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从红利吃尽到“破局”转折,储能开启新能源发展第二春

2022-06-07 10:09 来源:电源网原创 编辑:邢

窗外风雨交加,客厅的吊灯闪烁了几下后,终于熄灭。屋子主人站起身来,不慌不忙地打开住宅太阳能发电系统开关,随着“啪”地一声响,灯光将屋子重新照亮,冰箱照常运转,电视机又恢复了声音。这是越来越多的家庭用户在停电期间保证自身电力供应的场景。

使这一切得以实现,都归功于现代储能技术的发展。

前奏 BEGINNING

要说近几年电力电子领域的话题王,当数新能源。

而将人们的关注点从新能源问题引到储能问题的是“甘肃弃风弃光案”环境公益诉讼。

2016年,环保机构自然之友用一纸诉状将国家电网甘肃省电力公司和国家电网宁夏电力公司告上法庭,理由是电力公司没有按照可再生能源法的规定对其省内的风能和太阳能光伏发电进行全额收购,而未被全额收购的风能、太阳能光伏发电由燃煤发电所替代导致排放二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物等,造成环境影响,严重损害了社会公共利益,应承担环境侵权责任。

我们查阅国家能源局2015年弃风弃光数据可以看到,彼时全国弃风电量339亿千瓦时,同比增加213亿千瓦时,其中,甘肃弃风电量82亿千瓦时、弃风率39%,新疆弃风电量70亿千瓦时、弃风率32%,吉林弃风电量27亿千瓦时、弃风率32%,内蒙古弃风电量91亿千瓦时、弃风率18%。同时,西北地区出现弃光现象,其中甘肃弃光电量26亿千瓦时、弃光率31%,新疆弃光电量18亿千瓦时、弃光率26%。

在国家财政大力补贴的情况下,我国的风电、光伏发电等绿色电力的装机容量跃居世界第一。然而相应的弃置率如此之高,让人大跌眼镜。

针对“弃风弃光”,国家电网表示主要原因是消纳市场总量不足、市场机制不完善、电网调峰能力不足和输电通道不足。

而扩大市场,完善市场机制,建设电网配套设施不是一时半刻就能解决的。

那么能不能用技术?

转折 TURNING

当可持续发展和3060双碳目标被人们频频谈起,新能源发展终于驶入全民快车道,而新能源发电不稳定,弃置率高,且与用电高峰存在错位的问题却日益凸显。通过储能技术提升电网的稳定性,提高系统容量系数,吞吐和转移能量,快速解决弃风弃光问题,成为眼下的必然选择。

在电改中引入储能技术,即在电力传输的前端光伏集中式电站以及风电电站配置储能设备,成为了破解制约新能源发展的金钥匙。

为了让电能像其他化石能源一样得以存储,人们从未停止过探索,从抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能,到电化学储能、电磁储能等多种电能存储形式被提出。电化学储能是目前市场上关注度最高的储能技术,拥有更高的能量密度和转换效率,场景应用、建设周期更为灵活,产业链配套更加成熟,增长潜力较大。

根据《储能产业研究白皮书2022》统计,2021年,全球已投运电力储能项目累计装机规模209.4GW,同比增长9%。其中,新型储能的累计装机规模占比12.2%,为25.4GW,同比增长67.7%,锂离子电池占据占据新型储能市场份额超过90%。

国内方面,2022年1月25日,国家能源局发布的最新数据显示,2021年我国发电装机容量约23.8亿千瓦,同比增长7.9%。其中,风电装机容量约3.3亿千瓦,同比增长16.6%;太阳能发电装机容量约3.1亿千瓦,同比增长20.9%。2021年,我国风电和光伏发电新增装机规模达到1.01亿千瓦。光伏发电并网装机容量连续7年稳居全球首位。风电发电连续12年稳居全球第一。

基础设施准备就绪,就差市场化的东风了。

破局 BREAKING POINT

“建设高效率、低成本、适配度高的储能电站,是储能行业追求的共同目标。”中国化学与物理电源行业协会储能应用分会秘书长刘勇表示。

降低风电项目度电成本,提高效益的方法主要有降低风电机组采购成本、建设成本、运行维护成本等,以及提高风电项目的发电量。其中风电机组采购成本占比较大。

要降低成本,设备研发技术革新对降本起到至关重要的作用。

而一套完整的电化学储能系统一般由电池组、储能逆变器(PCS)、电池管理系统(BMS)、能量管理系统(EMS)以及其他电气设备组成。

电池组负责储电。储能逆变器应用于能量转换环节,可在用电高峰期将电池输出的直流电转换为交流电送入电网,低谷期将电网的交流电转换为直流电储存,起到控制储能电池组充放电过程,稳定电网等的作用。而BMS和EMS是储能系统的管理控制中枢——BMS主要负责监测、评估、保护以及均衡,保障储能系统的安全运行。EMS将电池、储能变流器、电池管理系统和其他储能系统部件集成为一个完整的系统,通过数据采集、网络监控和能量调度来实现储能系统内部微电网的能量控制,保证微电网和整套系统正常运行。

把价格真正降下来,才能实现市场化。

电池组成本占比最高约60%,其次为储能逆变器约15%,而电池管理系统和能量管理系统加起来大约占比15%。所以降低成本的核心在于电池组和储能逆变器上,突破行业技术瓶颈的关键点也在于电池组和储能逆变器上。

如何保证电池系统的高循环效率、高能量密度、长寿命、安全性,以及储能逆变器的高效率、高集成度、高可靠性、兼容各种电池、更灵活场景适应性等成为摆在电源设计工程师面前的新课题,也是其今后职业发展的新方向。

新型储能发展,未来可期。

储能电源设计,大有可为。


六月,电源网储能直播节。作为走在时代前端的工程师,你一定不要错过。

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