7月9-10日，由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)聯(lián)合江蘇省電機(jī)工程學(xué)會(huì)、國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院、國(guó)網(wǎng)四川綜合能源服務(wù)有限公司、國(guó)網(wǎng)浙江綜合能源服務(wù)有限公司、中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)江蘇省電力設(shè)計(jì)院有限公司、中國(guó)科學(xué)院電工研究所儲(chǔ)能技術(shù)組等單位共同主辦的“第五屆全國(guó)電網(wǎng)側(cè)暨用戶側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用高層研討會(huì)”在江蘇南通文峰酒店召開。

在本次會(huì)議上，國(guó)網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院副院長(zhǎng)常曉青分享了主題報(bào)告《儲(chǔ)能新技術(shù)及新應(yīng)用研究》?，F(xiàn)在，小編經(jīng)過(guò)授權(quán)，將演講內(nèi)容整理如下：


常曉青：非常榮幸能夠參加這么一個(gè)盛會(huì)，我開門見(jiàn)山介紹一下我們省級(jí)電科院關(guān)于儲(chǔ)能方向開展的一些研究，取得的一些成果，跟大家分享的主要是以電網(wǎng)的角度看待儲(chǔ)能。

現(xiàn)在最熱的詞是雙碳，在雙碳背景下，我們國(guó)網(wǎng)公司也出臺(tái)了新能源建設(shè)的一些規(guī)劃，到2021年全國(guó)裝機(jī)是5.34億千瓦，到2030年將超過(guò)12個(gè)億。新能源給電網(wǎng)帶來(lái)了波動(dòng)性、隨機(jī)性、間歇性，對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)的影響極大，大家可能都知道我們電網(wǎng)是發(fā)供用同步完成，所以我們有別于供水、供氣等一些系統(tǒng)，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定、實(shí)時(shí)平衡和電能質(zhì)量等等，存在大量需要解決的問(wèn)題，而儲(chǔ)能正好給我們提供了非常好的解決方案。

我們?cè)趦?chǔ)能的應(yīng)用這塊，充分認(rèn)識(shí)到儲(chǔ)能的特性，第一個(gè)是跨時(shí)空，在時(shí)間尺度可以把低谷、富余時(shí)段電力儲(chǔ)存下來(lái)，在高峰、緊缺的時(shí)段應(yīng)用；在空間尺度，可能通過(guò)電網(wǎng)和遠(yuǎn)方的一些水電、新能源充電，用在負(fù)荷中心、樞紐點(diǎn)，作為電網(wǎng)的支撐。

這是我們幾個(gè)典型的應(yīng)用，應(yīng)用在新能源方面，讓我們新能源的接入更加得到電網(wǎng)的接納。

第二是支撐我們的電動(dòng)汽車、樓宇、家庭，以及分布式能源，支持智能電網(wǎng)方面的應(yīng)用。另外一個(gè)方向，系統(tǒng)的調(diào)峰、調(diào)頻，提高設(shè)備利用率，最后還是我們?cè)趺礃觼?lái)滿足我們整個(gè)電網(wǎng)的發(fā)供用的平衡。

這是今天重點(diǎn)想和大家匯報(bào)的，就是全功率變速恒頻抽水蓄能技術(shù)。在抽水蓄能發(fā)展上，我們國(guó)網(wǎng)公司準(zhǔn)備“十四五”要新開工兩千萬(wàn)千瓦以上的裝機(jī)，一千億元的投資來(lái)建設(shè)。

今年5月7號(hào)，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步完善抽水蓄能價(jià)格形成機(jī)制的意見(jiàn)》，明確了容量電價(jià)，電量電價(jià)等一些測(cè)算依據(jù)，將帶來(lái)抽水蓄能的快速發(fā)展。為了提升系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力，抽水蓄能中的變速抽蓄以效率高、轉(zhuǎn)速適應(yīng)能力好和水泵工況下輸入功率可調(diào)等優(yōu)勢(shì)，作為今后抽蓄發(fā)展可能的一個(gè)方向。

目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有成功的變速抽蓄投運(yùn)，現(xiàn)在河北的豐寧抽蓄，引漢濟(jì)渭的三河口抽蓄都是變速抽蓄，都是全進(jìn)口的，而且在建時(shí)間也比較長(zhǎng)，遇到了一些瓶頸，一些困難。我們是在2018年四川省電力公司牽頭國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，分布式光伏與梯級(jí)小水電互補(bǔ)聯(lián)合發(fā)電技術(shù)研究與工程示范?？偣参鍌€(gè)子課題：

第一個(gè)，四川大學(xué)牽頭來(lái)做容量?jī)?yōu)化，怎么來(lái)匹配，多少光伏，多少新能源，多少水電，它們之間來(lái)組成一個(gè)互補(bǔ)系統(tǒng)。

第二個(gè)，清華大學(xué)牽頭，互補(bǔ)系統(tǒng)的穩(wěn)定特性。

第三個(gè)，水科院牽頭，也是比較關(guān)鍵的，來(lái)研制全功率變速恒頻可逆式抽水蓄能的5兆瓦機(jī)組。

第四個(gè)，南瑞牽頭，研發(fā)梯級(jí)水光互補(bǔ)電站聯(lián)合運(yùn)行控制的智能調(diào)度系統(tǒng)。

第五個(gè)，我們省電力公司具體牽頭來(lái)做一個(gè)工程示范。

這中間有一些科技攻關(guān)難點(diǎn)，特別是抽蓄這一塊。主要是研制全功率變速恒頻這個(gè)技術(shù)裝備，關(guān)鍵部件：水泵水輪機(jī)、發(fā)電電動(dòng)機(jī)、全功率變流器、協(xié)同控制器等。

水泵水輪機(jī)：主要是解決了滿足高效穩(wěn)定、能量匹配和快速功率調(diào)節(jié)能力等多目標(biāo)要求的水力模型技術(shù)開發(fā)難題，研制了適應(yīng)發(fā)電/電動(dòng)工況高水頭變比的水泵水輪機(jī)，預(yù)計(jì)7月底完成加工制造。水輪機(jī)原型最優(yōu)效率93.7%，水泵原型最優(yōu)效率91.8%，達(dá)到相似發(fā)電/電動(dòng)水頭變比下同功率等級(jí)最高效率。

發(fā)電電動(dòng)機(jī)：攻克發(fā)電電動(dòng)機(jī)加工、制造關(guān)鍵技術(shù)，解決了滿足寬變速范圍及快速響應(yīng)的發(fā)電電動(dòng)機(jī)絕緣和電磁技術(shù)難點(diǎn)，完成發(fā)電電動(dòng)機(jī)真機(jī)制造，設(shè)計(jì)效率最低保證值均為96.5% 。

二、非補(bǔ)燃式壓縮空氣儲(chǔ)能。

上一個(gè)世紀(jì)，德國(guó)工程師提出并在歐美已經(jīng)有了相應(yīng)的工程應(yīng)用，主要的儲(chǔ)能過(guò)程原理是電能驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)產(chǎn)生高壓空氣來(lái)存儲(chǔ)，釋能是儲(chǔ)存的高壓空氣經(jīng)過(guò)天然氣補(bǔ)燃的燃燒室來(lái)做功發(fā)電，這是最基礎(chǔ)的原理。它的效率只有20%。

經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，第二代技術(shù)是在燃燒室加了一個(gè)余熱的回收，所以進(jìn)一步提高了效率，但還是有天然氣補(bǔ)燃。

我們現(xiàn)在的是第三代壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，無(wú)需補(bǔ)燃和零碳排，效率還提升。這個(gè)項(xiàng)目是清華大學(xué)盧強(qiáng)院士團(tuán)隊(duì)提出來(lái)并進(jìn)行了實(shí)施，也有非常好的工程示范。盧強(qiáng)院士是我們四川省電力公司院士工作站的在站院士，同時(shí)四川電科院也和清華大學(xué)開展了多個(gè)科技項(xiàng)目合作，有關(guān)壓縮空氣儲(chǔ)能應(yīng)用的一些項(xiàng)目。

清華大學(xué)提出非補(bǔ)燃式壓縮空氣儲(chǔ)能的解決方案，它的儲(chǔ)能過(guò)程：一是通過(guò)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)產(chǎn)生高壓空氣，同時(shí)又有壓縮熱，把這個(gè)壓縮熱存儲(chǔ)。釋能過(guò)程就是儲(chǔ)存的高壓空氣還要再吸收儲(chǔ)存熱能來(lái)發(fā)電。它不需要天然氣補(bǔ)燃，是零碳排。它把各個(gè)環(huán)節(jié)的能量損失，力求減少到最小。中間還有一些關(guān)鍵的技術(shù)，比如壓縮和透平級(jí)數(shù)，儲(chǔ)氣庫(kù)的氣密性，供熱比例，節(jié)流壓力參數(shù)優(yōu)化等等，來(lái)形成整體的壓縮空氣儲(chǔ)能優(yōu)化解決方案。

相應(yīng)的指標(biāo)，通過(guò)三級(jí)壓縮、兩級(jí)透平到三級(jí)透平，節(jié)流壓力從3.5兆帕到4.5兆帕，原來(lái)基礎(chǔ)的沒(méi)有采用氣密性措施，現(xiàn)在增強(qiáng)氣密性措施，并且采用了變直徑盤繞螺旋管換熱器設(shè)計(jì)，使整體的發(fā)電效率由42.25%提升到了52.1%，而且這是長(zhǎng)時(shí)間的綜合工況。我們的綜合效率加強(qiáng)供熱可以從86.84%提升到92.3%。

三、儲(chǔ)能在電網(wǎng)中的應(yīng)用。

一個(gè)是分布式光伏和梯級(jí)小水電的項(xiàng)目，我們想實(shí)現(xiàn)中長(zhǎng)期的電量互補(bǔ)，短期的電力互補(bǔ)，實(shí)時(shí)的控制互補(bǔ)。有很多人都提到多能互補(bǔ)，風(fēng)電和光伏，風(fēng)電夜間有，光伏白天多，它是一種自然條件下的互補(bǔ)。一個(gè)大流域的水電幾千萬(wàn)，加上風(fēng)電光伏通過(guò)時(shí)間、空間上形成一些互補(bǔ)。這里是要實(shí)現(xiàn)運(yùn)行上的，可調(diào)度的三個(gè)時(shí)段的互補(bǔ)。

我就簡(jiǎn)要做一個(gè)介紹，中長(zhǎng)期要解決動(dòng)靜態(tài)工況下的水光蓄多目標(biāo)的規(guī)劃，在短期要響應(yīng)功率隨機(jī)波動(dòng)的智能調(diào)度與運(yùn)行控制，在實(shí)時(shí)要實(shí)現(xiàn)異構(gòu)多電源的快速協(xié)調(diào)控制。具體的應(yīng)用是在四川阿壩小金縣，當(dāng)時(shí)選點(diǎn)我是親自到了現(xiàn)場(chǎng)，我們可以在春廠壩裝設(shè)一個(gè)5兆瓦的抽蓄機(jī)組，我們利用春廠壩的上庫(kù)和下庫(kù)作為抽蓄的上庫(kù)和下庫(kù)，可以看到撫邊河和沃日河匯集形成的干流，小金川河干流上抽水抽回來(lái)。無(wú)意中我們達(dá)到了一點(diǎn)，可以增大抽水蓄能的引用水量。

另外，我們?cè)谶@里建的3級(jí)水電廠+5萬(wàn)光伏+5兆瓦的抽蓄，利用的都是原有的大壩，原有的引水隧洞，原有的壓力鋼管，不增加其他的投資。主要的就是建了一個(gè)接近50米的豎井，來(lái)建設(shè)5兆瓦的抽蓄機(jī)組，我就不再做詳細(xì)的介紹。

怎么應(yīng)用這個(gè)抽蓄機(jī)組？我們把周邊的5萬(wàn)光伏的波動(dòng)分為高、低頻兩個(gè)分量，用抽蓄電力電子設(shè)備來(lái)平抑秒級(jí)的波動(dòng)，用梯級(jí)水電來(lái)平抑分鐘級(jí)的波動(dòng)。將在9月份進(jìn)入實(shí)時(shí)的聯(lián)調(diào)。通過(guò)仿真計(jì)算，以前的波動(dòng)合格率在86.6%，加上這個(gè)聯(lián)合系統(tǒng)的運(yùn)行以后，我們波動(dòng)的合格率達(dá)到了100%。另外，我們開發(fā)了一套聯(lián)合運(yùn)行控制與智能調(diào)度系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)在試運(yùn)行了，互補(bǔ)系統(tǒng)涉及到中間有四個(gè)水電站，有蓄能機(jī)組，有光伏。

壓縮空氣儲(chǔ)能也開展了一些工作，首先在源端促進(jìn)可再生能源的消納，在用戶側(cè)實(shí)現(xiàn)多能聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供，因?yàn)閴嚎s空氣儲(chǔ)能同時(shí)還可以供熱。在電網(wǎng)側(cè)有多種應(yīng)用了，調(diào)峰、調(diào)頻、黑啟動(dòng)等等。希望壓縮空氣儲(chǔ)能的機(jī)組還能夠在電網(wǎng)發(fā)揮更大的作用，我們有一個(gè)項(xiàng)目，希望利用它來(lái)抑制低頻振蕩。我們進(jìn)行了一些分析，在它的壓縮空氣透平機(jī)調(diào)速環(huán)節(jié)，我們?cè)黾恿艘恍┫辔谎a(bǔ)償和濾波。在振蕩過(guò)程中，可以輸出變化的機(jī)械功率起到阻尼作用。

我們做了一個(gè)對(duì)比，在基礎(chǔ)方式、附加阻尼的調(diào)相機(jī)、壓縮空氣儲(chǔ)能附加阻尼。我們發(fā)現(xiàn)最好的效果出現(xiàn)在壓縮空氣機(jī)組的附加阻尼上，達(dá)到了3.2%。我們利用這樣一個(gè)機(jī)組可以比較好的來(lái)提升抵制低頻振蕩這樣一個(gè)問(wèn)題。

下一步發(fā)展，因?yàn)槲覀冐?fù)荷中心火電機(jī)組不再批新項(xiàng)目了，負(fù)荷中心電力電量還在發(fā)展，還有一些老的火電要關(guān)停，所以對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)了極大的影響。我們想利用壓縮空氣儲(chǔ)能，首先它可以提供有功，滿足功率平衡。其次空心化的最大影響是電壓穩(wěn)定性，電網(wǎng)出現(xiàn)一些大的干擾，短路故障以后電壓跌落，但是因?yàn)槲覀儧](méi)有足夠的電源支撐，沒(méi)有辦法加快電壓恢復(fù)。這是電壓穩(wěn)定破壞一個(gè)主要的因素。

加入壓縮空氣儲(chǔ)能機(jī)組以后，希望它提供緊急的事故支援。我們?cè)诔啥茧娋W(wǎng)做了一個(gè)仿真，在三座50萬(wàn)站同時(shí)接了一個(gè)10兆伏安的壓縮空氣儲(chǔ)能。根據(jù)仿真的情況來(lái)看，我們電壓恢復(fù)到1個(gè)p.u所需要的時(shí)間可以加快1秒，也就是說(shuō)可以明顯的改善負(fù)荷中心電壓穩(wěn)定的水平。

這是在配電網(wǎng)的應(yīng)用，這個(gè)都比較常規(guī)。四川電網(wǎng)2018年的最大負(fù)荷是3691萬(wàn)千瓦。2019年來(lái)看，超過(guò)這個(gè)負(fù)荷的天數(shù)12天，超過(guò)3800萬(wàn)6天，超過(guò)3900萬(wàn)只有3天。我們?yōu)榱藵M足這3天、6天，最多10多天這樣極端的高負(fù)荷，電網(wǎng)的變電容量，輸電容量建設(shè)肯定會(huì)極大的投入。因此，利用儲(chǔ)能來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，一方面可以更好的保障可靠供電，另一方面也可以減少電網(wǎng)的投資，提升經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的水平。

考慮負(fù)荷轉(zhuǎn)供，我們主要和四川大學(xué)開展了一些共同的研究，我們建立了雙層優(yōu)化配置的模型，以經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)，上層主要解決區(qū)域電網(wǎng)多點(diǎn)布局儲(chǔ)能的優(yōu)化配置問(wèn)題。下層基于上層的配置，以切負(fù)荷成本最小為目標(biāo)，解決各選址節(jié)點(diǎn)儲(chǔ)能的優(yōu)化運(yùn)行問(wèn)題?？偟膩?lái)講，我們考慮了儲(chǔ)能協(xié)同以后，線路的過(guò)載，負(fù)荷的損失等等問(wèn)題都可以得到比較好的解決，這是和配電網(wǎng)的重構(gòu)結(jié)合在一起做的一個(gè)項(xiàng)目。

混合儲(chǔ)能用于電壓暫降的治理?，F(xiàn)在大家都知道以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)有兩個(gè)突出特點(diǎn)就是雙高，一個(gè)是高新能源，一個(gè)是高電力電子設(shè)備。電力電子設(shè)備對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量要求就更高，它的高穿、低穿、諧波、暫降等等，都可能會(huì)引起電力電子設(shè)備的異常和故障。在用電這個(gè)層面，半導(dǎo)體制造、汽車的激光焊接和噴涂等等，都對(duì)電壓質(zhì)量提出更高的要求。

我們現(xiàn)在面臨用戶投訴比較多的，已經(jīng)從有電沒(méi)電開始轉(zhuǎn)移到電壓質(zhì)量的方面了。電壓暫降是我們系統(tǒng)故障或者一些其他的大電機(jī)啟動(dòng)等等擾動(dòng)因素，電壓暫時(shí)降低，在100毫秒或者是60毫秒以內(nèi)，怎么恢復(fù)起來(lái)？這是我們面臨的電壓暫降問(wèn)題。

這個(gè)地方我們用混合儲(chǔ)能，超導(dǎo)磁儲(chǔ)能響應(yīng)快，它的毫秒級(jí)響應(yīng)跟得上，但是它價(jià)格比較昂貴，蓄電池儲(chǔ)能充電速度相對(duì)比較慢，但它價(jià)格便宜，可以規(guī)模化的實(shí)施。兩個(gè)加起來(lái)進(jìn)行毫秒級(jí)功率補(bǔ)償和后續(xù)電能持續(xù)的補(bǔ)給，來(lái)進(jìn)行電壓暫降的治理。這是通過(guò)一些實(shí)時(shí)的仿真來(lái)看，實(shí)現(xiàn)擾動(dòng)后負(fù)載電壓的全補(bǔ)償，效果是非常滿意的。

四、研究展望。

我們認(rèn)為變速抽蓄通過(guò)常規(guī)的水電改造或者擴(kuò)建來(lái)實(shí)現(xiàn)，可能是下一步一個(gè)重要的發(fā)展方向。要解決三個(gè)問(wèn)題：

1、常規(guī)水電改擴(kuò)建變速抽蓄經(jīng)濟(jì)性評(píng)估。

2、變速抽蓄機(jī)組安全可靠運(yùn)行策略。

3、變速抽蓄機(jī)組參與多能互補(bǔ)聯(lián)合運(yùn)行與控制。

這是我們變速抽蓄可能的場(chǎng)景。

非補(bǔ)燃式壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)作為一種清潔物理儲(chǔ)能技術(shù)，零低碳、低成本、高效率、長(zhǎng)壽命、多能聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供。在一些較好的工況下，效率已經(jīng)可以達(dá)到60%。在下一個(gè)方向有更多的應(yīng)用，而且我們現(xiàn)在正在著手研究大規(guī)模的應(yīng)用，它的儲(chǔ)氣可以利用我們?cè)谒拇◤V泛存在的地下鹽穴，在井鹽治鹽結(jié)束以后，過(guò)去我們要灌水下去?，F(xiàn)在利用鹽穴來(lái)作為儲(chǔ)氣系統(tǒng)，甚至可以做到什么程度呢？我們剛才說(shuō)調(diào)峰，把低谷的電儲(chǔ)能下來(lái)。它可以在豐水期儲(chǔ)存下來(lái)，到枯水期去發(fā)。因?yàn)檫@個(gè)鹽穴足夠的大，我們可以用它來(lái)進(jìn)行更長(zhǎng)時(shí)間尺度的調(diào)節(jié)。這是壓縮空氣儲(chǔ)能的一個(gè)應(yīng)用，小型的儲(chǔ)能裝置還有靈活性，可以放在我們想放的任何地方。

我們?cè)?jīng)做了一個(gè)工作，在四川西藏聯(lián)絡(luò)線外送通道上，它的穩(wěn)定極限在40萬(wàn)千瓦，如果加上一個(gè)10兆伏安的壓縮空氣儲(chǔ)能，通過(guò)計(jì)算可以提升20%到50萬(wàn)千瓦。根據(jù)具體電網(wǎng)做具體的分析計(jì)算，也就是說(shuō)它可以提高外送通道的輸送能力。

氫和氫產(chǎn)業(yè)鏈，很多國(guó)家、很多地方都有了產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，有的也有一些反復(fù)，但四川很早就在關(guān)注。從水電大量棄水開始就在關(guān)注，雖然現(xiàn)在有氫產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，但是氫從哪里來(lái)？目前看來(lái)可以工業(yè)化應(yīng)用最好的方法還是電解水。因?yàn)殡娊馑夹g(shù)上的一些瓶頸，主要是效率上的，還沒(méi)有得到更大的應(yīng)用。

最近我們也了解到，德國(guó)已經(jīng)有了高溫制氫的工程化應(yīng)用，效率可以達(dá)到80%-90%。如果可能大規(guī)模地應(yīng)用，這會(huì)很大程度上改變現(xiàn)有的電動(dòng)汽車、燃料汽車應(yīng)用場(chǎng)景。我們覺(jué)得氫是一個(gè)清潔燃料，同時(shí)也是很多化工原料，也是工業(yè)生產(chǎn)的一些催化劑。同時(shí)，通過(guò)質(zhì)子交換膜、固態(tài)氧化物燃料電池等，它還可以形成電氫電作為儲(chǔ)能。當(dāng)它的效率提升到一定水平的時(shí)候，也是一個(gè)對(duì)我們非常有幫助的轉(zhuǎn)變。

虛擬儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)際上就是把已經(jīng)有的儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用+電網(wǎng)負(fù)荷控制，比如電動(dòng)汽車充電可逆，家用電器可調(diào)，還有一些工業(yè)化的生產(chǎn)用電可控，整個(gè)作為一個(gè)大的系統(tǒng)來(lái)協(xié)同、來(lái)優(yōu)化。這將會(huì)實(shí)現(xiàn)精益化的管控，將來(lái)更加方便的電網(wǎng)調(diào)節(jié)。

我的匯報(bào)到這，謝謝大家。