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新型储能“蓄”势而发

作者:数字储能网新闻中心 来源:中央纪委国家监委网站 发布时间:2024-04-03 浏览:

数字储能网讯:“新型储能”今年首次被写入政府工作报告,标志着“发展新型储能”将成为今年乃至今后相当长的一段时期内我国经济社会发展的重要任务之一。作为推动能源绿色低碳转型的重要装备基础,新型储能就像一个巨大的“充电宝”,又像是一个新能源电力的“调节器”:平时,它会把风电、光伏等新能源电力的富余电量储存起来,等到用电高峰期再释放出来,起到削峰填谷、应急供电等多重作用。

“双碳”目标之下,我国新能源电力装机量快速增长,同时,风电、光伏等新能源电力“看天吃饭”的季节间歇性、波动性对电网的影响也越来越大,使得国内市场对储能的需求大幅提升。相较于抽水蓄能等传统储能,新型储能类型多样,且具有选址灵活、建设周期短、响应快速等优势。近年来,随着我国新能源发电规模的持续增长,各类新型储能技术性能指标不断提高,部分技术处于国际先进水平。数据显示,截至2023年底,全国已建成投运新型储能项目累计装机规模达3139万千瓦。2023年新增新型储能装机规模比2022年底增长幅度超过260%,近10倍于“十三五”末的装机规模。截至去年年底,全国已有11省(区、市)新型储能的装机规模超过百万千瓦。

地下废弃盐穴变身电能储藏库

一次充电可为电网供电30万度

3月26日晚18点,随着夜幕即将降临,位于江苏省常州市金坛区的江苏金坛盐穴压缩空气储能电站进入每天的放电时段。收到电网调度指令后,电站开始进行压缩空气管道疏水、暖管、冲转升速等一系列操作,随后,这些电能通过110KV专用线路,进入江苏电网,点亮千家万户。

江苏金坛盐穴压缩空气储能电站是全国首个正式投入商业运营的压缩空气储能电站,也是世界首个非补燃式的压缩空气储能电站。压缩空气储能是一种新型的物理储能方式,其充放电原理类似于给轮胎打气:当电力需求低时,电站用无法消纳的新能源的电能将空气压缩储存到一个大型的储气空间中,将电能转变为空气压力能;在电能需求高峰时,再把空气压力转换为电能。

自2022年5月正式投运以来,江苏金坛盐穴压缩空气储能电站完成的调峰电量已超过2亿度。电站完成一次充电需8小时,充满后可放电5小时,一次充电可为电网供电30万度。

一般来说,建造压缩空气储能系统需要特殊的地理空间作为大型储气室,比如地下盐穴。江苏金坛盐穴压缩空气储能电站负责人林迎虎介绍,盐穴是用盐矿水溶法采盐后废弃的矿洞,一般位于地下800—1000米的深处,整个盐穴的高度能达到100多米。为了找到适合建造储能电站的盐穴,工作人员前期进行了详细的勘察和评估,一方面空间要足够大,气密性和岩壁强度要高;另一方面,盐穴的渗漏性也要得到严格控制,以防止储存能量的损失和地下水污染。虽然找到合适的盐穴并非易事,但相比于传统的抽水蓄能,压缩空气储能依然有着显著优势:选址更灵活,对环境影响小,建设周期也更短。

“我们在国内首次利用地下盐穴解决了大容量、高参数压缩空气存储难题,改变了传统电力‘即发即用’的状况,实现了电能“时移”,可为电网提供±6万千瓦的调峰能力。”林迎虎表示,江苏金坛盐穴压缩空气储能电站在电网安全运营中主要发挥了三大作用,一个是存储低谷电能,并在用电高峰时释放使用,以实现削峰填谷;另一个是电力负荷平衡,电站可在短时间内启动并达到全负荷工作状态,比普通的燃煤电站的启动时间快很多;最后是可作为线路检修、故障或紧急情况下的备用电源。

江苏金坛盐穴压缩空气储能电站有一个重要创新点是全球首创的“非补燃”技术。“我们会对压缩储气过程中产生的热量回收,存储在储热系统中;在释放压缩空气时,再用这些热量来加热空气,利用高温高压的空气释放时产生的能量来发电。相对于补燃式,非补燃技术在压缩空气发电过程中不依赖外部能源燃烧加热,全年可节约标准煤4万吨,减少二氧化碳排放超15万吨。”林迎虎表示。

压缩空气法是继抽水蓄能之后,第二大被认为适合GW级大规模电力储能的技术。2022年,国家发展改革委、国家能源局印发《“十四五”新型储能发展实施方案》,将百兆瓦级压缩空气储能技术列入“十四五”时期新型储能核心技术装备攻关重点方向之一。目前,我国已有不少城市建设了压缩空气储能电站。随着技术进步,不依赖盐穴等地理因素的压缩空气储能电站也逐步出现。近年来,辽宁朝阳、甘肃酒泉两个300兆瓦压缩空气储能电站示范项目开工,破解了压缩空气储能受地理条件制约的世界性难题,让更多城市都具备了建设这类储能电站的可能。

多条锂离子电池储能技术路线“一站集成”

每年可向粤港澳大湾区供电约4.3亿度

广东省佛山市南山区,坐落着粤港澳大湾区首个超百兆瓦的电池储能项目——南方电网佛山宝塘电网侧独立电池储能站(下称“宝塘储能站”)。在电站的院子里,一排排外观如同集装箱的白色储能系统整齐排布,里面盛放有电池簇、电池管理系统、储能变流器等多个重要系统,在电网需要时可以做到“毫秒级”响应,为区域内电网平稳运行提供支持。

宝塘储能站于今年1月投运,是我国首个多技术路线锂离子电池储能站,在这里,我国首次实现了多条锂离子电池储能技术路线的“一站集成”——一个储能电站应用了9条差异化的锂离子电池储能技术路线,不同路线具有不同的技术特点,可以实现优势互补,每年大约可向粤港澳大湾区提供4.3亿度清洁电。

南方电网调峰调频(广东)储能科技有限公司的有关负责人表示,能够在这样大规模的新型储能电站同时运用多种技术路线,一个重要原因是国内锂离子电池储能技术的快速成熟发展。在建造过程中,宝塘储能站运用了多项锂离子电池领域的创新技术,比如浸没式液冷技术,这是一种创新的散热技术。电池在运行过程中大多都会释放热量,高温不仅容易对电池造成损害,也会带来安全隐患。浸没式液冷技术可以让电池浸没在一种高热传导性的液体中,液体能够吸收和分散电池产生的热量,对电池起到保护作用,减少电池热失控带来的危险。

数据显示,从我们国家目前投运的新型储能项目类型来看,锂离子电池储能是最为普遍的类型。截至2023年底,我国已投运的锂离子电池储能占比97.4%,铅炭电池储能占比0.5%,压缩空气储能占比0.5%,液流电池储能占比0.4%,其他新型储能技术占比1.2%。锂离子电池储能以绝对优势占据主导地位。

当前,我国大中型锂离子电池储能电站使用的主要是磷酸铁锂电池,相较于传统的电池,这种电池具有寿命长、能量密度高、充电速度更快等优势。在面积相当于5个半标准足球场的宝塘储能站内,共安置了88套磷酸铁锂储能系统,这些电池均来自于国内磷酸铁锂电池生产企业。随着技术的创新,我国磷酸铁锂电池产品的性能在不断提升,而成本相较过去也逐步下降。

近年来,我国各地陆续建成多个以锂离子电池储能为技术支撑的新型储能电站,这些储能电站不仅给城市居民用户带来便利,还为工商企业降低了高峰负荷时期的用电成本,解决了一些大城市商业区在用电紧张时需要追加电力设施投资的问题。

关键材料基本实现国产化

储能技术多元发展不断迭代

国家能源局近日印发《2024年能源工作指导意见》,其中提出要推动新型储能多元化发展。近年来,随着技术的进步,不同类型、不同模式的新型储能项目逐步落地应用。按照类型划分,当前新型储能类型有电化学储能、物理储能以及氢储能等。在电化学储能中,除了近年来发展较为成熟的锂离子电池储能技术,还有较晚发展起来的全钒液流电池储能;而物理储能中除了压缩空气储能,还出现了飞轮储能、重力储能等。

在全钒液流电池储能领域,国内目前已建成的全钒液流电池储能电站已达20余座。其中,位于辽宁省大连市的大连液流电池储能调峰电站一期工程,是全球第一座100MW(兆瓦)级液流电池储能电站,该电站最多可存放40万度电,按照中国居民日常生活每日人均用电2度左右计算,可满足20万居民一天的用电需求。

全钒液流电池,仅从名字来看,它的特别之处在于“液流”二字。与锂离子电池等一般蓄电池不同,全钒液流电池的正负极不是固体,而是电解液,正负两种形态的电解液独立分离放置在不同的容器中,通过管道泵入液流电池堆栈中,持续发生电化学反应。这些电解液可以循环使用,因此电池的寿命更长。

目前,我国在全钒液流电池方面的技术水平已处于国际领先水平,全钒液流电池的关键材料已基本实现了国产化。大连液流电池储能调峰电站所使用储能技术均为我国自主研发。科研团队从2000年就开始了全钒液流电池技术的研究,完成了从实验室基础研究到产业化应用的发展过程,申报发明专利数百项,形成了完整的液流电池技术自主知识产权体系。

在辽宁省沈阳市,拥有全球领先磁悬浮飞轮技术的沈阳微控飞轮技术股份有限公司(以下简称微控飞轮)目前接到的订单已经排产到了今年10月。微控飞轮的董事长张庆源介绍,飞轮储能是一种新型储能方式,在用电低峰时期,通过飞轮的持续稳定高速旋转,可以将电能转化为动能储存起来,到了有用电需求时再将动能转化为电能。原理看似简单,实际上技术难度极高。目前微控飞轮生产的飞轮是有专利技术的定制钢锭,最高转速可实现每分钟超过4万转,充放电循环超过200万次,使用寿命20年。

有关专家认为,随着科技的不断进步,我国储能技术多元发展、不断迭代,锂离子电池、压缩空气储能等技术达到国际先进水平。国家能源局能源节约和科技装备司副司长边广琦也表示,新型储能日益成为我国建设新型能源体系和新型电力系统的关键技术。下一步,国家能源局将积极鼓励技术创新,结合新型储能发展特点,有针对性地开展工作,着力推动新型储能多元化高质量发展。(中央纪委国家监委网站 王雅婧)

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