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风电快速发展呼唤储能技术鼎力支撑
2017-10-27 10:19:19 来源:中国储能网 作者: 【 】 浏览:170次 评论:0
  随着全球性的能源短缺、油价攀升、环境污染和气候变暖问题日益突出,各国政府纷纷把传统能源向新能源转型作为寻找可持续发展途径和培育新的经济增长点的重大战略选择。党的十九大提出加快建立绿色生产和消费的法律制度和政策导向,建立健全绿色低碳循环发展的经济体系。构建市场导向的绿色技术创新体系,推进能源生产和消费革命,构建清洁低碳、安全高效的能源体系。大力发展新能源,推动能源生产和消费革命,是坚持绿色发展和建设生态文明的重要保障。
 
  开发和利用绿色能源,是人类对美好生活的期盼,对环境、社会、人类和谐发展的价值体系的认同。
 
  10月21日下午,由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会与中国储能网联合组织的全国储能产业巡回调研团来到目前国内最大规模运行的国电龙源电力5兆瓦/10兆瓦时全钒液流电池储能电池系统应用示范工程参观交流。
 
  龙源电力法库卧牛石风电场位于辽宁省沈阳市法库县,项目占地面积约16 平方公里,总投资约4.5亿元,规模为50兆瓦风力发电,配套5兆瓦/10兆瓦时的全钒液流电池储能系统。大连融科储能技术发展有限公司(以下简称“融科储能”)为此项目提供全套储能系统解决方案支持。
 
  融科储能销售总监张宇等相关人员接待了来访调研团,并与调研团专家就该项目建设、全钒液流电池储能电池系统应用状况、储能支持政策建议等话题做了深入交流。
 
  风电快速发展呼唤储能技术支撑
 
  截止今年上半年,我国可再生能源发电装机突破6亿千瓦。上半年,各类可再生能源发电新增装机3700万千瓦,约占全部电力新增装机的70%左右,这说明了我国能源结构调整速度进一步加快,可再生能源已经进入了规模化发展的新阶段。目前,我国水电、风电、光伏发电装机容量已稳居全球首位。
 
  国家能源局统计数据显示,到6月底全国风电累计装机1.54亿千瓦,其中中东部和南方地区占比上升至24%,“三北”地区占比下降至76%。今年上半年,全国风电发电量1490亿千瓦时,同比增长21%;平均利用小时数984小时,同比增加67小时;风电平均利用小时数较高的地区是云南、四川、福建和天津,分别是1592小时、1498小时、1225小时和1208小时。上半年,风电弃风电量235亿千瓦时,同比减少91亿千瓦时,大部分弃风限电严重地区的形势均有所好转,其中新疆、甘肃、辽宁、吉林、宁夏弃风率下降超过10个百分点,黑龙江、内蒙古弃风率下降超过5个百分点。
 
  随着风电消纳能力不足,外送能力有限,装机规模增幅较大,弃风问题也十分突出。风电并网和消纳已经成为制约我国风电持续发展的最主要瓶颈。
 
  据媒体报道的统计数据显示,全国弃风电量从2015年的339亿千瓦时,增加到2016年的497亿千瓦时,弃风率上升至约17%。主要原因有:其一是风电具有随机性、间歇性和波动性的特点,时有时无,时大时小,难以预测,且风电具有反调峰特性,夜晚用电负荷处于低谷,风电出力却往往较大,大规模并网运行对于电能质量和电网安全具有一定威胁;其二是许多地区电网建设难以跟上风电发展的步伐;其三是风电建设周期相对较短,建成仅需一年左右,但电网工程建设工期相对更长。
 
  培育电力新动能离不开新技术、新产业、新业态的创新驱动,在资源环境约束下,以新能源促新发展,是驱动传统产业转型升级的关键。
 
  能源转型将对传统能源体系产生颠覆性影响,间歇性、分散式能源造成了更明显的供需失衡,同时支持风电等新能源并网,提高传统电力效率、安全性、可靠性和经济性,储能技术都有助于解决这些问题。
 
  储能技术可将间歇的、不稳定、不可控的可再生能源变成稳定、可控,高电能质量的优质能源,真正实现清洁能源、稳定电力的美好愿景。
 
  在储能大家族中,按照技术类型划分,主要包括物理储能、化学储能与热储能。化学储能相比于物理储能具备系统简单、安装便捷以及运行方式灵活等优点,建设规模一般在千瓦~百兆瓦级别,液流电池、锂电池、钠硫电池、铅酸电池、铅炭电池是示范项目中常用的储能主流技术。
 
  张宇表示,全钒液流电池储能技术具有易于规模放大、安全可靠、环境友好等独特的优势,能够有效地补偿风力发电的不足,对于实现大规模可再生能源应用具有重大意义,是解决弃风问题的最有效手段之一,也是智能电网建设和分布式能源发展的重要组成部分。
 
  不断成长的液流电池系统解决方案
 
  液流电池是由美国科学家thallerl.h.(nasalewisresearchcenter)于1974年提出的一种电化学储能技术。液流电池是通过活性物质发生氧化还原反应来实现电能和化学能的相互转化。充电时,正极发生氧化反应,活性物质价态升高;负极发生还原反应,活性物质价态降低。放电时则正好相反,正极发生还原反应,活性物质价态降低;负极发生氧化反应,活性物质价态升高。与传统二次电池直接采用活性物质做电极不同,液流储能电池的电极均为惰性电极,只为电极反应提供反应场所,活性物质通常以离子状态存储于电解液中。正极和负极电解液分别装在两个储罐中,通过送液泵实现电解液在管路系统中的循环。运行过程中,全液态液流电池氧化还原反应表现为离子价态的变化,沉积型液流电池表现为金属的沉积与溶出。
 
  从外观看,液流电池储能系统包括如下几部分:电堆单元,由正负电极和离子传导膜叠合而成单电池的集合体;电解液单元,包括含有活性物质的电解液,及用于电解液盛装和循环的储罐、管路、阀、泵、传感器等辅助部件;控制系统,包括用于管理整个系统的电池管理系统、功率变化单元等。就像汽车的发动机燃烧汽油发电,液流电池可通过在电堆里转化电解液发电。不同的是,电解液不会被消耗掉,能够进行往复充放电。
 
  根据发生反应的电对不同,液流电池可以分为:全钒液流电池、锌溴液流电池、多硫化钠/溴液流电池、锌/镍液流电池、铁/铬液流电池、钒/多卤化物液流电池、锌/铈液流电池、半液流电池。
 
  液流电池发展至今,应用领域遍布电力系统的发、输、配、用各个环节。液流电池的发展历经了从实验室到企业、从样机到标准产品、从示范应用到商用推广,规模从小到大、功能从单一到系统集成,目前已经处于产业化的初期阶段。
 
  从2000年开始,在以中国科学院大连化学物理研究所、中国科学院金属研究所、清华大学、武汉南瑞电气有限公司、湖南德沃普电气股份有限公司等为代表的研究单位的共同努力下,我国全钒液流电池储能技术进入快速发展时期。其中融科储能与大连化物所坚持紧密的产学研合作模式最具代表性。
 
  张宇表示,融科储能是全球少数拥有全钒液流电池储能系统、材料和关键零部件开发和生产能力的领先企业之一。
 
  据介绍,融科储能自2008年成立以来,已在智能微网、离网供电及工业应用等多个领域为客户提供储能解决方案。因其全钒液流电池储能系统能量转换效率高、选址自由、安全环保、设计灵活、易于升级等优点,得到客户的广泛认可。
 
  融科储能与中科院大连化物所坚持紧密的产学研合作模式,于2012年设计集成出5兆瓦/10兆瓦时全钒液流电池系统,并在龙源电力股份有限公司位于辽宁省沈阳市法库县卧牛石风电场(50兆瓦)实施商业应用。
 
  张宇表示,该系统将与龙源电力的卧牛石50兆瓦风电场配套,用于实现跟踪计划发电、平滑风电功率输出、进而提升风力发电接入电网的能力。此外,还将在风电并网运行中发挥暂态有功出力紧急响应和暂态电压紧急支撑的作用,确保电网的总体运行更为安全可靠。在此项目中,融科储能负责5 兆瓦 /10 兆瓦时液流储能电池系统的设计、制造、集成安装与调试。
 
  据介绍,该示范电站包含液流储能单元模块系统、电池管理系统(BMS)、储能逆变器、就地监控系统、远程监控系统等。截止目前,液流储能单元模块系统能够迅速、灵活的实现预期充、放电运行模式,系统控制、保护、通讯功能完善,电池系统各项性能指标完全满足项目要求。储能单元模块系统从90%充电状态到90%放电状态的转换时间小于90ms,在恒功率352kW充、放电条件下,储能电池单元模块系统的直流端和交流端的系统能量效率(含系统自身所有元器件的能耗)分别达到73.8%和68.2%。
 
  张宇介绍,该系统采用350千瓦模块化设计,单个电堆的额定输出功率为 22千瓦。这一设计不但可以提高项目的建设效率,更是保证了储能设备的利用率,且占地面积小。全钒液流电池储能系统具备实时监控充电状态( SOC ),深充深放能力强,充放电循环寿命长等特点,能够有效地平滑风力发电输出,减少风力发电波动给电网的稳定运行带来的冲击。同时,能够通过智能控制,配合风场的运行策略,存储和释放电能,与电网友好互动,提升电网接纳可再生能源的能力、整体运行质量和可靠性。
 
  张宇指出,该系统已稳定运行五年时间,运行效果得到电网公司、新能源运营商以及国内外同行的高度认可,标志着我国在该领域技术研发、成套产品生产等方面处于世界前列。同时,示范工程的建设和应用证明了兆瓦级全钒液流电池储能系统技术的成熟,开启了大规模全钒液流电池储能商业应用的新篇章。
 
  据了解,此后,融科储能相继又实施了位于锦州的风电并网用3兆瓦/6兆瓦时储能项目和国电和风2兆瓦/4兆瓦时储能项目,这些项目不仅能实现风电的稳定输出和调度的可控性,而且丰富了储能的多种有益价值,包括节能降耗、黑启动、孤岛运行、谐波处理等,为用户带来更多收益,是探索储能商业模式的重要案例。
 
  融科储能正是以人类的福祉和社会的永续发展为根本出发点,在推进液流电池储能技术应用道路上砥砺前行。
 
  中国科学院电工研究所储能技术研究组组长陈永翀表示,融科储能率先在国内建设5 兆瓦 /10 兆瓦时液流储能电池系统,从项目设计、项目建设到系统集成以及从目前的运行情况来看,融科储能已全面掌握了液流电池关键材料、核心部件及系统集成技术,并能提供大规模液流电池储能工程技术,初步形成了全钒液流储能电池产业链。希望融科储能今后通过进一步的技术创新,进一步降低液流储能电池系统成本与系统优化,为实现其实用化和商业化,推进可再生能源的普及应用做出更多探索与努力。
 
  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,融科储能已经在辽宁法库、黑山等地的电场项目提供了10兆瓦的全钒液流电池储能系统,不仅为辽宁省清洁能源的利用与开发、提升平滑风电输出,提高风电场跟踪计划发电能力,削峰填谷、增加风场收益,增强发电企业的综合竞争力提供了有力支撑,也为我国全钒液流电池储能系统集成技术全球化应用,抢占国际标准话语权做出了许多艰辛努力。希望融科储能在全球可再生能源并网、智能微网以及分布式能源等领域探索更多应用场景与商业化模式,引领我国储能产业开创新局面。
 
  “2017年度中国储能产业巡回走访调研”活动于6月中旬正式拉开帷幕。本次活动由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会牵头并组织,中国科学院电工研究所储能课题组、上海电气集团中央研究院、深圳市科陆电子科技股份有限公司、天能集团、上海中兴派能能源科技股份有限公司、中远海运租赁有限公司、华夏幸福基业股份有限公司、中国能建江苏省电力设计院有限公司、中国能建西南电力设计院有限公司、中国电力工程顾问集团西南电力设计院、桑顿新能源科技有限公司、威胜集团有限公司、住友电工集团等单位大力支持。本次活动期间,调研团历经北京、天津、河北、山东、安徽、上海、江苏、湖南、浙江、福建、广东、四川、青海、西藏、日本等等国内外外55家企业和15个储能示范项目开展深入调研,近距离了解企业生产状况与政策诉求,调研团强大的影响力,已引起业界的高度关注与认可。

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