混合儲能如何實現(xiàn)“1+1>2”

　　與傳統(tǒng)單一儲能技術相比，混合儲能組合了多種不同儲能技術路線，能達到縮減系統(tǒng)成本或增加生命周期，提升系統(tǒng)效率和綜合性能的效果，是目前電力系統(tǒng)儲能領域的研究重點和發(fā)展方向。目前，我國混合儲能項目運行情況如何?發(fā)展還面臨哪些問題?如何科學設置各儲能設備容量配比，實現(xiàn)整體效益最大化?

　　日前，國家能源局正式發(fā)布《新型儲能試點示范項目名單》，共56個項目成功入選，其中包括山東省利津縣795MW/1600MWh、山西省朔州市平魯區(qū)100MW/200MWh、新疆維吾爾自治區(qū)哈密市伊州區(qū)256.5MW/1000MWh在內的混合儲能項目7個。入選的混合儲能項目之多也成為此次新型儲能試點示范的一大亮點。

　　示范的意義是為了引領行業(yè)。與傳統(tǒng)單一儲能技術相比，混合儲能組合了多種不同儲能技術路線，充分利用各自優(yōu)勢，彌補單一儲能的技術缺陷，以縮減整個系統(tǒng)成本或增加生命周期，提升系統(tǒng)效率和綜合性能，是目前電力系統(tǒng)儲能領域的研究重點和發(fā)展方向。目前，我國混合儲能項目運行情況如何?發(fā)展還面臨哪些問題?如何科學設置各儲能設備容量配比，實現(xiàn)整體效益最大化?《中國能源報》記者就此進行了采訪。

　　取長補短、恰逢其時

　　目前，常見的儲能技術包括能量型的抽水蓄能、鋰離子電池、壓縮空氣、液流電池，功率型的飛輪儲能、超級電容等，各儲能技術參數(shù)、優(yōu)勢特點、適合場景各不相同。隨著電力系統(tǒng)需求的不斷細化，單一類型的儲能已難以同時滿足建設周期、配置靈活性、安全性、響應速度、儲能時長、使用壽命、經濟效益等方面的要求。

　　取長補短——混合儲能應運而生。華北電力大學教授鄭華向《中國能源報》記者介紹，混合儲能形式多樣，多為兩種或兩種以上不同性能特點的儲能技術組合，可簡單分為：不同類型儲能的混合，比如液流電池+磷酸鐵鋰電池、液流電池+飛輪儲能、超級電容+磷酸鐵鋰、飛輪+磷酸鐵鋰電池、儲熱+磷酸鐵鋰等;同類型儲能技術的混合，比如1C+0.25C磷酸鐵鋰等?；旌蟽δ芙Y合能量型儲能的經濟性和功率型儲能充放電速度快特性，能大幅提升儲能系統(tǒng)的整體性能和經濟性。

　　國家發(fā)改委、國家能源局印發(fā)的《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》明確提出，結合系統(tǒng)需求推動多種儲能技術聯(lián)合應用，開展復合型儲能試點示范。在政策引導下，近年來，包括山西朔州市8兆瓦“飛輪+鋰離子電池”火電機組配置混儲調頻示范項目;華能羅源發(fā)電廠“5兆瓦超級電容+15兆瓦鋰離子電池”混合儲能項目;內蒙古霍林郭勒“鐵鉻液流+飛輪+鋰電”在內的混合儲能項目陸續(xù)投產運行。

　　在鄭華看來，隨著新能源滲透率的快速增長，新型電力系統(tǒng)越來越需要具備更短時間尺度響應能力和更長時間尺度支撐能力的靈活性調節(jié)資源的加持。傳統(tǒng)機組具備分時復用和分容量復用的能力，比如燃煤機組和水電機組，可以同時承擔電量支撐和AGC調頻支撐。隨著儲能單站容量的增長，儲能電站也需要具備分時復用能力和分容量復用能力，比如在參與現(xiàn)貨的基礎上，參與AGC調頻市場等。因此，混合儲能的出現(xiàn)可謂是恰逢其時。

　　綜合效應明顯

　　從實際運行情況來看，混合儲能表現(xiàn)如何?

　　2020年7月，依托老千山風場，山西省電力公司電力科學研究院率先在國內實現(xiàn)了混合儲能技術(飛輪+鋰電)應用于新能源一次調頻的并網試驗，驗證了多種儲能裝置平抑風功率波動的可行性，為能量型+功率型混合儲能技術大規(guī)模部署提供了理論基礎和實踐經驗。

　　“試驗非常成功，功率性能指標達到了我們的預期效果。”國網山西電科院新能源所所長郭強向《中國能源報》記者介紹，單一儲能系統(tǒng)性能指標也能滿足電網需求，當初提出混合儲能是基于儲能系統(tǒng)性價比的考慮。由于電網一次調頻具有高頻次特性，單一鋰電儲能為保證安全運行，電芯更換頻率高，成本高昂。而電網一次調頻的隨機性，適合高頻次充放電但容量低的飛輪、超級電容儲能系統(tǒng)，為保證概率發(fā)生較低的大功率、長時間的一次調頻性能，配備功率更高，容量更大的儲能系統(tǒng)大大增加了項目投資成本?；旌蟽δ茏尭哳l次調頻由高頻次儲能(飛輪)完成，概率較低的大功率、長時間的一次調頻需求超出了高頻次儲能的功率和容量時，由長時儲能(鋰電)在功率和容量上進行補充。這樣可以最大程度減少鋰電裝置的動作次數(shù),提高整體系統(tǒng)使用壽命,降低事故(著火、爆炸)概率。同時，還能解決飛輪儲能高成本問題，提高儲能裝置的經濟性。

　　“打個比方，混合儲能就像合唱團有高音部和低音部，高音部唱高調，頻率高、幅度小;低音部頻次低，幅度大。”中國能源建設集團新疆電力設計院副總工程師林雪峰告訴《中國能源報》記者，新疆鋰電儲能項目年調用充放電次數(shù)約為200次，10年2000次，而鋰電使用壽命達8—10年，循環(huán)壽命5000次。這就意味著，會有3000次循環(huán)充放電的閑置和浪費。

　　若采用鉛碳電池或鈉離子電池，又不足以支撐項目10年的充放電調用。混合配置儲能，頻繁充電部分由鋰電池承擔，不太頻繁部分交給鈉離子、鉛碳電池電池。這樣的話，既可以滿足應用需求，又避免浪費，降低投資。”

　　還存在著難題

　　想法雖好，但混合儲能在實際落地過程中仍面臨諸多困難。

　　“混合儲能規(guī)模應用首先要算得過經濟賬，其次技術上要可行。”林雪峰坦言，現(xiàn)在面臨最大的問題是業(yè)主能否接受，混合儲能是新技術、新模式，有些業(yè)主、投資方持觀望態(tài)度，不敢大膽嘗試。“在鈉離子+鋰電混合儲能中，隨著上游碳酸鋰價格由2023年60萬元/噸的高位暴跌至10萬元/噸，鋰電池價格隨之出現(xiàn)腰斬。對儲能投資方而言，鋰電價格這么便宜，循環(huán)壽命浪費就浪費了，再折騰混合，意義不大。況且電網對儲能技術路線并沒有明確要求，整體能滿足充放電功率、容量調度要求即可。”

　　鄭華認為，混合儲能還處于示范應用和技術驗證階段?；旌蟽δ芸梢越档途C合成本，提升項目整體性能，拓寬適用場景。但不同類型的儲能設備之間存在著相互作用和協(xié)作的關系，其運行方式、控制策略復雜，對人員素質要求較高。

　　業(yè)內人士指出，混合儲能中各類儲能技術性能、壽命折損差異較大，如何準確評估系統(tǒng)的內部狀態(tài)，保持內部性能的穩(wěn)定一致，延緩系統(tǒng)壽命的衰退，也是混合儲能系統(tǒng)應用的一大難點。

　　“混合儲能相比與單一儲能不會大幅增加項目的運營成本，單一的儲能系統(tǒng)也需要運營和維護。”郭強認為，混合儲能最大的難題是多種儲能系統(tǒng)之間的協(xié)調控制和配合，儲能是一個系統(tǒng)，不是設備的簡單堆疊。儲能本體、控制系統(tǒng)、通訊傳輸都需要協(xié)調配合，相互適應才能顯現(xiàn)出最好的性能特性。

　　科陸電子首席戰(zhàn)略專家郭鴻進一步指出，混合儲能主要是增加了一次調頻的能力，目前一次調頻的計量尚未做到法制計量，還未有實際的市場機制支撐，暫時無明確的盈利模式。

　　配置要因地制宜

　　顯然，混合儲能不適用于所有情況。那么，哪些場景適合單一儲能，哪些場景混合儲能更優(yōu)?鄭華認為，單一類型的場景，更適合單一儲能，比如一次調頻場景、慣量支撐場景、調峰場景，等等;而多場景耦合更適合混合儲能，比如一次/AGC調頻+中長時調峰。隨著輔助服務市場規(guī)則的完善和新型電力系統(tǒng)的建設，分時復用場景會越來越多，混合儲能的應用會越來越廣泛。

　　“在目前電網調頻(包括一次調頻和二次調頻)、調峰等多種應用場景下，混合儲能是一種性價比最高的模式。”郭強指出，混合儲能系統(tǒng)的功率和容量配置應該一場一案，高頻次儲能的功率和容量要能覆蓋當?shù)?5%以上的調頻需求，才能保證不適用于高頻次充放電儲能的安全性。他強調，混合儲能的提出主要是在滿足電網需求和保證儲能系統(tǒng)安全前提下，實現(xiàn)最優(yōu)的經濟性。不同特性的儲能互補短板，不是為了混合而混合。

　　“電池混合利用不是將鈉電池和鋰電池簡單地堆疊在一起，而是將鈉電池和鋰電池各自組成一個系統(tǒng)，兩個系統(tǒng)由一套EMS進行管理，類比為兩個拳擊手共用一個大腦，該出重拳時出重拳，該出快拳時出快拳。”林雪峰進一步指出，每個場站充放電形式不一，沒辦法簡單劃定某個容量配置最優(yōu)。要根據(jù)不同工作模式，將儲能特性、價格、電池老化衰減等因素統(tǒng)統(tǒng)考慮進去，做模擬仿真計算，找到最佳配比，既滿足負載性能需求又不浪費資源，讓性價比最大化。

　　要想混合儲能發(fā)揮出“1+1>2”的效果，模型預測控制將扮演愈發(fā)重要的角色。鄭華表示，混合儲能在控制策略、運維策略要根據(jù)具體應用場景進行優(yōu)化，充分發(fā)揮各儲能優(yōu)勢，避免其劣勢，提升綜合運營性能和降低綜合運營成本是關鍵，而這需要注重數(shù)字化技術的加持和對運營技術的深刻理解。此外，混合儲能在并網標準和調度運行方面還缺乏相關的標準、規(guī)則支撐，后續(xù)應加強相關示范與標準編制工作。

　　文丨中國能源報 記者 盧奇秀