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10月23-25日，由ESPlaza長時儲能網(wǎng)主辦、湖州工業(yè)控制技術(shù)研究院+浙江綠儲科技有限公司聯(lián)合主辦的2024第二屆中國長時儲能大會在浙江湖州盛大召開，國家電投集團(tuán)中央研究院儲能所所長白寧出席會議，從技術(shù)路線、研究進(jìn)展、項目應(yīng)用等方面分享長時儲能技術(shù)新型解決方案——熱泵儲能技術(shù)。 ▲白寧 由于波動性和不確定性的“風(fēng)光”發(fā)電的比例和滲透率逐漸提高，電力系統(tǒng)日間負(fù)荷特征已經(jīng)由之前的“鴨子曲線”轉(zhuǎn)化為“峽谷曲線”，即，負(fù)荷反調(diào)峰的深度和時間被拉長，使得電力系統(tǒng)面臨的波動性越來越大，系統(tǒng)對靈活性要求也逐漸提高，主要表現(xiàn)為： 第一，儲能時長在增加。當(dāng)前，無論是在用戶側(cè)還是在電源側(cè)和電源側(cè)，兩小時儲能越來越難以滿足系統(tǒng)需求，尤其是風(fēng)光大基地建設(shè)的繁榮，對長時能量搬運的需求也已經(jīng)釋放出來了。 第二，電網(wǎng)波動性愈發(fā)明顯。電網(wǎng)波動性增強(qiáng)對儲能發(fā)揮主動支撐和慣量支撐作用的要求越來越高，亟需加快長時構(gòu)網(wǎng)型儲能的建設(shè)。 利用儲能調(diào)節(jié)新能源發(fā)電波動性問題和提高利用率是發(fā)展儲能的底層邏輯，但是，隨著火電、水電、核電等調(diào)節(jié)電源容量占比下降，確保新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定、安全亟需發(fā)展新型長時儲能技術(shù)補(bǔ)齊“缺口”，且潛力巨大。 致力于全球市場研究的HTF Market Intelligence預(yù)測，到2030年長時儲能市場規(guī)模將達(dá)到1325億美元，復(fù)合年增長率為42.5%。 從電力企業(yè)的角度來看，白寧認(rèn)為，符合未來需求導(dǎo)向的長時儲能技術(shù)有幾個重要的趨勢值得關(guān)注。第一，選址靈活，更能契合風(fēng)光資源、電網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點進(jìn)行靈活部署。第二，低成本，主要表現(xiàn)為擴(kuò)容邊際成本低。短時儲能的成本中，儲能介質(zhì)占比不是很大，但是對長時儲能而言，隨著時長的增加，儲能介質(zhì)的成本占比升高，即，系統(tǒng)建設(shè)成本無限趨近于容量成本。而且，未來，長時儲能的時長會更長，將很難做到一天多儲多放，很有可能會幾天一次或者長期一次，其商業(yè)模式肯定會發(fā)生本質(zhì)變化。目前來看，低充放次數(shù)或者充放頻率肯定會對造價有要求。因此，長時儲能擴(kuò)充容量的邊際成本一定要低。第三，對電網(wǎng)的主動支撐能力，要能夠達(dá)到火電、抽水蓄能的能力。第四，高安全、長壽命和環(huán)保。 ▲新型長時儲能系統(tǒng)造價隨儲能時長的變化情況 長時儲能技術(shù)路線較多，總體來看，包含熱泵儲能、壓縮空氣儲能等在內(nèi)的物理儲能技術(shù)符合大部分需求導(dǎo)向，有望成為未來長時儲能技術(shù)的主要部署方式之一。 1 釩熱泵儲能技術(shù)路線及發(fā)展現(xiàn)狀 熱泵儲能是一種通過熱泵循環(huán)消納谷/棄電，建立高低溫差并儲熱和冷，用電高峰再通過溫差驅(qū)動熱機(jī)循環(huán)發(fā)電的規(guī)?；L時儲能技術(shù)，熱泵儲能采用閉式循環(huán)，無需儲存循環(huán)工質(zhì)，也稱作卡諾電池技術(shù)。 白寧表示，熱泵儲能技術(shù)和壓縮空氣儲能同源不同流。壓縮空氣儲能和熱泵儲能同屬于熱力學(xué)的范疇，但發(fā)展方向不同，壓縮空氣儲能的核心環(huán)節(jié)為壓縮過程和膨脹過程，而熱泵儲能則是封閉的熱力循環(huán)，主要分為布雷頓循環(huán)和朗肯循環(huán)，效率接近甚至高于壓縮空氣儲能。 其優(yōu)點也很明顯。第一，熱泵儲能是閉式循環(huán)，不需要高溫高壓存儲大量的氣體，能量依靠高溫介質(zhì)（比如熔鹽、水、二氧化碳等）進(jìn)行存儲，能量密度可以達(dá)到壓縮空氣儲能的上百倍，在不需要很大的存儲空間下可以實現(xiàn)GWh級別的容量規(guī)模。第二，熱泵的增值空間很大，尤其是在冷熱電三聯(lián)供情況下，系統(tǒng)綜合效率會非常高。因為熱泵儲能是一個封閉的循環(huán)系統(tǒng)，所有的不可逆損失不會白白跑掉，比如，它的余熱非常高，最高能到200度左右，且占到整個系統(tǒng)的30%-40%，在很多應(yīng)用場景非常有價值。 國家電投在2107年開始組建熱泵儲能團(tuán)隊，并將熱泵儲能列為集團(tuán)的重點科研計劃，目前已經(jīng)投入大約1.4億元的科研經(jīng)費。2023年首套MW級中試項目開工建設(shè)。2024年已完成百MW級系統(tǒng)方案，測算熱電綜合效率90%，綜合造價800元/kWh，具備規(guī)?；茝V條件。。 2 國家電投熱泵儲能技術(shù)方案 國家電投中央研究院牽頭成立國家能源用戶側(cè)儲能創(chuàng)新研發(fā)中心，匯聚我國新型儲能技術(shù)領(lǐng)域優(yōu)秀資源，打造產(chǎn)學(xué)研用深度創(chuàng)新融合體系，大力推動熱泵儲能技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)，同步成立上下游產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，加快推動技術(shù)持續(xù)降本與示范應(yīng)用。 目前集團(tuán)主要針對布雷頓空氣介質(zhì)循環(huán)技術(shù)的研發(fā)。該系統(tǒng)主要由動力系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)、儲熱/冷系統(tǒng)組成，各系統(tǒng)涉及的設(shè)備分別有電動機(jī)、高溫壓縮機(jī)、低溫膨脹機(jī)，發(fā)電機(jī)、高溫膨脹機(jī)、低溫壓縮機(jī)，高溫?fù)Q熱器、回?zé)崞鳌⒌蜏負(fù)Q熱器，以及儲存罐和儲能介質(zhì)。 該技術(shù)的優(yōu)勢為： 第一，選址靈活。只需要建設(shè)儲熱部分，無需向地下空間延伸。 第二，系統(tǒng)效率高，寬負(fù)荷運行效率穩(wěn)定。百MW級電-電效率在65%以上，綜合效率在85%以上，且后期運維成本非常低。 第三，高品質(zhì)的冷熱電三聯(lián)供。根據(jù)實際需求，合理匹配能量輸出形式及比例。其中余熱可用來冬季供暖，生產(chǎn)的冷量可在夏季供冷，具有良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。 第四，物理的轉(zhuǎn)動慣量支撐。長時儲能技術(shù)不僅能解決容量的問題，還能解決電網(wǎng)穩(wěn)定性的問題，比如調(diào)頻、調(diào)相。國家電投熱泵儲能技術(shù)團(tuán)隊從2019年開始研究24小時調(diào)相，目前基本上已經(jīng)完成技術(shù)攻關(guān)。 第五，擴(kuò)容邊際成本低。熱泵儲能系統(tǒng)功率和能量是解耦的，在長時儲能方面，系統(tǒng)成本主要在儲能介質(zhì)（比如熔鹽），當(dāng)前熔鹽的價格比較友好，而且隨著產(chǎn)能的擴(kuò)大，未來還有下降空間。隨著儲能介質(zhì)成本的下降，儲能系統(tǒng)的擴(kuò)容邊際成本則越低。 為了更好地促進(jìn)熱泵儲能的推廣和應(yīng)用，國家電投建立了完整的研發(fā)體系，涉及到設(shè)備、換熱、儲熱、儲冷以及整個系統(tǒng)的仿真。目前，系統(tǒng)靜態(tài)和動態(tài)仿真平臺都已經(jīng)完成，模擬的精度完全可以配合工程化的進(jìn)展。在設(shè)備方面，聯(lián)合陜鼓集團(tuán)、沈鼓集團(tuán)、哈汽輪機(jī)、東方汽輪機(jī)等先進(jìn)設(shè)備制造廠商開展研發(fā)、攻關(guān)，并取得明顯的成果。 為了驗證系統(tǒng)可行性、安全性、經(jīng)濟(jì)性，2023年12月，國家電投自主研發(fā)的MW級中試系統(tǒng)工程在云南陸良開工建設(shè)，截至2024年10月，總體驗證進(jìn)度已完成65%，預(yù)計到2025年年初機(jī)組本體現(xiàn)場安裝就位，同步開始調(diào)試運行。通過驗證系統(tǒng)項目的實施和經(jīng)驗總結(jié)，以期實現(xiàn)百MW級系統(tǒng)方案落地的跨越式發(fā)展。 3 熱泵儲能系統(tǒng)應(yīng)用價值 在電源側(cè)，目前，風(fēng)光資源大基地項目棄風(fēng)棄光現(xiàn)象較多，熱泵儲能技術(shù)可以作為重要支撐助力解決新能源消納的問題，提升外送電能力，并且具備一定的經(jīng)濟(jì)性。以100MW/6小時規(guī)模的熱泵儲能系統(tǒng)為例，年利用小時數(shù)1800h，每天6h儲能，在青海電力市場中，根據(jù)測算，考慮消納光伏發(fā)電的情況下，能夠保證資本金8%的收益，售價為0.34元/kWh，可以對標(biāo)青海的標(biāo)桿煤價，初步具備經(jīng)濟(jì)可行性。如果再結(jié)合青海的政策，共享儲能可以享受0.7元的電價補(bǔ)貼，根據(jù)前面的測算，內(nèi)部資本金收益率會更高。 在電網(wǎng)側(cè)，熱泵儲能可以發(fā)揮調(diào)峰調(diào)頻作用，解決電網(wǎng)波動性的問題。在經(jīng)濟(jì)性方面，以100MW/6h儲能為例進(jìn)行測算，年等效利用小時數(shù)1960h，根據(jù)蒙西電力市場，利用容量補(bǔ)償+現(xiàn)貨市場，平均價差為0.51元/kWh，收益率十分可觀。 在用戶側(cè)，可以應(yīng)用在高耗能的產(chǎn)業(yè)，如電解鋁、數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)等，降低用電成本，提升綠電供給可靠性。 此外，熱泵儲能系統(tǒng)還可進(jìn)一步與火電、核電、光熱系統(tǒng)進(jìn)行深度耦合，提升系統(tǒng)的調(diào)峰調(diào)頻能力以及靈活性。 白寧在最后總結(jié)道，長時儲能技術(shù)路線呈現(xiàn)多元化發(fā)展趨勢，任何一個技術(shù)都不可能“包打天下”，只能說在特定領(lǐng)域有一定的優(yōu)勢。熱泵儲能技術(shù)作為其中之一，十分契合電力市場的發(fā)展，正在獲得各方的關(guān)注，具有廣闊的產(chǎn)業(yè)價值和市場前景。 長期以來，國家電投集團(tuán)聚焦我國的新型電力系統(tǒng)建設(shè)，未來將會重點推進(jìn)熱泵儲能的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，希望在技術(shù)示范和應(yīng)用推廣、投融資等方面與業(yè)內(nèi)同仁共同開展緊密合作。同時，也希望在技術(shù)規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)政策、技術(shù)應(yīng)用推廣等頂層設(shè)計方面能夠為熱泵儲能提供相關(guān)支持，以發(fā)揮熱泵儲能在能源轉(zhuǎn)型方面的作用。
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