中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：4月24-26日，由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)主辦的第九屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)在浙江省杭州市洲際酒店召開。在4月26日上午的“儲(chǔ)能電站與技術(shù)應(yīng)用（四）“專場(chǎng)，中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司儲(chǔ)能技術(shù)中心主任楚攀在會(huì)上分享了主題報(bào)告《基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)和未來預(yù)測(cè)》，以下為演講實(shí)錄：
楚攀：感謝大會(huì)給我這個(gè)機(jī)會(huì)今天來給大家分享一下我的報(bào)告。這是我的報(bào)告題目“基于驅(qū)動(dòng)技術(shù)的儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)和未來預(yù)測(cè)”，其實(shí)我不是做數(shù)據(jù)分析的，但是我統(tǒng)計(jì)了一些數(shù)據(jù)給大家看一下未來儲(chǔ)能會(huì)朝哪個(gè)方向來發(fā)展。
從國(guó)家戰(zhàn)略來看，這是國(guó)家發(fā)改委和能源局2016年頒布的《能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略》，我摘抄了一些關(guān)鍵的點(diǎn)，根據(jù)這個(gè)革命戰(zhàn)略，我們的非化石能源要達(dá)到占比20%左右，非化石能源的發(fā)電量要達(dá)到50%，舉一些專家的測(cè)算，如果非化石能源的發(fā)電量要達(dá)到整個(gè)電力消費(fèi)的50%的話，非化石能源的裝機(jī)將達(dá)到80%，就是說我們未來的光伏風(fēng)電還有非常大的想象空間。
從全世界角度來看，這個(gè)是2015年的時(shí)候，右下角黃色之指可再生能源電力，在全球能源電力的結(jié)構(gòu)19.3%，2016年增長(zhǎng)到了24.5%，2017年繼續(xù)增長(zhǎng)，增長(zhǎng)到26.5%，但是2018年的數(shù)據(jù)暫時(shí)還沒出來，因?yàn)?018年的報(bào)告出的是2017年的數(shù)據(jù)，2019年出2018年的報(bào)告，暫時(shí)還沒有，但是我看了一下我們國(guó)家能源局的統(tǒng)計(jì)，大概中國(guó)可再生能源電力的占比已經(jīng)達(dá)到了接近1/3，就是這個(gè)趨勢(shì)一直在增長(zhǎng)，可再生能源的電力一直在增長(zhǎng)，我們隨之配套儲(chǔ)能又是多少呢？大家可以稍微計(jì)算一下。
接下來看一下全球光伏的增長(zhǎng)情況。這是過去10年的增長(zhǎng)情況，數(shù)據(jù)來源是IEA國(guó)際能源署，數(shù)據(jù)還是比較權(quán)威的，大家看到增長(zhǎng)非?？欤覀円恢币詾檫@幾連光伏不是受到了一些打擊，只是政策上的，但是裝機(jī)容量增長(zhǎng)很快，基本上呈現(xiàn)了指數(shù)級(jí)的增長(zhǎng)。
（PPT）這是我們光伏裝機(jī)前十名的國(guó)家，最高是中國(guó)，然后是美國(guó)、日本、德國(guó)，做儲(chǔ)能的同仁可以比較清楚的知道，其實(shí)這幾個(gè)國(guó)家也是儲(chǔ)能市場(chǎng)最好的，所以我們最大的儲(chǔ)能市場(chǎng)還是在中國(guó)，海外也就是美國(guó)、日本、德國(guó)、意大利這些國(guó)家。
接下來這張是全球的風(fēng)電裝機(jī)容量的增長(zhǎng)，也是過去十年，其實(shí)也是很快速的在增長(zhǎng)，曲線類似于指數(shù)增長(zhǎng)吧。
看一下各個(gè)國(guó)家之間的占比，最大的還是中國(guó)，然后是美國(guó)、德國(guó)、印度、西班牙，這些國(guó)家也都是儲(chǔ)能，包括一些儲(chǔ)能+風(fēng)電，光儲(chǔ)一體化項(xiàng)目最多的國(guó)家。這也是開拓的重要目標(biāo)。
這是一個(gè)比較新的情況，是海上風(fēng)電近十年的增長(zhǎng)，大家可以看多，海上風(fēng)電其實(shí)增長(zhǎng)的也非常快，主要在歐洲，尤其在北歐。為什么我把這張圖拎出來呢，我是來自廣東省的，廣東省能源設(shè)計(jì)院，目前廣東的海上風(fēng)電，包括江蘇、浙江的海上風(fēng)電發(fā)展非常快，廣東省將在2030年建成3千萬千瓦的裝機(jī)容量，非常大，加上廣東省目前已有的光伏和路上風(fēng)電，到2030年有可能有6千到7千萬的可再生能源的裝機(jī)，這樣的裝機(jī)下電網(wǎng)需要多少的儲(chǔ)能能量來進(jìn)行配套，大家可以估算一下。
接下來換一個(gè)角度，從科學(xué)的角度來看。為什么呢？因?yàn)槠鋵?shí)我們現(xiàn)在很多技術(shù)的最原始的驅(qū)動(dòng)力都是從大學(xué)、研究所出來的。我們看一下論文數(shù)量的變化，這是從1976年到2019年整個(gè)風(fēng)電領(lǐng)域論文每年發(fā)表數(shù)量的變化，大家可以看到，當(dāng)論文快速增長(zhǎng)的時(shí)候，基本上是處于指數(shù)增長(zhǎng)的拐點(diǎn)，也是我們風(fēng)電行業(yè)快速發(fā)展的時(shí)候，大概2007、2008年，增長(zhǎng)速度非?？?。這是光伏領(lǐng)域的，和風(fēng)電的規(guī)律是類似的也是當(dāng)論文快速增長(zhǎng)的時(shí)候，在他指數(shù)增長(zhǎng)曲線拐點(diǎn)的時(shí)候，也是光伏領(lǐng)域發(fā)展非常快的這些年份。其實(shí)很多時(shí)候我們這個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展，很多事物的發(fā)展規(guī)律，大部分都是指數(shù)級(jí)的，包括一個(gè)公司營(yíng)業(yè)額的增長(zhǎng)，包括比如說微信用戶數(shù)的增長(zhǎng)，我們做一個(gè)行業(yè)也是類似的，但是我們大部分人都是線性思維，所以我們看待一個(gè)行業(yè)要用指數(shù)型思維。我們?cè)倏磧?chǔ)能領(lǐng)域論文的變化趨勢(shì)，我感覺已經(jīng)到了，像2018年、2019年已經(jīng)到了指數(shù)增長(zhǎng)快速變化的區(qū)域，未來很可能是一個(gè)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。
我統(tǒng)計(jì)了18182篇期刊論文的關(guān)鍵詞，分析一下目前儲(chǔ)能領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的是什么。大家可以看到關(guān)鍵詞很多，像蓄能器、儲(chǔ)能器、儲(chǔ)能系統(tǒng)，這些都是基礎(chǔ)概念類的詞。最后我統(tǒng)計(jì)了一下得出來關(guān)鍵的是這樣，未來需要我們關(guān)注的儲(chǔ)能技術(shù)和儲(chǔ)能發(fā)展方向，現(xiàn)有的就不說了，像鋰離子儲(chǔ)能，現(xiàn)在非?；鹆?，這是現(xiàn)在的，我們要謀發(fā)展肯定要看未來，所以我們要看未來的趨勢(shì)，大概有這三個(gè)方面，從18000多篇論文的關(guān)鍵詞里總結(jié)出來的，超級(jí)電容、飛輪儲(chǔ)能、混合儲(chǔ)能系統(tǒng)。因?yàn)槟壳罢麄€(gè)儲(chǔ)能領(lǐng)域，鋰離子儲(chǔ)能介紹的非常多，接下來我介紹一下飛輪儲(chǔ)能，最后再介紹一下混合儲(chǔ)能系統(tǒng)。
飛輪儲(chǔ)能大家也比較熟悉，其實(shí)是一種機(jī)械儲(chǔ)能方式，工作原理很簡(jiǎn)單，能量計(jì)算公式就是這樣的，所以儲(chǔ)存多少能量就可以根據(jù)它的轉(zhuǎn)速非常容易的測(cè)算出來，就是說它的SOC是非常容易測(cè)定的，這點(diǎn)是相對(duì)于電化學(xué)最大的不同。這是它的一些核心模塊，目前做的比較好的飛輪儲(chǔ)能大概每分鐘可以到三四萬轉(zhuǎn)，它的日歷壽命大概20年，幾百萬次已經(jīng)不足以描述了，只要你的金屬疲勞滿足安全就可以一直運(yùn)轉(zhuǎn)。核心系統(tǒng)分為飛輪模塊、圖形用戶模塊、飛輪控制單元，最關(guān)鍵是磁力軸承技術(shù)，為了維持磁軸承減少它的能量消耗，還有對(duì)應(yīng)的抽真空系統(tǒng)。
這是目前比較成熟的產(chǎn)品規(guī)格，單機(jī)功率450千瓦，大概能做15秒，目前這個(gè)也是我們廣東院做的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)里面比較重要的裝備，后面會(huì)講到，我們用到了火電廠AGC調(diào)頻項(xiàng)目里。這個(gè)是150千瓦的，這個(gè)稍微小一，時(shí)長(zhǎng)依然是15秒，這些都是非常成熟的產(chǎn)品，在國(guó)外大概已經(jīng)用了1500—2000套。這個(gè)是目前正在研發(fā)的一些飛輪儲(chǔ)能產(chǎn)品，未來像后面容量最大的那個(gè)儲(chǔ)存電量有200千瓦時(shí)的儲(chǔ)能產(chǎn)品，它完成之后我覺得可能獨(dú)立承擔(dān)一些調(diào)頻任務(wù)，甚至是一些小型的調(diào)峰任務(wù)。
飛輪陣列系統(tǒng)的特點(diǎn)，時(shí)間關(guān)系不一一念了。總之，我覺得最好的一個(gè)特點(diǎn)就是它的SOC狀態(tài)是完全透明的，這點(diǎn)在調(diào)頻里，尤其是在火電廠聯(lián)合AGC的二次調(diào)頻是非常關(guān)鍵的對(duì)，SOC狀態(tài)的把握才知道你去響應(yīng)指令該如何響應(yīng)、能夠響應(yīng)到什么深度。
這是飛輪儲(chǔ)能的核心技術(shù)，也不一一念了。核心優(yōu)勢(shì)，長(zhǎng)壽命、低成本、易回收，也是電力行業(yè)比較關(guān)注的幾點(diǎn)。
這個(gè)是飛輪儲(chǔ)能和鉛酸電池相比，從統(tǒng)計(jì)學(xué)的觀點(diǎn)來說，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)做的UPS安全性是高于鉛酸電池的，大家可能覺得三元鋰不安全，甚至磷酸鐵鋰有時(shí)候也出問題，都覺得鉛酸夠安全了吧，實(shí)際鉛酸電池依然可能會(huì)發(fā)生一些事故，比如像左下角某個(gè)銀行的數(shù)據(jù)中心，由鉛酸電池做的UPS系統(tǒng)發(fā)生了火災(zāi)，導(dǎo)致了2億人民幣的損失。
飛輪儲(chǔ)能應(yīng)用的領(lǐng)域非常多，數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、賭場(chǎng)，包括機(jī)場(chǎng)，還有一些工業(yè)企業(yè)電子廠房，也可以用于應(yīng)急電源車。這是比較有意思的，現(xiàn)在在地鐵的進(jìn)出站能量回收方面，一般來說，大部分采用的都是這樣的技術(shù)消耗到了電能，用飛輪技術(shù)就可以把這個(gè)能量回收，投資回收期也比較好。
這個(gè)是能夠帶來的一些好處，我就不一一念了，其實(shí)用了論之后我們就不采用制動(dòng)電阻了，這樣帶來的輔助效果是可以減少隧道內(nèi)的熱量，還降低了空調(diào)的成本。
這是一個(gè)在國(guó)外應(yīng)用的例子，在美國(guó)洛杉磯應(yīng)用的例子，用飛輪儲(chǔ)能回收制動(dòng)的能量，只回收了15%左右，雖然只回收了這么一點(diǎn)，沒有完全回收，大概5年的投資回收期，就可以把投資成本回收回來，按照飛輪的使用壽命，而且還有飛輪比較低的維護(hù)成本，大概后面還有15年左右的使用期，是非常好的商業(yè)模式。目前國(guó)內(nèi)也有地鐵在做類似的項(xiàng)目，可能快的話2019年大家在沈陽看到這樣的項(xiàng)目。
接下來是在電力市場(chǎng)的應(yīng)用，尤其是在電力輔助市場(chǎng)，電力輔助市場(chǎng)大家現(xiàn)在比較熟悉的，像一次調(diào)頻、二次調(diào)頻，包括機(jī)組靈活運(yùn)行，二次調(diào)頻比較多，像在山西，最早是在山西做起來，第一可能是北京石景山，一次調(diào)頻主要集中在東三省區(qū)域，還有火電機(jī)組的靈活運(yùn)行。
調(diào)頻的需求，這是二次調(diào)頻的需求，我們經(jīng)過分析可以發(fā)現(xiàn)，全天的調(diào)頻需求基本上是符合正態(tài)分布，我們對(duì)它進(jìn)行頻率分析，知道它的一個(gè)月中高頻分量占全部調(diào)頻分量的23%—36%，一天中的高頻分量到調(diào)頻中的30—40%。我們快速響應(yīng)的調(diào)頻資源，像飛輪、鋰離子儲(chǔ)能都可以很好的改善。
我們針對(duì)不同的調(diào)頻需求再繼續(xù)分解，看看用什么樣的儲(chǔ)能技術(shù)去滿足這個(gè)需求。比如一次調(diào)頻，我們從頻率的觀點(diǎn)來看，就屬于一個(gè)極高頻的需求，目前的儲(chǔ)能技術(shù)可能就飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容比較合適。二次調(diào)頻，可以分成高頻需求和部分低頻需求，高頻需求分飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容、電化學(xué)，低頻需求分為電化學(xué)和小型壓縮空氣儲(chǔ)能。靈活運(yùn)行，極低頻需求，分為小型壓縮空氣儲(chǔ)能、電鍋爐儲(chǔ)能。目前在東三省就有一些這樣的項(xiàng)目，尤其是一些熱電廠，在冬季的時(shí)候，電網(wǎng)需求沒那么大，讓你負(fù)荷上網(wǎng)越少越好，多上網(wǎng)反而罰款，所以現(xiàn)在東三省的電廠做了一些改造，就是把電轉(zhuǎn)化為熱，一些熱電廠都在改造，都需要供熱的時(shí)候再把這個(gè)熱量供應(yīng)出去。大家可能覺得，尤其是搞這些能量品位的專家覺得不是浪費(fèi)嘛，把高品位的變成低品位的，經(jīng)濟(jì)上是可行的，這個(gè)商業(yè)模式目前在東三省是行得通的。
這是一次調(diào)頻，這是我們目前在做的一個(gè)項(xiàng)目，隨便拿一點(diǎn)數(shù)據(jù)來分享，大家也不要傳播。
一次調(diào)頻當(dāng)它的頻率變動(dòng)的時(shí)候，目前很多機(jī)組大家都很熟悉，自帶一次調(diào)頻能力，但是為了安全起見，為了機(jī)組的一體化，為了鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行，很多一次調(diào)頻信號(hào)是不響應(yīng)的，現(xiàn)在有一些區(qū)域的電網(wǎng)公司，他們對(duì)于你不響應(yīng)一次調(diào)頻信號(hào)是有罰款的，如果我們能配上飛輪儲(chǔ)能。大家可以看到，頻率的變化是綠色這條線，突然跌落就需要我們的輸出功率來增加，最后達(dá)到頻率的平衡。深藍(lán)色的這條線是我們實(shí)際的處理，就是沒有配套飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的時(shí)候的處理情況，這個(gè)是不達(dá)標(biāo)的。如果我們配套了一定量的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以達(dá)到虛線的紫色線的情況，就達(dá)到了電網(wǎng)一次調(diào)頻各項(xiàng)參數(shù)的考核，就不會(huì)再罰款了。
二次調(diào)頻領(lǐng)域，剛剛我也介紹到了，二次調(diào)頻的需求可以分為高頻和低頻，高頻的時(shí)候其實(shí)我們是可以用飛輪儲(chǔ)能來做的，低頻鋰離子電池是比較合適的，為什么要這樣做呢？這就涉及到現(xiàn)在目前電化學(xué)聯(lián)合火電機(jī)組AGC調(diào)頻的一些問題，根據(jù)中國(guó)電科院的一些測(cè)試數(shù)據(jù)，基本上中國(guó)電科院他們把國(guó)內(nèi)這些一線品牌的電池都測(cè)過，大概運(yùn)行超過3個(gè)月以上，你的SOC的偏差可能就會(huì)超過10%，如果運(yùn)行超過半年以上，你的SOC的偏差，鋰離子儲(chǔ)能的、磷酸鐵鋰，整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的SOC偏差可能達(dá)到30%，大家知道在AGC調(diào)頻過程中，我們對(duì)整個(gè)鋰離子儲(chǔ)能系統(tǒng)是快速的頻繁的淺充淺放，雖然是淺充淺放但是次數(shù)非常多，一直沒有機(jī)會(huì)進(jìn)行自己的校核，結(jié)果導(dǎo)致他的SOC狀態(tài)偏差越來越大，有可能運(yùn)行一年之后不校正，你的SOC偏差達(dá)到了50%，這套系統(tǒng)就沒有辦法運(yùn)行了?，F(xiàn)在調(diào)度信號(hào)來了需要你放電，從SOC上看你還有電但是放不出來，或者從實(shí)際信號(hào)看能充電，實(shí)際上充不進(jìn)去，不能響應(yīng)調(diào)頻費(fèi)用拿不到?，F(xiàn)在在山西包括廣東的項(xiàng)目剛剛做，出現(xiàn)這種情況還比較少，廣東省第一個(gè)項(xiàng)目才剛剛幾個(gè)月。按照一些做的比較好的調(diào)頻情況，一天收益大概七八萬，如果你停一天就是七八萬的損失。
鋰離子調(diào)頻電站和飛輪儲(chǔ)能調(diào)頻電站，我覺得二者可以結(jié)合起來。飛輪儲(chǔ)能電站和鋰離子調(diào)頻電站結(jié)合起來以后形成混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，就是我剛剛分布1.8多萬篇論文的時(shí)候研究的一個(gè)趨勢(shì)，讓飛輪儲(chǔ)能去響應(yīng)整個(gè)調(diào)頻過程中頻率非常高的這一段，讓它去發(fā)揮大功率、短時(shí)間充放電的作用，承擔(dān)尖峰的處理，讓我們的電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)承擔(dān)基礎(chǔ)部分的，減少我的充放電時(shí)候的倍率，提高安全性。另外一點(diǎn)，有了飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的存在，當(dāng)我不響應(yīng)電網(wǎng)的調(diào)度信號(hào)的時(shí)候，其實(shí)可以把鋰離子電池里面的電充到飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)里面，這樣轉(zhuǎn)移看起來有一點(diǎn)能量效率的損失，可能損失10%幾，但是可以用這種方式對(duì)鋰離子儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，就是說讓它的SOC會(huì)更加準(zhǔn)確，這樣的話對(duì)它未來的運(yùn)行也會(huì)提高幫助，整體來說還是會(huì)提升整個(gè)項(xiàng)目的收益能力的。
目前廣東省內(nèi)的一個(gè)火電廠在做這樣的混合儲(chǔ)能調(diào)頻的系統(tǒng)，做成之后有可能在2019年，如果一切順利的話，包括調(diào)試各方面，必定是兩個(gè)不同的子系統(tǒng)，一個(gè)機(jī)械儲(chǔ)能、一個(gè)化學(xué)儲(chǔ)能要聯(lián)合運(yùn)行，如果一切順利可能2019年會(huì)投入運(yùn)行，到時(shí)候可能會(huì)是權(quán)利第一個(gè)，預(yù)計(jì)它的KP值的提升，會(huì)在單純的用鋰離子的基礎(chǔ)之上提高20%—30%。
（PPT）這是我對(duì)未來儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的一個(gè)判斷，可能不準(zhǔn)，請(qǐng)大家參考。
感謝大家，我的分享到此結(jié)束。
（本文根據(jù)演講錄音整理，未經(jīng)演講人本人審核）
