前都相對(duì)比較成熟了。但是如果把它混合之后，相當(dāng)于不同的拓?fù)浞浅６啵x擇的話有一個(gè)優(yōu)化的過程。包括前面不帶功率變換電路的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，帶變換電路的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括它的控制都是比較復(fù)雜的。

下面講一下混合儲(chǔ)能的能量管理，能量管理和我們常規(guī)的EMS不太一樣。主要是兩種混合儲(chǔ)能的時(shí)候，它的時(shí)間長(zhǎng)度，區(qū)分不同的時(shí)間尺度功率波動(dòng)，進(jìn)行一個(gè)優(yōu)化，可以起到更好的工作效率。主要是三個(gè)具體參數(shù)的優(yōu)化過程幾個(gè)是最優(yōu)時(shí)間參數(shù)，還有調(diào)整規(guī)則，相當(dāng)于我們給一個(gè)約束，在滿足這個(gè)約束之后，包括自適應(yīng)的特征，包括系統(tǒng)損耗的分配，性能的最優(yōu)，做的一個(gè)參數(shù)的設(shè)計(jì)工作。這是基于規(guī)則的能量管理方案，設(shè)計(jì)了一套通用的系統(tǒng)，我們運(yùn)用這套系統(tǒng)可以做，一個(gè)任意選擇儲(chǔ)能的類型，可以形成一個(gè)能量管理。包括關(guān)鍵參數(shù)，選多大容量，選多大值，有一些計(jì)算方法。

還有就是混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在滿足負(fù)載功率需求和它自己不同的儲(chǔ)能所能提供的最大能量的約束條件下，做一個(gè)系統(tǒng)的整體優(yōu)化。它做的能量?jī)?yōu)化的大概的流程，目前這方面的工作還比較多，論文已經(jīng)非常多，方法也比較多。

下面我介紹一下典型的應(yīng)用案例，把混合儲(chǔ)能用在不同的場(chǎng)合，所起的不同作用。這是日本的一個(gè)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，剛才李主任介紹了在張北用了很多儲(chǔ)能，能夠通過不同的儲(chǔ)能來平抑風(fēng)電光伏的波動(dòng)，是國內(nèi)一個(gè)比較早的示范應(yīng)用的案例。這個(gè)項(xiàng)目是風(fēng)光熱儲(chǔ)的項(xiàng)目，風(fēng)電和光熱和儲(chǔ)能結(jié)合起來，形成風(fēng)光熱儲(chǔ)多種能源的優(yōu)化組合配置，有效解決用電高峰和低谷電力輸出不平衡的問題，提高能源利用率，優(yōu)化新能源電力品質(zhì)，增強(qiáng)電力輸出功率的穩(wěn)定性。

這是電動(dòng)汽車需要的鉛酸蓄電池和超級(jí)電容器，鉛酸蓄電池特別普及，配置一個(gè)超級(jí)電容器，能夠在加速減速的時(shí)候，跟鋰電池進(jìn)行一個(gè)配合，起到一個(gè)優(yōu)化的作用。

這是青海的德令哈現(xiàn)代有軌電車的項(xiàng)目，世界上海拔最高的有軌電車超級(jí)電容+鈦鉛酸電池。因?yàn)樗诟咴希紤]的因素比較多，是超級(jí)電容有軌電池的“升級(jí)版”。

下面介紹一下混合儲(chǔ)能在智能電網(wǎng)，或者在微電網(wǎng)里面的一個(gè)具體的應(yīng)用。這個(gè)相對(duì)比較好理解一點(diǎn)，因?yàn)閷?duì)一個(gè)小網(wǎng)來說，它的穩(wěn)定性和大電網(wǎng)來說，它的穩(wěn)定性會(huì)差很多。原來最早的研究，像從02年開始做這個(gè)工作，做微電網(wǎng)的時(shí)候，特別是微電網(wǎng)穩(wěn)定性，因?yàn)閮?chǔ)能成本很高，做了很多微電網(wǎng)的示范，它的經(jīng)濟(jì)性就沒有那么好，阻礙了它的發(fā)展。我們做了一個(gè)工作，多配一些混合型的儲(chǔ)能。鉛酸電池還是比較便宜一點(diǎn)，當(dāng)然鉛酸電池也有它自己的缺點(diǎn)。

這是中科院上海高等院做的城市智網(wǎng)項(xiàng)目鉛碳電池和超級(jí)電容，它的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電，讓它發(fā)揮更大的功能，主要目的還是讓微電網(wǎng)在投入不是太大的情況下，能夠發(fā)揮它的最大效用。我們做了兩個(gè)微電網(wǎng)的示范，一個(gè)是在我們主樓做的比較早，另外在延慶區(qū)做了另外一個(gè)微電網(wǎng)，兩個(gè)微電網(wǎng)的示范。主要介紹一下里面用的混合儲(chǔ)能，里面用了四種儲(chǔ)能，包括鋰電池，包括超級(jí)電容器，還有飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，是我們所自己做的，后來做了三個(gè)串聯(lián)，還有鉛酸電池，最早的很多用了鉛酸電池，雖然是一個(gè)示范項(xiàng)目，但也要考慮它的投入，總體的經(jīng)濟(jì)性，算一算這個(gè)賬。

做的工作包括每年定期我們所做的示范工程，原來就選最便宜的鉛酸電池，從全生命周期最后算下來，通過配置一些超級(jí)電容器，可以介紹蓄電池的配置容量，從全生命周期，它的儲(chǔ)能成本只有鉛酸電池的21.4%，比較經(jīng)濟(jì)。

這個(gè)是我們目前正在做的張家口黃帝城小鎮(zhèn)100%可再生能源示范項(xiàng)目，里面用到了目前電力電子路由器，我們做了多類型的混合儲(chǔ)能，里面選擇了超級(jí)電容器和鉛酸電池。里面用的還有一些沼氣發(fā)電，還有一些其他的，它有一些供暖的需求，主要電力來源是風(fēng)電和光伏，所以整個(gè)系統(tǒng)相當(dāng)于這個(gè)網(wǎng)的穩(wěn)定性就需要靠這個(gè)儲(chǔ)能來解決。但是要考慮整體的經(jīng)濟(jì)性，儲(chǔ)能如果要是全配鋰電池，也是投入非常大。我們后來設(shè)計(jì)了混合儲(chǔ)能這個(gè)方案，里面加一定量的超級(jí)電容器，來平抑光伏和風(fēng)電的波動(dòng)性。目前的方案主要是用鉛酸電池提供的一個(gè)總的能量來源，設(shè)計(jì)了一萬度電的儲(chǔ)能。

前面介紹了什么是混合儲(chǔ)能以及它的應(yīng)用案例。最后簡(jiǎn)單總結(jié)一下，在很多場(chǎng)合，混合儲(chǔ)能正在慢慢成熟。我們所的工作大概也有十年左右了，相關(guān)的應(yīng)用實(shí)例也能證明它的實(shí)用性，但是國內(nèi)在做這方面的工作也有很多，但是實(shí)際的工程還是偏少。混合儲(chǔ)能能帶來新的投資機(jī)會(huì)。我的報(bào)告就到這里，謝謝大家。