中國儲能網(wǎng)訊：3月10-13日，由工業(yè)和信息化部節(jié)能與綜合利用司指導(dǎo)，中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)主辦并聯(lián)合500余家機(jī)構(gòu)共同支持的第十四屆中國國際儲能大會(huì)暨展覽會(huì)（簡稱“CIES”）在杭州國際博覽中心召開。
CIES大會(huì)以“共建儲能生態(tài)鏈，共創(chuàng)儲能新發(fā)展”為主題，針對儲能產(chǎn)業(yè)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)等重點(diǎn)、熱點(diǎn)、難點(diǎn)問題展開充分探討，分享可持續(xù)發(fā)展政策機(jī)制、資本市場、國際市場、成本疏導(dǎo)、智能化系統(tǒng)集成技術(shù)、供應(yīng)鏈體系、商業(yè)模式、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、示范項(xiàng)目應(yīng)用案例、新產(chǎn)品以及解決方案的普及和深化應(yīng)用。
來自行業(yè)主管機(jī)構(gòu)、國內(nèi)外駐華機(jī)構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機(jī)構(gòu)等不同領(lǐng)域的2011余家產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈企業(yè)， 53417位線上注冊嘉賓將參加本屆CIES大會(huì)，儲能網(wǎng)視頻號線上直播11萬人參與觀看與交流。其中300余家企業(yè)集中展示了儲能產(chǎn)品，涵蓋系統(tǒng)集成、電芯、PCS、BMS、集裝箱、消防、檢測認(rèn)證、飛輪儲能、液流電池、熔鹽儲熱、壓縮空氣儲能等新型儲能全產(chǎn)業(yè)鏈。
3月12日上午，西安合容新能源科技有限公司儲能中心主任孫坤凱受邀在新型儲能系統(tǒng)集成解決方案專場（下）分享主題報(bào)告，報(bào)告題目為《超級電容混合儲能系統(tǒng)在風(fēng)電場應(yīng)用實(shí)例分享 》。以下為報(bào)告主要內(nèi)容：
孫坤凱：尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo)、各位專家、各位儲能行業(yè)的同仁，大家好！我來自西安合容新能源科技有限公司，我把我們公司超級電容混合儲能系統(tǒng)在風(fēng)電場的應(yīng)用給大家做一個(gè)分享。
一、技術(shù)背景
一是新型電力系統(tǒng)的建設(shè)需求：雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)、新能源發(fā)展的三性造成供電與用電的不平衡性及短暫的不穩(wěn)定性問題，都需要構(gòu)建以新能源為主的新型電力系統(tǒng)。
二是多元化的儲能發(fā)展需求。不同的儲能技術(shù)都具有優(yōu)缺點(diǎn)，任何一種儲能技術(shù)不可以完全兼顧能量密度、功率密度、壽命包括其他方面的需求，所以儲能呈現(xiàn)了多元化的發(fā)展趨勢。
混合儲能系統(tǒng)是把功率型的儲能器件及能量型的儲能器件做了混合。超級電容屬于短時(shí)儲能的范疇，它的儲能時(shí)間短，但是壽命長、響應(yīng)速度快，適合調(diào)頻、爬坡高頻次的應(yīng)用場景。鋰電包括液流、抽水蓄能及壓縮空氣屬于長時(shí)儲能，主要解決調(diào)峰、電量時(shí)空遷移的問題。在新能源的消納過程當(dāng)中這兩種儲能呈現(xiàn)互補(bǔ)的關(guān)系。
通過多元化儲能的技術(shù)，加上電力電子器的控制策略，短時(shí)的儲能可以解決電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的問題，中長時(shí)儲能可以解決電力系統(tǒng)電力電量平衡的問題。
超級電容器簡介：超級電容器兩個(gè)極板，和電池的結(jié)構(gòu)類似，正負(fù)極都是活性炭，里面有隔膜和電解液。在充放電的過程當(dāng)中離子是遷移的過程，沒有電化學(xué)反應(yīng)。超級電容器的特點(diǎn)：一個(gè)是超強(qiáng)的功率密度；二是過程當(dāng)中是純物理反應(yīng)，循環(huán)壽命比較長，雙電層的超級電容器達(dá)到100萬次以上；三是溫度范圍比較寬，零下40-70℃，特性不受溫度影響；四是免維護(hù)，安全可靠，容易監(jiān)控。
超級電容器的SOC和OCV曲線在恒流的時(shí)候近似于線性曲線的，所以SOC比較容易監(jiān)控。超級電容器從分類上分為雙電層電容器、混合型超級電容器及贗電容器。相較于混合型，雙電層能量密度較小一些，混合型超容是將雙電層超容的其中一個(gè)電極換成鋰電材料，同時(shí)兼顧鋰電和超容的特色。雙電層的超級電容和混合型的超級電容是儲能系統(tǒng)最常用的兩種功率型的器件。雙電層的超級電容器適合分鐘及以下的儲能場景；混合型的超級電容，因其中一個(gè)電極為鋰電材料，具有電池和電容的雙重特性，所以1-20分鐘儲能場景下的應(yīng)用最有優(yōu)勢，二次調(diào)頻用混合型的超級電容比較合適。
我們做的混合儲能是將作為功率型器件的超級電容與作為能量型器件的鋰電池混合，這樣能在能量密度、功率密度、響應(yīng)時(shí)間、循環(huán)壽命等幾個(gè)方面達(dá)到用戶滿意的效果，應(yīng)用場景可以覆蓋秒級~分鐘級~小時(shí)級。
二、解決方案
我們的解決方案是直流側(cè)用電池+超級電容做混合，基于超級電容器的特性可以達(dá)到0V放電，配合用雙極的儲能變流器，里面包含DCDC模塊，使得超級電容器的能量利用效率比較高。在用戶側(cè)，電網(wǎng)并網(wǎng)之后可以解決調(diào)峰、調(diào)頻、慣量支撐等問題。
如下為技術(shù)拓?fù)鋱D與實(shí)物圖：直流側(cè)，鋰電池通過DCDC耦合，超級電容通過DCDC+PCS耦合。整個(gè)儲能設(shè)備可以用集裝箱做統(tǒng)一的集成，包含超級電容柜、鋰電柜、消防設(shè)備、變流器等。
目前超級電容器在做系統(tǒng)集成時(shí)，借鑒鋰電池集成的技術(shù)，設(shè)計(jì)成簇、模塊、高壓箱、集裝箱的形式。目前超級電容器標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品30尺的集裝箱容量2.5MW 30s。鋰電標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品30尺的集裝箱容量5MWh。
儲能系統(tǒng)的器件管理和鋰電比較類似，通過對BMS做一些調(diào)整，把超級電容的單體電壓、組端電壓、電流、溫度、SOC等做統(tǒng)一的管理，通信協(xié)議與鋰電池一致。
混合儲能的控制策略研究，我們在做設(shè)計(jì)之前會(huì)進(jìn)行仿真，主要實(shí)現(xiàn)的控制目標(biāo)是并網(wǎng)充放電控制、并網(wǎng)無功主動(dòng)調(diào)節(jié)控制及混合介質(zhì)的協(xié)調(diào)控制。
三、案例分享
我們在工程實(shí)踐及風(fēng)電方面做一些仿真，左上角是超級電容的仿真拓?fù)浼盎旌蟽δ艿姆抡嫱負(fù)?，右圖為混合儲能系統(tǒng)及純鋰電系統(tǒng)對于風(fēng)電功率波動(dòng)的平抑及一次調(diào)頻的仿真結(jié)果對比。從仿真效果看，超級電容滿功率建設(shè)時(shí)間更短，抑制風(fēng)電功率波動(dòng)和一次調(diào)頻方面具有更好的特性。
在配比方面通過現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，包括虛擬數(shù)據(jù)的測量，我們發(fā)現(xiàn)超級電容配比大概在20%左右是比較合適的。
案例一：風(fēng)機(jī)下的一機(jī)一儲，單臺風(fēng)機(jī)下配的混合儲能系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)的功率為3MW，配2套儲能，一套為100kW15s的超級電容+100kW/200kWh的鋰電組成混合儲能系統(tǒng)，另一套為200kW/400kWh的純鋰電儲能系統(tǒng)。用于風(fēng)電場風(fēng)儲聯(lián)合調(diào)節(jié)的研究，起抑制風(fēng)機(jī)輸出功率波動(dòng)、輔助一次調(diào)頻、備用電源等功能。
圖片為現(xiàn)場的一些調(diào)試安裝的實(shí)際情況，包括我們設(shè)備的內(nèi)部照片。并網(wǎng)之后數(shù)據(jù)體現(xiàn)電能質(zhì)量及其他各方面滿足當(dāng)初的設(shè)計(jì)需求。
案例二項(xiàng)目地點(diǎn)在四川，也是用于風(fēng)電場的混合儲能，是分散式風(fēng)電儲能一體化的項(xiàng)目，儲能系統(tǒng)與48MW風(fēng)場集電線路在220kV升壓站集中并網(wǎng)。系統(tǒng)容量為：600kW/7.77kWh的超容儲能系統(tǒng)+4.8MW/9.6MWh的鋰電池儲能系統(tǒng)?；旌蟽δ芟到y(tǒng)起到一次調(diào)頻、AGC的響應(yīng)、發(fā)電計(jì)劃跟蹤等功能，超級電容發(fā)揮短時(shí)的作用也可起到平抑功率的作用。
圖示為超級電容的集成柜，包括DCDC、PCS、集裝箱、鋰電儲能及交流側(cè)的設(shè)備。目前設(shè)備完成安裝，下周會(huì)做并網(wǎng)的調(diào)試。
關(guān)于超級電容混合儲能目前屬于工程化示范研究的初期，我們公司在各個(gè)項(xiàng)目當(dāng)中積累了一些經(jīng)驗(yàn)。
從總體看，同鋰電相比存在經(jīng)濟(jì)、政策、技術(shù)上的問題，在發(fā)展過程當(dāng)中期待產(chǎn)業(yè)鏈，包括產(chǎn)業(yè)同行加大關(guān)注的力度，我們共同推動(dòng)混合儲能的發(fā)展。
超級電容的成本還是偏高的，超級電容的應(yīng)用場景比較多，但是沒有像電動(dòng)汽車、電化學(xué)儲那樣能比較集中，造成超級電容的系統(tǒng)初始投資比較大。
另外器件配比的研究也值得考慮，包括超級電容和電池在直流側(cè)耦合比較合適，還是在交流側(cè)耦合比較合適？兩個(gè)合起來之后安全穩(wěn)定的措施，及超級電容專用的CMS管理系統(tǒng)，都是需要考慮的。
第三個(gè)問題，變流器。超級電容和鋰電是兩種特性的儲能器件，鋰電的變流器如果直接拿過來超級電容用的話存在一些問題，包括直流電壓范圍不合適，恒流放電的特性怎么最大化的優(yōu)化出來。另外，構(gòu)網(wǎng)型變流器和超級電容結(jié)合，現(xiàn)在構(gòu)網(wǎng)型變流器提的比較多，里面提到的阻尼控制，慣量響應(yīng)，一次調(diào)頻都是對短時(shí)儲能的需求。
第四點(diǎn)，超級電容作為功率性器件怎么和構(gòu)網(wǎng)型做結(jié)合，包括構(gòu)網(wǎng)型變流器300%過載區(qū)間的要求如何用超級電容響應(yīng)出來，作為響應(yīng)器件去做，這是我們重點(diǎn)考慮的問題。在場景方面，場景分析及出力策略的分配都是需要重點(diǎn)考慮的問題。
目前看，混合儲能系統(tǒng)在風(fēng)廠應(yīng)用較多，另外在獨(dú)立混合儲能電站也有應(yīng)用。大家可以關(guān)注到目前公布的一些新的示范項(xiàng)目，尤其獨(dú)立儲能方面，已經(jīng)有好多鋰電+超容，鋰電+飛輪，混合電站越來越多了，再有火儲聯(lián)合調(diào)頻，在調(diào)頻這塊超級電容發(fā)揮優(yōu)勢還是比較大的。
四、公司簡介
最后介紹一下我們集團(tuán)公司。我們合容在西安，有4個(gè)產(chǎn)品公司，包括電氣股份，電力設(shè)備，開關(guān)以及新能源。電氣股份公司，電力設(shè)備公司專注于電網(wǎng)的補(bǔ)償設(shè)備研發(fā)制造，包括高壓的變?nèi)萜?。開關(guān)公司有成套的開關(guān)裝置。
我在的公司是西安合容新能源科技有限公司，主要做超級電容器、特種的電容電池、調(diào)頻混合儲能、用戶側(cè)的超容電壓恢復(fù)器，以及超級電容組成的大功率電源、能量回收系統(tǒng)等。
我們還有機(jī)電工程公司，做自有產(chǎn)品的銷售、電力工程的EPC、光伏項(xiàng)目、儲能電站項(xiàng)目的EPC及國內(nèi)外貿(mào)易。我們與西安交大合作的電氣研究院，主要做混合儲能的變流器及控制技術(shù)。
合容新能源2016年成立的，現(xiàn)在在西安經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)工業(yè)園。
簡單的介紹下發(fā)展歷程，有幾個(gè)比較重要的點(diǎn)。我們2016年成立，2017年下線了超級電容器的產(chǎn)品，達(dá)到了行業(yè)的水平；2018年做了MW級的純超級電容儲能，在張北阿里巴巴數(shù)據(jù)中心開始投運(yùn)；2020年雙電層的超級電容調(diào)頻儲能在張北的示范基地完成了調(diào)試；2021年的廠房搬遷，投資650萬進(jìn)行生產(chǎn)線的建設(shè)，超級電容的年產(chǎn)能到200萬；2023年是比較重要的一年，混合儲能的業(yè)績風(fēng)場實(shí)現(xiàn)了落地應(yīng)用。
我司研發(fā)分了4個(gè)中心：電芯中心，電源中心，儲能電芯和控制中心。兩個(gè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，一個(gè)是院士工作站，另一個(gè)是與交大的聯(lián)合研究院。自動(dòng)化程度在行業(yè)比較高，目前具備200萬每年的年生產(chǎn)能力。
我們主要的產(chǎn)品系列：
超級電容器單體，電壓等級2.7V/3.0V的，今年推出3.2V的產(chǎn)品。
電容電池，二次調(diào)頻使用比較多的電容電池。
模組類的產(chǎn)品包含風(fēng)機(jī)用的備用電源模組、超級電容儲能的標(biāo)準(zhǔn)化模組及大功率電源上的定制模組。值得一提的是有一個(gè)調(diào)相機(jī)的模組，2023年在吉林實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用，是世界首臺套的調(diào)相機(jī)模組。軍工類的有UPS電源、啟動(dòng)電源以及大功率的電源。
儲能系統(tǒng)產(chǎn)品有用于直流短路電流分段能力測試的大功率電源、調(diào)頻儲能系統(tǒng)、DVR系統(tǒng)，以及混合儲能系統(tǒng)。
以上為我們公司的一些儲能主要做的東西。關(guān)于超級電容以及超級電容儲能，行業(yè)同仁如果感興趣，可以加我微信，我們可以深入的溝通。希望大家前往展臺交流溝通，謝謝大家！
