新型儲(chǔ)能投資機(jī)會(huì)漫談及獨(dú)立儲(chǔ)能電站收益分析

新型儲(chǔ)能投資機(jī)會(huì)漫談及獨(dú)立儲(chǔ)能電站收益分析說(shuō)明“碳中和”的儲(chǔ)能定位新能源，26%2020年21.6億千瓦新能源，9%59%2020年7.6萬(wàn)億千瓦時(shí)為實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，未來(lái)新增電源將以風(fēng)電、光伏等新能源為主，預(yù)計(jì)2030年前后，新能源發(fā)電裝機(jī)將達(dá)到16-17億千瓦，屆時(shí)將取代煤電成為我國(guó)裝機(jī)規(guī)模最大的電源；預(yù)計(jì)2050年前，新能源裝機(jī)規(guī)模將超過(guò)40億千瓦，發(fā)電量占比

接近50%。

“碳中和”大背景裝機(jī)結(jié)構(gòu)

發(fā)電量結(jié)構(gòu)2050年15.6萬(wàn)億千瓦時(shí)2030年1

1.5萬(wàn)億千瓦時(shí)2060年16萬(wàn)億千瓦時(shí)新能源，

29%2030年

40億千瓦2060年

69億千瓦2050年

62億千瓦新能源，49%新能源，78%新能源，

69%新能源，

48%新能源，隨著新能源比重提高、常規(guī)火電機(jī)組比重下降，系統(tǒng)整體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量降低，新型電力電子設(shè)備應(yīng)用比例大幅提升，極大地改變了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律和特性，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行挑戰(zhàn)日益嚴(yán)峻。英國(guó)大停電：2019年8月9日，天然氣發(fā)電廠故障后引發(fā)電網(wǎng)頻率波動(dòng)，造成海上風(fēng)電連鎖脫網(wǎng)事故，引發(fā)嚴(yán)重頻率問(wèn)題，導(dǎo)致英格蘭及威爾士發(fā)生了大面積停電。時(shí)間頻

率

(

H

z

)未來(lái)新能源+儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景將更加廣泛，包括利用“風(fēng)光水火儲(chǔ)”一體化模式支撐高比例新能源基地外送、建設(shè)系統(tǒng)友好型新能源電站、構(gòu)建分布式供能系統(tǒng)促進(jìn)分布式新能源就近消納等，新能源的開(kāi)發(fā)與儲(chǔ)能結(jié)合將越來(lái)越緊密。系統(tǒng)友好型新能源電站支撐高比例新能源基地外送電站智慧聯(lián)合調(diào)控中心風(fēng)光儲(chǔ)單元省級(jí)電網(wǎng)調(diào)度中心物理儲(chǔ)能●技術(shù)成熟●成本最低●使用規(guī)模最大電化學(xué)儲(chǔ)能●建設(shè)周期短●調(diào)節(jié)靈活●運(yùn)行效率高●技術(shù)路線多元●應(yīng)用范圍廣電化學(xué)儲(chǔ)能鋰離子電池碳鉛電池液流電池鈉流電池物理儲(chǔ)能抽水蓄能壓縮空氣儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能相變

儲(chǔ)能熔融鹽儲(chǔ)熱高溫相變儲(chǔ)熱電

磁儲(chǔ)能超級(jí)電容超導(dǎo)儲(chǔ)能氫儲(chǔ)能述●主要有熔融鹽儲(chǔ)熱技

術(shù)和高溫相變儲(chǔ)熱技術(shù)●

熔

融

鹽

儲(chǔ)

熱

技

術(shù)

的

主要優(yōu)點(diǎn)是規(guī)模大●

高溫相變儲(chǔ)熱技術(shù)具

有能量密度高、系統(tǒng)體

積小、儲(chǔ)熱和釋熱溫度

基本恒定、成本低、壽

命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。●

屬于一種新興的儲(chǔ)能

形式，在國(guó)內(nèi)尚無(wú)大面

積推廣；●

西北院負(fù)責(zé)的魯能青

海格爾木壓縮空氣儲(chǔ)能

項(xiàng)目，含稅上網(wǎng)電價(jià)為700元/MWh●未來(lái)總體造價(jià)將下降10～20%,下降空間有限；●

目前技術(shù)最成熟、應(yīng)

用最廣泛的能量型儲(chǔ)能

技術(shù)；●具有規(guī)模大、壽命長(zhǎng)、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)；●建設(shè)周期較長(zhǎng)，需要

適宜的地理資源條件；●度電使用成本0.1元

左右，度電成本最低●

適

用

于

大

規(guī)

模

儲(chǔ)

能

和長(zhǎng)周期能量調(diào)節(jié)；●是實(shí)現(xiàn)電、氣、交通

等多類(lèi)型能源互聯(lián)的關(guān)

鍵；●在國(guó)內(nèi)，氫儲(chǔ)能技術(shù)

目前還處于示范應(yīng)用階

段

。●

具有布置靈活、快速

響應(yīng)、功率和能量密度

高等特點(diǎn)；●鋰電池系統(tǒng)循環(huán)壽

命約8000

次，度電使

用成本0.5-0.6元。壓縮空氣

儲(chǔ)能電化學(xué)

儲(chǔ)能抽水

蓄

能儲(chǔ)熱

技術(shù)●“十四五”期間，在西部新能源富集地區(qū)，布局電源側(cè)新型儲(chǔ)能，重點(diǎn)布局在內(nèi)蒙古、新

疆、青海、甘肅、四川、云南等區(qū)域；●

在中東部負(fù)荷中心地區(qū)，以源網(wǎng)荷儲(chǔ)模式布局一批電網(wǎng)側(cè)和用戶(hù)側(cè)新型儲(chǔ)能，重點(diǎn)布局在京津冀、長(zhǎng)三角、粵港澳大灣區(qū)等區(qū)域；●

在西藏、青海等地區(qū)結(jié)合分布式新能源將布局一批新型儲(chǔ)能，重點(diǎn)解決獨(dú)立供電問(wèn)題?！窠窈?，儲(chǔ)能將作為獨(dú)立市場(chǎng)主體參與輔助服務(wù)市場(chǎng)，探索建設(shè)共享儲(chǔ)能?！癯樾钛b機(jī)：1.2億千

瓦●新型儲(chǔ)能裝機(jī)●抽蓄裝機(jī)：6200萬(wàn)千瓦●新型儲(chǔ)能裝機(jī)：3000～5000萬(wàn)千瓦●抽蓄裝機(jī)：3179萬(wàn)千瓦●新型儲(chǔ)能裝機(jī)：

約340萬(wàn)千瓦●非化石能源消費(fèi)比

重

：需達(dá)到20%

以上●我國(guó)全社會(huì)用電量

:預(yù)計(jì)將達(dá)到9.5~

9.8萬(wàn)億千瓦時(shí)●非化石能源消費(fèi)比

重：

需達(dá)到25%以上●我國(guó)全社會(huì)用電量

:將超過(guò)11萬(wàn)億千瓦

時(shí)●非化石能源消費(fèi)

比

重

：約16%●我國(guó)全社會(huì)用電量:7.5萬(wàn)億千瓦時(shí)儲(chǔ)能布局預(yù)測(cè)日

計(jì)抽水蓄能“十二五”期間國(guó)家發(fā)改委《關(guān)于促進(jìn)抽水蓄能電站健康有序發(fā)展有關(guān)問(wèn)題的意見(jiàn)》(2014)水電發(fā)展“十二五”規(guī)劃設(shè)定2020年抽水蓄能電站總裝機(jī)7000萬(wàn)千瓦的目標(biāo)；

國(guó)家批復(fù)了22個(gè)省(區(qū)、市)抽水蓄能

電站選點(diǎn)規(guī)劃。國(guó)家能源局《水電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》(2016)2025年全國(guó)抽水蓄能

電站總裝機(jī)達(dá)約1億

千瓦，占全國(guó)電力總

裝機(jī)的比重達(dá)4%左右要求各省(區(qū)、市)將本地區(qū)抽水蓄能電

站發(fā)展規(guī)劃納入當(dāng)?shù)?/p>

能源發(fā)展規(guī)劃。國(guó)家發(fā)改委、科技部、工信部、能源局《貫徹落實(shí)<關(guān)于促進(jìn)儲(chǔ)能技

術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)>2019-2020年行動(dòng)計(jì)劃》(2019)“十三五”期間全國(guó)抽水蓄能開(kāi)工規(guī)模6000萬(wàn)千瓦，裝機(jī)規(guī)模4000萬(wàn)千瓦。國(guó)家發(fā)改委、能源局《關(guān)于做好2020年能源安全保障工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》(2020)落實(shí)“六?！比蝿?wù)，提高電力系統(tǒng)靈活性和調(diào)節(jié)

能力，2020年調(diào)峰機(jī)組達(dá)到最大發(fā)電負(fù)荷的10%;積極推動(dòng)抽水蓄能電站建設(shè)；加快推進(jìn)電力調(diào)峰等輔助服務(wù)市場(chǎng)化，鼓勵(lì)多元

化的社會(huì)資源投資儲(chǔ)能建設(shè)。要求推進(jìn)抽水

蓄能發(fā)展；明確2025水平年抽水蓄能

規(guī)劃調(diào)整推薦

站點(diǎn)。10抽

水

蓄

能

發(fā)

展

布

局

目前，在建抽水蓄能電站總規(guī)模5500萬(wàn)千瓦，約60%

分布在華東和華北。中長(zhǎng)期，

一方面將服務(wù)新能源大規(guī)模發(fā)展和電力外送需要，加大在“三北”地區(qū)抽水蓄能布局；另一方面，結(jié)合負(fù)荷中心調(diào)峰

及系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行需求，中東部重點(diǎn)在河北、

山東、浙江、安徽、河南、湖南、湖北、廣東和廣西等地區(qū)布“十四五”新增投產(chǎn)抽水蓄能布單位：萬(wàn)千瓦15400中長(zhǎng)期重點(diǎn)實(shí)

施及儲(chǔ)備項(xiàng)目

分布中小型抽水蓄能：:一般指水庫(kù)總庫(kù)容1億立方米以下且裝機(jī)容量30萬(wàn)千瓦以下的抽水蓄能電站梯級(jí)電站儲(chǔ)能：采用“常規(guī)水電+梯級(jí)儲(chǔ)能泵站+新能源”三位一體的開(kāi)發(fā)模式，圍繞水電站建設(shè)能源調(diào)節(jié)樞紐，提高靈活調(diào)節(jié)能力。站抽水蓄能技術(shù)路線

推動(dòng)700米及以上水頭和單機(jī)容量40萬(wàn)千瓦級(jí)抽水蓄能機(jī)組實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)自主化。因地制宜發(fā)展中小型抽水蓄能，開(kāi)展小微型抽水蓄能技術(shù)與分布式發(fā)電結(jié)合研究。探索推進(jìn)梯級(jí)水電站儲(chǔ)能，依托常規(guī)水電

站增建混合式抽水蓄能，推進(jìn)示范項(xiàng)目建設(shè)并適時(shí)推廣。北京密云小型抽水蓄能電黃河上游龍羊峽電站梯級(jí)電站儲(chǔ)能壓縮空氣儲(chǔ)能壓縮空氣儲(chǔ)能

(

CAES)·壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)是基于燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種能量存儲(chǔ)系統(tǒng)。發(fā)電廢氣空2氣燃燒室

燃料CAES系統(tǒng)渦輪電力G壓縮機(jī)離合器燃燒室

TT燃料電力離合器壓縮空氣儲(chǔ)氣裝置電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)壓縮機(jī)空氣廢氣渦輪SC風(fēng)電場(chǎng)膨脹機(jī)

電力壓縮機(jī)HSE發(fā)電機(jī)尾氣壓縮空氣儲(chǔ)氣洞SC—太陽(yáng)能集熱器；HSE—儲(chǔ)熱-換熱單元太陽(yáng)能補(bǔ)熱式CAES

系統(tǒng)非補(bǔ)燃式四級(jí)先進(jìn)絕熱CAES

系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)M空氣泵G世界第一座壓縮空氣儲(chǔ)能電站，1978年投入商業(yè)運(yùn)行，,目前仍在運(yùn)行中。機(jī)組的壓縮機(jī)功率60MW,釋能輸

出功率為290MW,

系統(tǒng)將壓縮空氣存儲(chǔ)在地下600m

的廢棄礦洞中，礦洞總?cè)莘e達(dá)31萬(wàn)m3,

壓縮空氣的壓力

最高可達(dá)10MPa。

機(jī)組可連續(xù)充氣8h,

連續(xù)發(fā)電2h。

冷態(tài)啟動(dòng)至滿(mǎn)負(fù)荷約需6min,

在25%負(fù)荷時(shí)的熱耗比滿(mǎn)

負(fù)荷高211kJ,

其排放量?jī)H是同容量燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組的1/3,但燃燒廢氣直接排入大氣。該電站在1979-1991

年期間共啟

動(dòng)并網(wǎng)5000多次，平均啟動(dòng)可靠性97.6%,平均可用率86.3%,容量系數(shù)平均為33.0%～46.9%。德國(guó)漢特福商業(yè)化壓縮空氣儲(chǔ)能電美國(guó)阿拉巴馬商業(yè)化壓縮空氣儲(chǔ)能電站recuperator/SCRcompressorlowpressure

expanderhighpressurecompressorintercoolerscouplings美國(guó)Alabama

州的McIntosh

壓縮空氣儲(chǔ)能電站，世界第二座壓縮空氣儲(chǔ)能電站，

1991

年投入商業(yè)運(yùn)行。其儲(chǔ)氣

洞穴在地下450m,總?cè)莘e為56萬(wàn)m3,

壓縮空氣儲(chǔ)氣壓力為7.5MPa

。

該儲(chǔ)能電站壓縮機(jī)組功率為50MW,發(fā)電

功率為110MW,

可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)41h空氣壓縮和26h發(fā)電，機(jī)組從啟動(dòng)到滿(mǎn)負(fù)荷約需9min。

該機(jī)組增加了回?zé)崞?/p>

用以吸收余熱，以提高系統(tǒng)效率。該電站由Alabama

州電力公司的能源控制中心進(jìn)行遠(yuǎn)距離自動(dòng)控制。1992年儲(chǔ)能耗電46745

MWh,

凈發(fā)電量39255

MWh。low

pressure

motor/generatorcompressorlighpressurecompressorexpanderexhaust

stackintermediate飛輪儲(chǔ)能電動(dòng)機(jī)電能

→

動(dòng)能■

飛輪●動(dòng)能的主要存儲(chǔ)載體■

軸承系統(tǒng)●起支撐和保護(hù)的作用■

功率變換器●實(shí)現(xiàn)直流和交流的雙向轉(zhuǎn)換●變頻驅(qū)動(dòng)■充電原理：

電機(jī)工作在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，外部電能輸入，驅(qū)動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能儲(chǔ)存DCAC■

放電原理：

電機(jī)工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，利用飛輪高速旋轉(zhuǎn)的慣性帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，通過(guò)發(fā)電機(jī)將飛輪存儲(chǔ)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能輸出飛輪●動(dòng)能的主要存儲(chǔ)載體軸承系統(tǒng)●起支撐和保護(hù)的作用■功率變換器●實(shí)現(xiàn)直流和交流的雙向轉(zhuǎn)換●

變頻驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)動(dòng)

能

→電

能DCAC飛輪儲(chǔ)能的主要技術(shù)對(duì)比■

軸承技術(shù)：機(jī)械軸承

VS磁軸承VS磁懸浮軸承■

飛輪材料技術(shù)：合金材料

VS復(fù)合材料■

應(yīng)用技術(shù)：功率型飛輪

VS能量型飛輪■飛輪儲(chǔ)能公式：

E=÷Jo3,

儲(chǔ)能量與飛輪的質(zhì)量成正比，與角速度(轉(zhuǎn)速)的平方成正比機(jī)械軸承/磁力卸載機(jī)械軸承中速飛輪(10000轉(zhuǎn)/分鐘左右)、損耗大，軸承使用壽命短全磁懸浮高速飛輪(30000轉(zhuǎn)/分鐘左右),能量密度高，損耗小，使用壽命長(zhǎng)低速飛輪(3000轉(zhuǎn)/分鐘左右),同軸方式運(yùn)行，體積大，損耗大電機(jī)轉(zhuǎn)子永慰材料飛輪腔體內(nèi)部真空環(huán)填飛輪本體動(dòng)能的主要存儲(chǔ)我體第一代第二代第三代電機(jī)定子電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)雙模磁懸浮軸承

五鞋主動(dòng)控制■

國(guó)家電網(wǎng)公司《規(guī)?；L(fēng)電機(jī)組調(diào)頻性能關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用項(xiàng)目》科技項(xiàng)目■

部署地點(diǎn)：國(guó)家能源集團(tuán)山西龍?jiān)达L(fēng)力發(fā)電有限公司右玉老千山風(fēng)電場(chǎng)■

全國(guó)首個(gè)完成35

KV

并網(wǎng)試驗(yàn)的兆瓦級(jí)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)■

全國(guó)首個(gè)飛輪+鋰電池混合儲(chǔ)能示范項(xiàng)目重力儲(chǔ)能基于地下豎井的重力儲(chǔ)能蘇格蘭Gravitricity

公司提出了一種使用廢棄鉆

井平臺(tái)，利用絞盤(pán)吊鉆機(jī)進(jìn)行儲(chǔ)能的機(jī)構(gòu)。葛洲壩中科儲(chǔ)能技術(shù)公司2018年提出了利用廢棄礦井和纜繩提升重物的方案，解決了廢棄礦井長(zhǎng)

時(shí)間不使用的風(fēng)險(xiǎn)和浪費(fèi)問(wèn)題，也降低了重力儲(chǔ)能系統(tǒng)的建設(shè)成本。根據(jù)重力儲(chǔ)能的儲(chǔ)能介質(zhì)和落差實(shí)現(xiàn)路徑的不同，本文將重力儲(chǔ)能分為以下四類(lèi)：新型抽水儲(chǔ)能、基于構(gòu)筑物高度差的重力儲(chǔ)能、基于山體落差的重力儲(chǔ)能和基于地下豎井的重力儲(chǔ)能。新型抽水儲(chǔ)能新型抽水儲(chǔ)能是傳統(tǒng)抽水蓄能的變種，雖然同樣

需要水來(lái)形成液位差，通過(guò)水泵/水輪機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)充

放電，但是不需要修建上下兩個(gè)水庫(kù)，占地面積

大大減少。目前研究可分為海水抽水蓄能

、海

下儲(chǔ)能系統(tǒng)和活塞水泵系統(tǒng)?；谏襟w落差的重力儲(chǔ)能可以利用山體落差和固體重物的提升來(lái)進(jìn)行重力

儲(chǔ)能，相比人工構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，承重能力

更強(qiáng)。目前的研究主要有ARES

軌道機(jī)車(chē)結(jié)構(gòu)、MGES纜車(chē)結(jié)構(gòu)、絞盤(pán)機(jī)結(jié)構(gòu)、直線電機(jī)結(jié)構(gòu)和傳

送鏈結(jié)構(gòu)等?；跇?gòu)筑物高度差的重力儲(chǔ)能固體重物可以利用構(gòu)筑物高度差來(lái)進(jìn)行重力儲(chǔ)能

。目前的研究主要有儲(chǔ)能塔、支撐架、承重墻等結(jié)構(gòu)。綜合儲(chǔ)能系統(tǒng)：重力勢(shì)能儲(chǔ)能還可與其他儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)合形成一種綜合式的儲(chǔ)能系統(tǒng)圖2德國(guó)海下儲(chǔ)能SIEnSea儲(chǔ)能系統(tǒng)圖4

巴伐利亞兆瓦級(jí)示范工gi

g儲(chǔ)能密度功率儲(chǔ)能量效率(%)壽命

響應(yīng)時(shí)間適用場(chǎng)合圖3活塞水泵健能系統(tǒng)示意圍海下儲(chǔ)能活塞水泵GPM活塞水泵HHS/GBES儲(chǔ)能塔Energy

Vault斜坡機(jī)車(chē)ARES斜坡纜車(chē)MGES&TU@Gravitricity海洋空間城市中小功率儲(chǔ)能地質(zhì)堅(jiān)硬地區(qū)可靈活選址山地地形

山地地形

&jTarp5WMW40MW-I.6GW20MWh—2.75GWBMWSOMW‘iODkW<40MW35MWh9012.5MWh75~860.5MWh75ADI-20MWh80~85圖

9

MGES

系統(tǒng)概念圖

圖10

天津大學(xué)料坡軌道+碼垛機(jī)系統(tǒng)多種新型重力勢(shì)能儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)比*I0>10>i02,0秒鐘級(jí)秒鐘級(jí)

秒鐘級(jí)20MWh1.6GWTi-fi.4GWhLfi>1>1>1>13Dt40+40+50+IGWh—20GWh

g065-7D75AD圖

1

2

Gravitricity

公司廢棄鉆井儲(chǔ)能圖8ARES公司軌道車(chē)輛儲(chǔ)能系統(tǒng)日本沖繩海水抽水營(yíng)能電站+滑輪組系統(tǒng)Vaut概會(huì)圖EF

nergs液流電池儲(chǔ)能全釩液流電池原理圖全釩液流電池是一種活性物質(zhì)呈循環(huán)流動(dòng)液態(tài)的氧化還原電池。正極反應(yīng)：10+H0a+2+

負(fù)極反應(yīng)：

v*+e

V2+風(fēng)電/火電

discharge電站

負(fù)載

charge電網(wǎng)ichat雙

向AC/DC逆

變

idischarge>0+

器VRB單

體VO?)VO?*/VO2儲(chǔ)能罐VO2質(zhì)子交換膜，電

極V2+/V3+儲(chǔ)能罐正極電泵負(fù)極電泵discharge廠房布置受用地限制，結(jié)合儲(chǔ)能電站的容量。車(chē)間采用多層布置：一層布置電解液罐，二層布置電池電堆，頂層設(shè)備平臺(tái)布置了預(yù)制艙式的PCS220kV配電裝置及主變壓器布置在一層廠房?jī)?nèi)罐s主要設(shè)備的布置防爆·

釩液流電站的爆炸風(fēng)險(xiǎn)·電池在充電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生少量

氫氣?！?/p>

措施·

對(duì)氫氣進(jìn)行組織排放?！?/p>

設(shè)置氫氣探測(cè)器，實(shí)時(shí)檢測(cè)氫氣濃度異常?！?/p>

對(duì)儲(chǔ)能車(chē)間進(jìn)行爆炸危險(xiǎn)區(qū)域

劃分·對(duì)處于爆炸危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)的設(shè)備選

擇防爆型。防火·釩液流電站的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)·

變壓器火災(zāi)·

電線電纜火災(zāi)·DC模塊及PCS等功率元件火災(zāi)·

電池本身火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)極低釩液流電池儲(chǔ)能電站的設(shè)計(jì)關(guān)注點(diǎn)安全防護(hù)電解液污染·電

解

液

污

染

風(fēng)

險(xiǎn)·

電解液為弱酸性溶液

·

儲(chǔ)罐破裂風(fēng)險(xiǎn)·

廠房滲漏風(fēng)險(xiǎn)·

防

護(hù)

措

施·

電解液的廢液收集·

電解液溢出的多級(jí)防護(hù)

·

電解液池的防滲·

地下水監(jiān)測(cè)噪聲污染·噪

聲

源·

電解液泵·

變壓器噪聲

·

斷路器噪聲·

防

護(hù)

措

施·

噪聲分析·

車(chē)間隔音·

設(shè)備隔音釩液流電池儲(chǔ)能電站的設(shè)計(jì)關(guān)注點(diǎn)環(huán)境影響鈉離子電池儲(chǔ)能項(xiàng)目結(jié)構(gòu)層狀氧化物體系Na

2b普魯士藍(lán)類(lèi)化合物體系隧道型氧化物體系聚陰離子型優(yōu)點(diǎn)2d

a可逆比容量高能量密度高倍率性能高技術(shù)轉(zhuǎn)化容易器●O

LH4Na工作電壓高熱穩(wěn)定性好循環(huán)好空氣穩(wěn)定性好工作電壓可調(diào)可逆比容量高能量密度高合成溫度低循環(huán)性好倍率性好不足容易吸溫循環(huán)性能稍差導(dǎo)電性差庫(kù)侖效率低比容量低工作電壓低可逆比容量低部分含有毒元素鈉離子電池發(fā)展：>

2010年以來(lái)，鈉離子電池受到了廣泛關(guān)注>2018年6月，國(guó)內(nèi)首家鈉離子電池企業(yè)中科海鈉推出了全球首輛鈉離子電池(72

V,80Ah

)驅(qū)動(dòng)的低速電動(dòng)車(chē)，>

2019年3

月發(fā)布了世界首座30kW/100kWh

鈉離子電池儲(chǔ)能電站>

2021年6

月推

出1

MW

h的鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)室

實(shí)用化表1

鈉離子電池各體系及特點(diǎn)Table

1

Characteristics

of

Ni-ion

battery

Systems截止2020年底，全球電

化學(xué)規(guī)模儲(chǔ)能示范項(xiàng)目，鋰電池占比高達(dá)92%2019年諾貝爾獎(jiǎng)給予鋰

電池極高肯定20世紀(jì)70年代初在歐洲

開(kāi)啟研究1991年在日本實(shí)現(xiàn)商業(yè)

化鋰電池發(fā)展歷程：N項(xiàng)目納鋰原子序數(shù)113原子質(zhì)量/(g·mol-1)22.996.94電子構(gòu)型[Ne]3s[He]2s原子半徑/A1.861.52離子半徑/A1.020.76碳酸丙烯酯中斯托克斯半徑/A4.64.8標(biāo)準(zhǔn)電極電位/V—2.71—3.04地殼豐度2.3%0.0017%熔點(diǎn)/℃97.7180.5密度/(g·cm*)0.9680.534電負(fù)性0.930.98碳酸乙烯酯溶劑化能/(kJ·mol-1)152.8208.9碳酸丙烯酯溶劑化能/(kJ·mol-1)158.2215.8第一電離能/(kJ·mol-)495.8520.2理論質(zhì)量比容量/(mA·h·g)11653861理論體積比容量/(mA·h·cm-3)11312062制作鈉離子電池電極片時(shí)，在鋁箔集流體兩面分別涂覆正極材料和負(fù)極材料，并對(duì)極片進(jìn)行周期性疊片，還可以制作成雙極性電池，由此在單體電池中實(shí)現(xiàn)高電壓，可以節(jié)約大量其它非活性材料，進(jìn)一步提高電池的能量密度。由于鈉離子電池與鋰離子電池具有相似結(jié)構(gòu)，因此在規(guī)?；a(chǎn)中可以借鑒鋰離子電池的生產(chǎn)檢測(cè)設(shè)備、工藝技術(shù)、制造方法等，加快鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化速度。鈉離子電池在其它性能方面，如高低溫性能、安全性能等是否存在特點(diǎn)及獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，仍需要進(jìn)一步研究。鈉離子質(zhì)量和半徑較大，使鈉離子電池的質(zhì)量和體積能量密度不如鋰離子電池。鈉離子較大的半徑還會(huì)引起電極材料在離子輸運(yùn)、體相結(jié)構(gòu)演變、界面性質(zhì)等方面的差異。因此，為了發(fā)揮鈉離子電池自身的特性和優(yōu)勢(shì)，必須研究不同于鋰離子電池的新的材料體系。成本低廉2循環(huán)壽命長(zhǎng)4安全性高6鈉離子電池的諸多優(yōu)勢(shì)能夠滿(mǎn)足新能源電池領(lǐng)域高性?xún)r(jià)比和高安全性等的應(yīng)用要能量轉(zhuǎn)換效率高維護(hù)費(fèi)用低資源豐富35求本項(xiàng)目在中國(guó)科學(xué)院A類(lèi)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)

“大規(guī)模儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)與

應(yīng)用示范項(xiàng)目”的支持下，

2021年

6

月28

日，中科海鈉聯(lián)合華陽(yáng)集團(tuán)在山西太原綜改區(qū)聯(lián)合推出了全球首套1

MWh

鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)

(

圖6),并成功投入運(yùn)行。該系統(tǒng)以鈉離子電池為儲(chǔ)能主體，結(jié)合市

電、光伏和充電設(shè)施形成微網(wǎng)系統(tǒng)，可根據(jù)需求與公共電網(wǎng)智能互動(dòng)。

本項(xiàng)目?jī)?chǔ)能系統(tǒng)為1

MWh

低壓直掛系統(tǒng)，經(jīng)用戶(hù)0.4

kV母線并入配電

線路，可供廠區(qū)生產(chǎn)、生活用電及充電樁供電等。系統(tǒng)為倉(cāng)儲(chǔ)式集裝箱儲(chǔ)能系統(tǒng)，采用分倉(cāng)設(shè)計(jì)，分電氣倉(cāng)及電池倉(cāng)，電氣倉(cāng)內(nèi)集成儲(chǔ)能變流器、配電柜、控制柜、消防主機(jī)和

EMS能量管理系統(tǒng)，其中儲(chǔ)能逆變器采用雙級(jí)拓?fù)淠K化PCS,16個(gè)30

kW模塊，分為兩個(gè)機(jī)柜，每

個(gè)機(jī)柜8個(gè)模塊，共組成480

kW

儲(chǔ)能變流器；電池倉(cāng)由16個(gè)電池簇組成，每個(gè)電池簇由8個(gè)電池插箱和1個(gè)高壓箱組成，總配置容量1.1MWh。AMWH1MWh

鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)示范案例1

系統(tǒng)概況本項(xiàng)目?jī)?chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)一路出線接入0.4kV電壓母線，系統(tǒng)整體架構(gòu)如上圖所示。2系統(tǒng)接入方式

系統(tǒng)整體架構(gòu)sc

p

pel座

ocl座pol第十六級(jí)第十五級(jí)區(qū)pclA

6pcl第級(jí)第七級(jí)號(hào)第

二

級(jí)第

一

級(jí)0.4

kV0.4

kVpcl雙級(jí)拓?fù)淠K化PCS,16個(gè)30

kW

模塊分為兩個(gè)機(jī)柜,每個(gè)機(jī)柜8

個(gè)模塊，共組成480kW

儲(chǔ)能變流器，可

以實(shí)現(xiàn)電池簇單簇管理和交流并聯(lián)，避免電池簇直流

側(cè)環(huán)流引起的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)提升系統(tǒng)容量發(fā)揮。儲(chǔ)能系

統(tǒng)配置就地監(jiān)控系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行能量

管理和監(jiān)測(cè)控制，并負(fù)責(zé)與廠區(qū)微網(wǎng)管理系統(tǒng)通信，

實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和能量管理。本項(xiàng)目自2021年6月28

日投運(yùn)以來(lái)，執(zhí)行削峰填谷策略，每日一充一放，充放電深度100%

DOD,

運(yùn)

行穩(wěn)定。運(yùn)行期間按照GB/T36548-2018

《電化學(xué)

儲(chǔ)能系統(tǒng)接入電網(wǎng)測(cè)試規(guī)范》對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)交流側(cè)平均充電電量1137.41kWh,

平均放電電量957.87

kW

h,

綜合運(yùn)行效率為84.2%。3

儲(chǔ)能單元拓?fù)?

運(yùn)行情況簡(jiǎn)述鈉電池：

“取代”鋰電池為時(shí)尚

早“鈉鋰混搭”是未來(lái)常態(tài)鋰離子電池儲(chǔ)能有望繼續(xù)下降30%

,

至2030年下降50%。據(jù)兜170251U70■聯(lián)網(wǎng)接入■開(kāi)發(fā)費(fèi)用工程承包費(fèi)用■能量管理系統(tǒng)逆變器255123214127234解30131112141288301396203最80級(jí)129019311841841179儲(chǔ)

能

成

本

結(jié)

構(gòu)40030020010005820286357204015371

820433893915361718931918381

436171732993735161582781536133415142鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本，在過(guò)去10年(2010-2020)已經(jīng)下降了80%。根據(jù)BNEF預(yù)測(cè)，與2020年相比，至2025年，20172018201920202021202220232024202520262027202820292030Source:BloombergNewEnergyFinance.Note*Includesa

10%EPCmargin.Developeroverheadssetat5%of

totalsystemcosts,anddeveloper

marginsetat10%.鋰離子儲(chǔ)能電站成本發(fā)展趨■

變壓設(shè)備儲(chǔ)能電池USD/kWh600統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù):

Bloomberg-NEF鋰

電5813228勢(shì)池5004

61768174序號(hào)組成部件Components數(shù)量

Number備注Remark1電箱BatteryModule81P52S2主控箱ControlBox1主控箱主要包括檢測(cè)裝置、保護(hù)裝置Controlboxmainlyis

composed

of

detective

deviceprotectivedevice3熱管理系統(tǒng)Thermalmanagementsystem1包含制冷模式、加熱模式、

自循環(huán)模式、待機(jī)模式Including

Cooling

Mode、Heating

Mode、Self.circulation

Mode、Sleeping

Mode4消防系統(tǒng)FireSuppressionSystem11:包含煙感、溫感和氣溶膠:Including

smoke

detector,heat

detector

and

aerosol5B

M

S

系

統(tǒng)BMSCommunicationManagementSystem18CSC+1SBMU寧德時(shí)代新能源科技股份有限公司

ContemporaryAmperexTechnologyCo.,LimitedCAT·

系統(tǒng)級(jí)循環(huán)壽命，

8000次，

2022年·

系統(tǒng)級(jí)循環(huán)壽命，

12000

次，2026年·

系統(tǒng)級(jí)循環(huán)壽命，

15000次，2028-2030

年獨(dú)立儲(chǔ)能電站商業(yè)模式淺析共享儲(chǔ)能不依附于新能源發(fā)電項(xiàng)目，在電力市場(chǎng)中的定位更加清晰，潛在收益

更為豐富；此外，共享儲(chǔ)能項(xiàng)目單體規(guī)模較大，對(duì)電網(wǎng)調(diào)度指令的響應(yīng)能力更強(qiáng)，在電力現(xiàn)貨市場(chǎng)、調(diào)峰調(diào)頻市場(chǎng)中具備更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。具體而言，共享儲(chǔ)能的潛在收益包括容量租賃費(fèi)用、現(xiàn)貨市場(chǎng)、輔助服務(wù)(目前主要是調(diào)峰)、容量電價(jià)補(bǔ)償。01

儲(chǔ)能容量租賃將容量租賃給新能源場(chǎng)站,獲取租金04

容量電價(jià)補(bǔ)償部分地區(qū)正探索建立針對(duì)儲(chǔ)能電站的容量電價(jià)機(jī)制03

輔助服務(wù)收益提供調(diào)峰調(diào)頻服務(wù)，獲取輔助服務(wù)收益02

電力現(xiàn)貨市場(chǎng)參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)，獲取峰谷價(jià)差·建設(shè)規(guī)?！?/p>

本儲(chǔ)能項(xiàng)目一期的儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模為331.2MW/714.24MWh,儲(chǔ)能系統(tǒng)采用磷酸鐵鋰電池；·

本期建設(shè)一座500

kV

升壓站；·

本期建設(shè)用地總面積為3.23hm2,

建筑面積25170

m2·

包括1幢行政樓，1幢配電裝置樓，

6幢電池樓，以及站區(qū)構(gòu)筑物和消防設(shè)施等·投資估算·

本儲(chǔ)能站項(xiàng)目靜態(tài)投資為159934萬(wàn)元，單位造價(jià)為2239元/kWh;·

動(dòng)態(tài)投資為162909萬(wàn)元，單位造價(jià)為2281元/kWh?！?/p>

其中·

儲(chǔ)能系統(tǒng)投資128563萬(wàn)元，·

建筑工程投資為18197

萬(wàn)元，·

升壓站設(shè)備費(fèi)為5048

萬(wàn)元，·

安裝工程費(fèi)為2392

萬(wàn)元。*項(xiàng)

目?參數(shù)單位日循環(huán)次數(shù)?2?次?年運(yùn)行天數(shù)330天?電池報(bào)廢年限10年電路效率?93.1%%充放電深度?93.2%%首年充電效率94.63%←%首年放電效率99.21%%年充電量=系統(tǒng)容量×年充電次數(shù)×充放電深度×電池容量年衰減

系數(shù)/(充電效率×電路效率)?M

W

h

/

年年放電量?=系統(tǒng)容量×年放電次數(shù)×充放電深度×電池容量年衰減

系數(shù)×(放電效率×電路效率)?M

W

h

/

年年自耗電量={系統(tǒng)容量×電池容量衰減系數(shù)×充放電深度×(1÷充電效率-1)+系統(tǒng)容量×電池容量年衰減系數(shù)×放電深度×(1-放電效率)}×年運(yùn)行天數(shù)×2/COP/0.7M

W

h

/

年年售電收益=年放電收入-年充電成本-自耗電成本萬(wàn)元米行<<<<<<<←←←←財(cái)務(wù)參數(shù)參

數(shù)?電池更換費(fèi)用?0.5元/Wh運(yùn)行年限20年?非電芯固定資產(chǎn)折舊年限20年?電芯固定資產(chǎn)折舊年限10年固定資產(chǎn)殘值0%?貸款比例?80%←貸款年限10年長(zhǎng)期貸款利率4.65%?短期貸款利率3.85%?設(shè)備購(gòu)置稅?13%←建安工程稅?9%←運(yùn)維綜合稅率?9%運(yùn)維成本2%基準(zhǔn)收益率?8%←←<個(gè)

、

個(gè)

一

個(gè)

個(gè)

個(gè)

個(gè)

個(gè)

個(gè)

個(gè)

個(gè)

、

本·

深度調(diào)峰收益·在補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)方面，考慮最新發(fā)布的兩個(gè)細(xì)則有效期為5年，補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)采用每五年退坡的方式進(jìn)行測(cè)算，退

坡梯度分別為0.792元/kWh、0.5

元/kWh、0.3

元/kWh、0.0999

元/kWh?！ぴ谏疃日{(diào)峰次數(shù)方面，獨(dú)立儲(chǔ)能電站的深度調(diào)峰啟動(dòng)條件不明確，就實(shí)際需求情況而言，至少全年七個(gè)

節(jié)假日以及52個(gè)雙休日的周天可視為深度調(diào)峰需求，共63天，同時(shí)可考慮7天的極端天氣情況，即全年

深度調(diào)峰次數(shù)至少可