《“十四五”新型储能发展实施方案》明确提出,到2025年,新型储能由商业化初期步入规模化发展阶段,具备大规模商业化应用条件;到2030年,新型储能全面市场化发展。
在此大背景下,“智慧超级充电宝”的研发方——华能集团把握能源技术革命趋势,通过优化公司科技创新布局和资源配置,带动产业优化升级,于2022年3月16日立项开展“超级电容混合储能辅助火电机组AGC调频技术研究及示范应用”科技项目研究。
据介绍,该项目总规模达到20MW,采用复合储能技术,包括5MW超级电容储能系统,以及15MW/7.5MWh锂电池储能系统。储存的电量相当于21.17万个1万毫安的普通充电宝的容量总和,可同时满足超过1119户居民家庭1天的可靠用电,系首次将长寿命、高安全性的超级电容储能技术应用在火电调频领域,有效解决了大容量超级电容储能技术集成与调频应用难题。项目投用后,对于提升电网安全稳定运行,促进可再生能源消纳和能源转型具有重要意义。
取长补短,填补了我国超级电容储能领域的技术空白
姜滨,华能罗源电厂检修部电气专工,也是超级电容混合储能调频系统重要的建设者和见证者。
虽然有着30年的火电建设工作经验、曾参与多个火电站建设,但谈及“智慧超级充电宝”的建设之路,他依旧难掩自豪与激动。“从研发、设计到施工,每一个环节都遇到了许多难题。”
首先,摆在姜滨他们面前的问题就是使用什么方式储能。
在采访中,记者了解到,储能有多种形式,每种形式都有自己的优缺点。目前,电储能中比较适合大倍率应用且应用范围最广的是锂电池,但根据实际运行情况来看,锂电池存在寿命短、安全性低、经济性不足等问题。
“虽然锂电池具有储能密度高、充放电效率高、响应速度快等优点,但是,锂电池受制于充放电次数限制,导致储能系统寿命大大低于预期。”姜滨说。
安全问题更不容忽视。一个大规模储能电站,电池数量可高达几十甚至数百万只,其中任何一个电池出现问题,都可能引起整个电池组爆炸。
在综合考虑当地电网实际调频动作频率和各种储能的特性后,设计团队筛选出了国内领先的电芯比能量大于81Wh/kg的锂离子混合型超级电容电芯,完成了超级电容/锂电池的选型研究、集成方案设计和热工况性能研究,探索出“5MW超级电容+15MW锂电池”的混合储能模式,实现了适合电力系统调频场景的大容量超级电容储能系统集成。
姜滨表示,一个有效的充放电控制策略就是能够最大限度地发挥不同类型储能设备的优点,实现“1+1>2”的效果。
超级电容器是一种新型高性能储能器件,介于传统电容器和二次电池之间,使用寿命为锂电池的100多倍,业内认为其寿命可达10年,非常适合短时间、大功率充放电,响应时间达到毫秒级。