8月22-24日，由國家電投&融和元儲、新型儲能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、風(fēng)光儲百人會、中國風(fēng)光儲網(wǎng)等單位聯(lián)合主辦的2022中國國際光儲充產(chǎn)業(yè)大會（簡稱：金磚光儲充論壇）在常州香格里拉大酒店圓滿閉幕。本屆大會設(shè)置“論壇峰會+展示臺展示”，既有企業(yè)細(xì)致入微的分析，也有行業(yè)專家為市場發(fā)展提出的設(shè)想與方案，助力落實(shí)國家提出的“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)要求，積極助力構(gòu)建“雙循環(huán)”新發(fā)展格局。
 

國家電投 北京和瑞儲能科技有限公司總經(jīng)理王含出席論壇并發(fā)表主題演講——《發(fā)電側(cè)儲能技術(shù)應(yīng)用需求與案例解析》。

 

 

大家好！很高興來跟各位分享一下我們在發(fā)電側(cè)儲能的一些觀點(diǎn)和想法。我來自于國家電投集團(tuán)中央研究院下屬的北京和瑞儲能科技有限公司。

 

首先介紹一下發(fā)電側(cè)儲能的背景，前面有幾個方面的專家都已經(jīng)介紹過關(guān)于現(xiàn)在的“雙碳”目標(biāo)，碳達(dá)峰、碳中和以及新型電力系統(tǒng)的特點(diǎn)等等。

 

總結(jié)一下，發(fā)電側(cè)目前儲能技術(shù)的發(fā)展趨勢。我們經(jīng)過分析認(rèn)為，在發(fā)電側(cè)儲能到底需要什么樣的儲能技術(shù)，主要有四個點(diǎn)：

 

一，高安全性。

 

二，低成本。最近一年到兩年時間，鋰電池成本一直在上升，但是發(fā)電側(cè)目前整個商業(yè)模式?jīng)]有特別明確的商業(yè)模式，誰成本低就上誰，現(xiàn)在是這樣的模式，我們肯定希望把技術(shù)成本做得越低越好。

 

三，高可靠性。因?yàn)樯婕暗礁l(fā)電側(cè)以及電網(wǎng)匹配，所以運(yùn)行維護(hù)要盡量少。最早2017年的時候，我們談發(fā)電側(cè)儲能的時候，其實(shí)很多人都會談到自己的儲能系統(tǒng)的特點(diǎn)叫“無人值守”，很多人都會提到，相信2017年開始做儲能的都知道。現(xiàn)在我們發(fā)現(xiàn)，“無人值守”這個詞不再有人提了，都是出于鋰電池的安全性的角度考慮，所以現(xiàn)在很多人不提“無人值守”了，儲能電站最終一定需要人值守，但是這種情況下我們還是希望它的運(yùn)行維護(hù)的量盡可能地少。

 

四，長壽命。現(xiàn)在雖然我們看發(fā)電側(cè)的儲能沒有特別好的商業(yè)模式，所以用發(fā)電側(cè)儲能的時候，基本上是不怎么用的狀態(tài)。實(shí)際上我們的發(fā)電側(cè)儲能還是希望把它用起來，把它用起來之后，我們需要的是一個長壽命，真正地讓它發(fā)揮作用，比如平滑新能源上網(wǎng)，比如對電網(wǎng)進(jìn)行穩(wěn)定的支撐和安全性的考慮，我們還希望它是長壽命的，這是我們認(rèn)為發(fā)電側(cè)對于儲能技術(shù)的要求。

 

現(xiàn)在我們發(fā)現(xiàn)，從發(fā)電側(cè)應(yīng)用角度、儲能應(yīng)用角度有兩個趨勢：一、在新能源消納方面用得越來越多，而新能源消納方面不僅僅是當(dāng)天的消納，而且是跨季節(jié)的消納。新能源未來的消納進(jìn)行了季節(jié)性波動性非常明顯的（變化），長周期的儲能需求不斷提升。二、電力系統(tǒng)的可靠性的峰值容量和靈活性的要求也越來越高。這兩種方向性的指向，最終決定了儲能時長的需求越來越長。這是我們對發(fā)電側(cè)儲能趨勢的判斷。

 

第二，長時儲能技術(shù)需求。

 

長時儲能目前情況什么樣子？它的需求是什么？如圖是長時儲能的定義，這個圖里已經(jīng)去掉了可再生能源發(fā)電的出力的曲線，剩下的是純負(fù)荷的一條曲線。它的翻譯中叫“凈負(fù)荷曲線”，也就是說，已經(jīng)去掉可再生能源出力之后所剩下的你還需要的靈活性電源的需求是多大，這是在一天的范圍內(nèi)的需求。可以看出，它在當(dāng)天里它的波動性是很大的，而這個需求量恰恰就是儲能的需求量。當(dāng)把需求的峰值越往下削，削得越多的時候，我們布置更大規(guī)模儲能的時候，我們所需要的儲能時長越長，這個其實(shí)是最好的詮釋了長時儲能的需求。

 

從我們國家來看，儲能也已經(jīng)邁入了四小時以上的時代，僅僅從發(fā)電側(cè)來說，對于大型的風(fēng)光基地提出了兩個概念，一個是就地消納，一個是整體打包外送。無論哪一個，都需要長時間的儲能，如果只是一兩小時是不夠的。從政策角度，新疆的政策也提出了要配套4小時儲能，甘肅的政策也提出了獨(dú)立的調(diào)峰電站要求4小時，內(nèi)蒙古如果上市場化的新能源，是強(qiáng)制配套4小時儲能。河北25個示范項(xiàng)目，第一批示范項(xiàng)目全部都是4小時，儲能已經(jīng)邁入了長時間儲能的趨勢。可以看出，從電網(wǎng)的角度和新型電力系統(tǒng)的角度，其實(shí)它是需要的。但是為什么之前長時間儲能沒有大規(guī)模發(fā)展？因?yàn)樗媾R著技術(shù)的瓶頸。

 

在用戶側(cè)我們也強(qiáng)調(diào)，包括今天說的電動汽車，國家層面也出臺了實(shí)施方案，在具備條件的工業(yè)企業(yè)和工業(yè)園區(qū)要挖掘新能源就地消納的潛力。對于工業(yè)園區(qū)來說，一個工業(yè)園區(qū)如果12小時倒班或者24小時倒班，需要長時間儲能的。

 

如圖，我們認(rèn)為未來液流電池是最適合長時儲能的技術(shù)路線。這是美國電科院的圖，它代表了不同儲能路線它的技術(shù)場景。橫軸是儲能功率，縱軸是儲能時長。剛才黃老師也有這張圖，這里面長時間儲能的技術(shù)路線代表是抽水蓄能、壓縮空氣和液流電池，基本上就這幾種路線，可選擇性非常少。但是抽水蓄能和壓縮空氣它們受制于地理位置的限制，很難進(jìn)行在各地布置，因?yàn)樗麄儗儆谖锢韮δ埽皂憫?yīng)時間也會受限。液流電池非常適合于大規(guī)模、長時間的儲能技術(shù)路線。我們認(rèn)為，未來是可以大規(guī)模發(fā)展的。

 

液流電池的應(yīng)用場景也比較廣泛。現(xiàn)在發(fā)電側(cè)跟新能源進(jìn)行匹配，需要提到一點(diǎn)，其實(shí)液流電池跟鋰電池一樣，響應(yīng)時間也是毫秒級的，也可以做火電的調(diào)頻，不是說不能做調(diào)頻，其實(shí)可以做，只是拿液流電池單純做調(diào)頻的話經(jīng)濟(jì)性不好，如果調(diào)峰+調(diào)頻的話，經(jīng)濟(jì)性就很好。當(dāng)然還有孤島和偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電，沒有能量來源的時候，其實(shí)可以用液流電池進(jìn)行的。還有就是核電，核電領(lǐng)域考慮到安全性，無法用鋰電池，液流電池有非常好的安全性，它可以減少核電調(diào)峰保障核電的安全運(yùn)行，或者做應(yīng)急電源等等。

 

用戶側(cè)包括“光儲充”，昨天開了閉門會在討論，液流電池儲能時長長，恰恰非常適合于“光儲充”的場景，但是要針對液流電池開發(fā)出小規(guī)模的小型化產(chǎn)品，應(yīng)用于“光儲充”的場景。當(dāng)然還有虛擬電廠，其實(shí)是離不開液流電池這種長時儲能的。

 

如圖未來的也液流電池市場空間預(yù)測，這里面我們選用了IEA和國家能源局的數(shù)據(jù)，按配套20%的儲能來計(jì)算，其中電化學(xué)儲能能夠占到50%，在電化學(xué)儲能里我們根據(jù)美國能源局的預(yù)測，液流電池能夠在電化學(xué)里面占到46%，未來不是鋰電池像現(xiàn)在這樣占比90%的情況，未來液流電池和鋰電池分別是各占一半的水平，這是美國能源局的預(yù)測。可以看出，從這些邊界條件來測算，液流電池在全球市場規(guī)模未來是將超過萬億的市場，在中國的市場規(guī)模將超五千億。

 

現(xiàn)在液流電池這個領(lǐng)域還有一些技術(shù)瓶頸，一個是成本。目前的成本有待下降，比如現(xiàn)在的關(guān)鍵部件，做鋰電池的產(chǎn)業(yè)鏈非常成熟，你想找電解液的廠家、膜的廠家、電極的廠家都非常容易，但是液流電池的話完全不行。就像現(xiàn)在我們膜的廠家可能全國不超過2家，電極的廠家全國不超過2家，還有一些特別核心的部件可能全國只有1家能做，這制約了整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也希望通過這個會議，呼吁有更多人能夠加入到液流電池整個產(chǎn)業(yè)鏈里來。今天上午我跟一個朋友聊，其實(shí)對于一個產(chǎn)業(yè)來說，真正做集成的，我們自己感覺最后做集成的其實(shí)是不賺錢的，最賺錢的其實(shí)是上游做材料的。

 

現(xiàn)在液流電池生產(chǎn)制造其實(shí)都還是偏手動化，還沒有完全進(jìn)入到自動化的階段。即便國內(nèi)做得最好的液流電池廠家目前也是半自動化的狀態(tài)，這也是目前制約液流電池降成本的一個因素。當(dāng)然從美國的預(yù)測里看到，液流電池的成本能降到300美金/千瓦時，從我們自己公司的預(yù)測，未來能降到1500/千瓦時，我說的是EPC的價(jià)格。

 

第三，鐵-鉻液流電池。

 

液流電池的特點(diǎn)是高安全性，因?yàn)檫@里面用到的是水性溶液，不會著火，不存在著火的可能，這就是跟鋰電池最大的區(qū)別。其次，它是長壽命。它的電極不參與反應(yīng)，所以它的壽命在科學(xué)界的定義里是無限次的定義，循環(huán)次數(shù)是無限次的，但是液流電池的缺點(diǎn)這時候也顯現(xiàn)出來了，能量密度比鋰電池低很多，不是一個數(shù)量級，所以它的占地面積會比較大。占地面積大這個事情我們做過一個測算，我們做到一百兆瓦、4小時的儲能電站的時候，如果鋰電池也做同樣大小的儲能電站的話，液流電池和鋰電池的占地面積其實(shí)是差不多的，液流電池不存在安全風(fēng)險(xiǎn)，所以沒有安全間距的要求，但是鋰電池不可以。第三是長時儲能，中間一個方塊是電池堆，左右兩邊是電解液儲罐，電解液儲罐可以把它想象成汽車油箱，裝多少油能跑多遠(yuǎn)，裝多少儲罐、裝多少電解液儲能就能儲多長時間。現(xiàn)在最長的是儲30天，30天沒有任何外來來源，單純用它來儲能，這是它的特點(diǎn)。它的儲能不僅僅局限于4小時、6小時，可以進(jìn)行更長時間的。中間的電池堆像汽車發(fā)動機(jī)，進(jìn)行長時間儲能主要由于功率模塊和容量模塊進(jìn)行了分開。其次，它的溫度適應(yīng)性非常好。零下20度的環(huán)境下，都不會對電池造成任何影響，它不會像其他電池一樣，在低溫環(huán)境下性能會有影響。

 

很多人都知道全釩液流電池，全釩液流電池做得非常成熟，我們做的是鐵-鉻液流電池，不太一樣。為什么選擇鐵-鉻液流電池這樣一個路線，因?yàn)樗膬α糠浅４螅F和鉻的儲量，僅僅是鉻的儲量就是120億噸，而釩的儲量在全球是6300萬噸，鋰的儲量是8900萬噸。從儲量角度可以看出，它的價(jià)格走勢是完全不一樣的。上面這些波動非常厲害的曲線，尤其近期波動的那條曲線，其實(shí)是近期鋰的價(jià)格走勢線，是飛升的狀態(tài)。中間藍(lán)色的尖峰是釩在2018年從5萬/噸，直接漲到50萬/噸，這些都是它的稀缺性所造成的，但是最底下紅色的線幾乎看不出來的就是鐵-鉻線，說明它的成本優(yōu)勢非常明顯，因?yàn)樗馁Y源非常豐富。

 

如圖是我們在北京的研發(fā)實(shí)驗(yàn)室。目前我們已經(jīng)具備了從材料，到短電池堆，到系統(tǒng)整體的測試能力。如圖是我們在山東濰坊的裝備制造基地，已經(jīng)投產(chǎn)了，它每年可以生產(chǎn)五千臺30千瓦的電池堆。

 

這個技術(shù)最早是美國宇航局發(fā)現(xiàn)的技術(shù)，在這個技術(shù)之后他們遇到了很多瓶頸，所以后來他們把這個技術(shù)轉(zhuǎn)成了民用。我們現(xiàn)在已經(jīng)解決了相關(guān)的技術(shù)瓶頸，比如我們現(xiàn)在做的電池堆，第二代電池堆已經(jīng)達(dá)到了國際領(lǐng)先的水平，我們的電流密度已經(jīng)達(dá)到140毫安/平方厘米，比之前要高很多，之前美國大概能到30毫安/平方厘米，現(xiàn)在我們已經(jīng)做到140毫安/平方厘米。為什么要做這個電流密度，因?yàn)檫@樣的電池堆會非常小。如右圖45千瓦的電池堆，它的體積是原來30千瓦電池堆的二分之一，重量是原來的三分之一，這個就是技術(shù)進(jìn)步所造成的成本下降，以及占地面積的下降，非常明顯。我們也打造了模塊化的產(chǎn)品，非常的安全可靠。

 

如圖是我們在河北張家口做的第一個示范項(xiàng)目。它是一個250kW/1.5MWh的項(xiàng)目，它是跟光伏匹配的，這是一個發(fā)電側(cè)的應(yīng)用案例，目前已經(jīng)運(yùn)行兩年了，儲能時長我們特意設(shè)計(jì)了6小時，在光伏白天最好的時候全部儲起來，這是光伏最好的時候，也是電價(jià)最便宜的時候，晚上一次性6個小時把它放出去，這個項(xiàng)目已經(jīng)運(yùn)行兩年，而且張家口那個地區(qū)是極寒地區(qū)，雖然它離北京非常近，但是張家口從當(dāng)年9月到第二年5月都是下雪的，都是零下的溫度，這種項(xiàng)目在這種惡劣環(huán)境下現(xiàn)在項(xiàng)目正常運(yùn)行兩年了。

 

今年我們正在做的是電網(wǎng)側(cè)的應(yīng)用案例，它其實(shí)是一個局域網(wǎng)，也是在一個極寒地區(qū)內(nèi)蒙古，液流電池特別適合挑戰(zhàn)極寒地區(qū)以及極高溫地區(qū)。如圖是1MW/6MWh的項(xiàng)目，這個對液流電池來說也是一個里程碑式的項(xiàng)目，液流電池規(guī)模上兆瓦級是很有挑戰(zhàn)的，可能對鋰電池特別簡單，但是對于液流電池來說非常難。在這個區(qū)域我們也是一個源網(wǎng)荷儲一體化的項(xiàng)目，它有電解鋁，還有電源，我們給它配上相應(yīng)的儲能，進(jìn)行局域網(wǎng)的調(diào)度。

 

今年我們還在做一個10兆瓦/60兆瓦時的項(xiàng)目。包括示范項(xiàng)目投運(yùn)，量產(chǎn)投產(chǎn)都獲得了《人民日報(bào)》和國資委的關(guān)注和報(bào)道。以上是我的分享，謝謝各位！