中國儲能網(wǎng)訊：3月23日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦并聯(lián)合500余家機(jī)構(gòu)共同支持的第十五屆儲能大會暨展覽會（簡稱“CIES2025”）在杭州國際博覽中心召開。
CIES大會以以“綠色、數(shù)智、融合、創(chuàng)新”為主題，針對儲能產(chǎn)業(yè)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)等重點、熱點、難點問題展開充分探討，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)、示范項目應(yīng)用案例、新產(chǎn)品以及解決方案的普及和規(guī)模化工程應(yīng)用。
在3月25日上午進(jìn)行的混合儲能專場中，中國能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力設(shè)計院有限公司綜合能源工程公司工程技術(shù)部主任周冰做了題為《混合儲能技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與案例分享》的主題報告演講。
周冰：各位同仁，大家上午好！非常高興有這個平臺和機(jī)會與大家進(jìn)行交流和分享。今天分享的題目是混合儲能技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與案例分享。
主要是三個方向：第一，混合儲能技術(shù)定義與分類；第二，混合儲能應(yīng)用存在的問題；第三，混合型儲能優(yōu)化配置方案。
第一部分，混合儲能技術(shù)定義與分類。
內(nèi)容比較簡單，政策背景，是“十四五”新型儲能發(fā)展方案里明確提出，結(jié)合系統(tǒng)需求推動多種儲能技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，開展復(fù)合型儲能試點示范。應(yīng)用需求來講，現(xiàn)在新型電力系統(tǒng)越來越需要具備更短時間尺度響應(yīng)能力和更長時間尺度支撐能力的靈活性調(diào)節(jié)資源的加持。隨著儲能電站的規(guī)模增大，也需要具備分時復(fù)用能力和分容量復(fù)用能力，所以混合儲能的出現(xiàn)是在這個政策背景和應(yīng)用需求場景下提出來的技術(shù)需求。
混合儲能是指將兩種或多種互補(bǔ)的儲能技術(shù)集成到一個系統(tǒng)中，通過不同技術(shù)的協(xié)同作用，優(yōu)化整體性能、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。核心在于結(jié)合能量型儲能和功率型儲能的特性，以應(yīng)對復(fù)雜工況需求。比如說，鋰電池是持久能量，飛輪、超級電容是快速應(yīng)對調(diào)峰的需求。
關(guān)于分類，按照技術(shù)路線，電化學(xué)+機(jī)械儲能，物理+化學(xué)儲能；如果說按照應(yīng)用場景，可以分為應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)頻、削峰填谷，包括如果是應(yīng)用于交通領(lǐng)域，電動汽車領(lǐng)域的燃料電池與超級電容的搭配。如果從系統(tǒng)級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)控制策略方面來講，包括單層混合結(jié)構(gòu)，這種目前可能會稍微多一點，是直接組合兩種儲能技術(shù)，通過簡單控制策略實現(xiàn)基礎(chǔ)功能的分配。包括我們應(yīng)該更深入一點，是引入多層控制架構(gòu)，實現(xiàn)整體的供應(yīng)調(diào)配。當(dāng)然，這個分類還比較粗糙，比如說1C和0.25C也可以說是一種混合儲能，包括構(gòu)網(wǎng)型、跟網(wǎng)型也可以屬于混合儲能一個分類，這是比較寬泛的。
目前混合儲能應(yīng)用存在的幾方面問題：第一，初始投資成本高而且成本分?jǐn)傠y。因為混合儲能是至少兩種及以上技術(shù)，必然是初期硬件成本顯著高于單一混合儲能成本，而且鋰離子電池的成本越來越低，所以更傾向于選擇單一儲能成本更低的鋰電方案。同時，兩種混合儲能的方式，因為整體的壽命差異比較大，在統(tǒng)一模型量化折舊成本的時候，在立項前期算精評的時候，整個計算精度比較差，所以影響最終的投資決策。第二，盈利模式不清晰。雖然說混合儲能不管是調(diào)頻也好，調(diào)峰也好，正常來講同一時段進(jìn)行調(diào)頻功能或調(diào)峰功能，按理說收益應(yīng)該是固定的，但實際上在某些市場里，比如說在同一時段9-10點，既進(jìn)行了調(diào)峰也進(jìn)行了調(diào)頻，但這時候申報市場的時候只能申報其中一項，所以整個市場分時復(fù)用計價規(guī)則還需要進(jìn)行進(jìn)一步完善。
技術(shù)復(fù)雜性挑戰(zhàn)也分為幾個方向：第一，動態(tài)協(xié)調(diào)難題?；旌蟽δ苄枰鶕?jù)場景需求分解功率波動，但信號分解算法依賴主觀參數(shù)設(shè)定，容易導(dǎo)致容量冗余或不足。此外，多時間尺度調(diào)控容易引發(fā)設(shè)備響應(yīng)沖突，需要分層控制策略優(yōu)化。第二，壽命管理與狀態(tài)評估。不同儲能技術(shù)的老化機(jī)制差異比較大，磷酸鐵鋰6000次，超級電容上萬次、十幾萬次，整個老化機(jī)制差異比較顯著，難以精準(zhǔn)量化混合系統(tǒng)的整體壽命衰退。第三，控制策略復(fù)雜度高?；旌蟽δ苄枰ㄟ^EMS實現(xiàn)動態(tài)功率分配，但設(shè)備間通信延遲、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜等，增加了整個的控制復(fù)雜程度。
產(chǎn)業(yè)鏈與標(biāo)準(zhǔn)不完善，不同設(shè)備儲能有單體的標(biāo)準(zhǔn)，但集成的時候，兼容之后放在一起看的時候，標(biāo)準(zhǔn)目前還沒有特別完善。同時，安裝環(huán)境要求差異大，雖然說也比較簡單，飛輪是考慮地理位置，電化學(xué)需要考慮環(huán)境溫度等，但這方面也增加了項目規(guī)劃的難度。另外，在并網(wǎng)調(diào)度、設(shè)備準(zhǔn)入、安全規(guī)范等方面，雖然單一的儲能形式都有標(biāo)準(zhǔn)，但針對混合儲能這種形式，還缺乏一個統(tǒng)一的要求。
應(yīng)用場景局限與推廣阻力，剛剛專家講的案例可以看出來，混合儲能是“一場一案”定制化設(shè)計，不像磷酸鐵鋰方案相對非常成熟，方案標(biāo)準(zhǔn)化程度也比較高，混合儲能基本上是結(jié)合用戶的應(yīng)用需求進(jìn)行定制化方案設(shè)計。另外，目前可靠性方面尚未得到廣泛驗證，投資方多持觀望態(tài)度，對電網(wǎng)方面也沒有明確的要求，所以進(jìn)一步延緩?fù)茝V。
結(jié)合以上的內(nèi)容，儲能容量配置方面比較粗放，有些儲能場站是為了混合而混合，1+1并不是大于2的效果。兩種儲能控制、調(diào)配都是單獨(dú)來進(jìn)行運(yùn)行，對于容量如何去分配，結(jié)合應(yīng)用需求，結(jié)合全生命周期成本分析，這方面沒有做到實際的分析過程，所以整個儲能容量配置方法，A+B，A是多少、B是多少，這塊沒有明確的配置方法。
在此基礎(chǔ)上，簡單分享一下，我們這邊混合型儲能一些優(yōu)化配置方案的研究。我們結(jié)合了兩個典型的應(yīng)用場景，第一個是適用于集中式風(fēng)電光伏電站場景的混合型儲能耦合方案，另外也提到了一個共享模式的混合型儲能耦合方案。
136號文發(fā)布之后，整個儲能行業(yè)的發(fā)展偏向于高質(zhì)量發(fā)展的方向，更加傾向于方案定制化選擇，結(jié)合業(yè)主的實際應(yīng)用需求，定制化儲能方案，特別是混合儲能，肯定是“一場一方案”。結(jié)合定制化方案的需求，最開始需要考慮的是容量配置，選用哪兩種儲能方式，以及哪種儲能采用多少容量，這是我們今天和大家分享的一些內(nèi)容。
第一，平抑風(fēng)電場波動的儲能優(yōu)化配置研究。因為風(fēng)電出力呈現(xiàn)不規(guī)則變化趨勢，而且波動幅度比較大，特別是反調(diào)峰特性。儲能應(yīng)用場景可以實現(xiàn)平抑風(fēng)電波動的應(yīng)用需求。整個混合儲能A+B兩種形式容量配置的核心邏輯原則，是根據(jù)儲能設(shè)備的特性匹配不同時間尺度的波動，通過優(yōu)化算法來實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性與可靠性的平衡。因此分為幾個主要步驟：第一個步驟，分解風(fēng)電功率的波動，把波動、幅頻特性通過算法分解成高頻和低頻風(fēng)量，高頻是秒、分鐘級，低頻風(fēng)量是小時到季節(jié)級，以應(yīng)對不同風(fēng)電出力的場景特性。通過算法將原始功率曲線分解為不同頻率的波動分量以后，第二步是按儲能特性進(jìn)行一個初步的容量分配。比如說高頻波動特點是毫秒級響應(yīng)，適合處理風(fēng)速突變的應(yīng)用場景，容量邏輯是需要覆蓋高頻波動的最大功率和持續(xù)時間，容量會比較小。低頻波動特點是能量密度高，適合平滑小時級波動或季節(jié)性調(diào)峰，這個邏輯是需覆蓋長時間的能量缺口，容量較大。
簡單舉例來講，我們把高頻、低頻分解完之后，兩個能量比，比如說100：1，簡單通過總?cè)萘烤陀幸粋€100：1的容量分配，這是一個初始的容量分配，容量分配之后，再考慮倍率的選擇。假如采用鋰電池，大部分處理的是分鐘+小時的波動，這時候粗糙來說，比如說0.5C是比較合理的，因為2小時的系統(tǒng)，既能兼顧應(yīng)用場景需求，同時還能兼顧壽命需求，不因為高頻調(diào)用而導(dǎo)致鋰電池的壽命損耗，所以說選擇0.5C比高倍率1C會更加合適。如果選擇超級電容，處理高頻波動需求，它本身因為壽命也比較長，只考慮需要功率缺口即可。第三步，結(jié)合優(yōu)化算法進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，在滿足波動平抑要求，比如說1分鐘波動不超過3MW，這是并網(wǎng)的需求，最小整個儲能成本。所以結(jié)合前面初期分布的能量，再結(jié)合后續(xù)的成本控制算法，最后精確下來A和B兩個儲能能量的配置。
先進(jìn)行風(fēng)電功率幅頻特性分析，并網(wǎng)平滑目標(biāo)功率分配，儲能平抑功率的分配，結(jié)合儲能容量配置及經(jīng)濟(jì)性評估，實現(xiàn)A和B兩種混合儲能容量的配比。最終我們算了一下鋰離子單一的，包括加超級電容的，包括加飛輪的，包括加超導(dǎo)磁的幾種方案，進(jìn)行一個成本和收益的計算，我們自己找了一個案例。結(jié)論：首先是可以實現(xiàn)平抑風(fēng)電場出力波動，另外是可以大大降低整體的儲能成本。
第二個應(yīng)用場景，參與AGC調(diào)頻服務(wù)的儲能優(yōu)化配置。因為應(yīng)用場景不太一樣，最終目標(biāo)函數(shù)不一樣，對于AGC調(diào)頻服務(wù)來講，重點的特點是需要快速精準(zhǔn)瞬時，吞吐量比較大，最終性能指標(biāo)是考慮調(diào)節(jié)速率、調(diào)節(jié)精度和響應(yīng)時間，綜合K值的綜合指標(biāo)。我們選擇了鉛酸、全釩、鋰離子三種電池來實現(xiàn)計算。這個計算和剛剛說的功率平抑算法有什么特點區(qū)分，主要是幾個方向，主要是應(yīng)用場景不太一樣，整個的算法不太一樣，比如說分解方法，AGC調(diào)頻，我們講的這個應(yīng)用場景，主要是考慮多階段動態(tài)響應(yīng)策略，功率平抑主要考慮滑動平均濾波+小波包分解，算法不太一樣。另外，優(yōu)化目標(biāo)，應(yīng)用場景和優(yōu)化目標(biāo)必然要結(jié)合在一起，第一個AGC是調(diào)頻里程收益最大化，KP值提升，這是應(yīng)用場景的需求，對于功率頻率來講，是棄風(fēng)率降低，以及波動率并網(wǎng)的需求達(dá)標(biāo)。所以說，雖然兩種第一步都是要通過功率分解來實現(xiàn)儲能容量的分配，但核心差異在于應(yīng)用場景需求來驅(qū)動的方法不一樣。
第三種方案，輔助火電機(jī)組調(diào)峰的儲能優(yōu)化配置?；痣娬{(diào)峰主要是填補(bǔ)火電機(jī)組的出力缺口，提升靈活性，時間尺度往往是小時級的能量缺口，主要儲能類型，鋰電池主導(dǎo)，比如說超級電容做輔助，主要優(yōu)化的方向是要調(diào)峰收益最大化以及降低火電機(jī)組煤耗，這是火電機(jī)組調(diào)峰的優(yōu)化方向。
這是我們自己擬定的一個應(yīng)用場景，針對火電機(jī)組調(diào)峰做了一個優(yōu)化的配置規(guī)劃模型，目標(biāo)函數(shù)是考慮削峰填谷、調(diào)峰補(bǔ)償、新能源消納、環(huán)境、裝備投資、維護(hù)成本、峰谷差、調(diào)峰、荷電狀態(tài)、充放電率以及倍率性能等。幾個場景雖然有所區(qū)別，但整體基本思路是類似的。
我們選擇了鉛碳鋰離子+鈉離子，針對火電機(jī)組調(diào)峰的儲能優(yōu)化配置，選擇了幾個方案，給出了最優(yōu)功率、最優(yōu)容量，包括初始SOC以及成本收益的計算情況。
再給大家分享一下共享混合型儲能電站的優(yōu)化配置方案研究。共享儲能也可以稱為云儲能，它和我們剛剛講的一個主要區(qū)別點在于，因為云儲能相當(dāng)于把整個儲能的資源進(jìn)行一個站端的聚合，是聚合能量管理平臺一樣的概念，也類似于虛擬電廠。它和我們剛剛講的“一場址一建設(shè)”的方案，最大的區(qū)別在于并網(wǎng)系統(tǒng)點和比如說風(fēng)電場或者火電廠這種應(yīng)用需求點，在物理上，位置是分離的，所以說可能會引發(fā)電網(wǎng)調(diào)度偏差、功率傳輸損耗以及穩(wěn)定性風(fēng)險。直接影響包括幾個方向，包括比如說波動傳遞延遲，因為云儲能是在另外一個節(jié)點，和當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)是不一樣的，可能跨節(jié)點調(diào)度指令滯后，調(diào)頻效率下降。比如說功率傳輸損耗，因為并網(wǎng)線不在一個點，線路損耗大概是5%，降低儲能的利用率。另外，節(jié)點電壓耦合干擾，遠(yuǎn)端儲能可能無法直接補(bǔ)償本地電壓的異常。還有調(diào)度信號同步性，不同控制協(xié)議導(dǎo)致指令沖突。最后是市場機(jī)制矛盾，比如說調(diào)用的云儲是在另外一個地市，本地儲能的電價和輔助服務(wù)收益假如還不一樣，整個分配有沖突。這是云儲能和本地建設(shè)儲能方案的主要方向的區(qū)別。
整個容量配置方案，容量分配，需求是向本地高功率+云端高能量的一個重構(gòu)方法，當(dāng)然，不一定是本地高功率，也可以完全通過云儲能來實現(xiàn)調(diào)用。包括設(shè)備部署位置，常規(guī)的本地混合方案，云儲能是節(jié)點分離的特點，打破了本地限制，云端資源池化共享。容量分配，結(jié)合需求，云端和本地的分配。相應(yīng)特性，本地肯定時間更加快速一點，云端可能靈活性會稍微慢一點，但云端的好處是全局資源利用率提升會高一點。節(jié)點耦合風(fēng)險，云端可能是需要補(bǔ)償3%-5%左右的跨節(jié)點損耗，本地沒有這個問題。經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)，云端可能整體投資成本相比本地會有所降低。
結(jié)合云儲能的應(yīng)用背景，假如采用云儲能的方式，采用混合儲能配置方案，我們給出了幾個典型的應(yīng)用場景，內(nèi)容大同小異，也就是目標(biāo)函數(shù)、目標(biāo)條件稍微有點區(qū)別，整個方法思路還是類似的。
第一個是面向風(fēng)電場的儲能容量優(yōu)化配置，通過租賃的形式，包括能量型和功率型，采用優(yōu)勢互補(bǔ)，整個基本流程也類似。我們對比了鋰電池+超級電容，是混合云儲能，包括單一云儲能鋰電池，以及本地建設(shè)的混合儲能，鋰電池+超級電容，以及本地建設(shè)的單一儲能，給出了一個容量功率配置初始SOC的建議，以及整體的用戶群體成本?？梢钥闯鰜恚旌显苾δ芸梢詼p少前期的租賃成本，對整體的投資建設(shè)成本優(yōu)化比較好。
用戶側(cè)，和剛剛比較類似，考慮到用戶側(cè)負(fù)荷類型眾多，而且是通過電量繳納費(fèi)用，僅提供電量的租賃服務(wù)。目標(biāo)函數(shù)就發(fā)生了一些變化，方法類似，結(jié)果目標(biāo)函數(shù)發(fā)生了變化，從電網(wǎng)購電費(fèi)用到向儲能電站繳納服務(wù)費(fèi)，這是典型的成本最優(yōu)。約束條件，包括電功率的平衡約束，以及用戶使用共享儲能電站充放電功率的約束，以及荷電狀態(tài)連續(xù)性約束，充放電功率包括平衡，最后一個是連續(xù)性，作為約束條件去計算得到容量配置方法。
我們給了四個典型方案，鋰電池、超級電容、單一的，這是日負(fù)荷的平均曲線，包括考慮購電成本、光伏、用戶的負(fù)荷以及租賃負(fù)荷的情況。用戶側(cè)群體租賃混合云儲能時，群體成本最高，證明了混合儲能與云儲能的優(yōu)越性，這是一個簡單的方案分析。
以上是我整體的分享內(nèi)容，我也順便再簡單介紹一下江蘇省電力設(shè)計院。江蘇省電力設(shè)計院是“三宗甲”的設(shè)計院，以工程承接為主，以設(shè)計為龍頭，2024年江蘇省整個儲能規(guī)模大力發(fā)展，全年建設(shè)了大約450萬的儲能規(guī)模，江蘇院承擔(dān)了70%以上的設(shè)計+總承包工程，為江蘇省的儲能發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。希望江蘇省電力設(shè)計院有機(jī)會和各位同仁進(jìn)行后續(xù)的深層次合作。
謝謝大家！
