索比光伏网
我要投稿
上海电科院张宇：新型储能技术在电力转型过程中使命
5月24～26日，由工业和信息化部节能与综合利用司与国家能源局能源节约和科技装备司联合指导，中国化学与物理电源行业协会主办并联合240余家机构共同支持的第十三届中国国际储能大会在杭州召开。
来自行业主管机构、国内外驻华机构、科研单位、电网企业、发电企业、系统集成商、金融机构等不同领域的1011余家产业链供应链企业，5417位嘉宾参加了本届大会，其中245家企业展示了储能产品，可谓盛装出席，涵盖系统集成、电芯、PCS、BMS、集装箱、消防、检测认证等新型储能全产业链。
5月25日上午，国网上海市电力公司电力科学研究院高级技术专家张宇受邀在新型储能系统集成解决方案专场分享了主题报告，报告题目为《储能技术助力能源低碳化转型》。以下是报告主要内容：
张宇：大家知道“双碳”目标提出之后，整个国家面临能源转型，用非化石能源代替常规火电、燃气机组，也提出了新型电力系统建设的目标，和新型电力系统一脉相承，我们认为新型储能(除抽水蓄能以外的其他储能形式)具有很好的应用前景。我们也关注到学会是化学与物理学会，去年、前年我们这边牵头写了储能术语的标准，储能按技术类别分类的话，就是按物理储能和化学储能来分的。我们这个协会也是基本上囊括了新型储能系统所有的形式，我也看了一下，报告人里有来自电网的企业，有发电的企业，更多是一些厂商，大家关注储能在未来新型电力系统应用，储能在未来将发挥积极的作用。这次参加会议一个是分享我们在新型储能方面个人的体会和认识，更多是向同行学习的。
我今天就做一个开场报告，算抛砖引玉，可能是从比较宏观的视角看一下新型储能技术在电力转型过程中一些使命，包括它的一些作用。
这是我个人工作的履历，最早从2007年开始就承担国家科技支撑计划的项目，做的是比较小众的电池，钠硫电池，这个照片是2009年我和温老师到科技部参加了“十大科技进展新闻”的颁奖仪式，后面更多关注储能在并网的应用方面，做的试验能力建设，包括车网互动、新能源消纳方面的一些国家级科技项目。从2017年开始换了一个赛道，做一些国际标准的创制工作。
今天的报告大概分三个方面：一是从能源转型角度看一下储能应用的需求；二是大概剖析一下所谓新型储能设定的关键技术；最后是到2030年前储能发展路径做一些初步的展望。
一、储能应用需求
我们知道新型储能再往上溯源的话是新型电力系统，新型电力系统再往上一层就是能源转型，“双碳”，碳中和，到2030年碳达峰，到2060年碳中和。我们国家和发达国家相比，发达国家已经碳达峰了，走在碳中和的路上，所以说我们未来在30多年时间要完成两个使命：碳达峰、碳中和。我们知道要实现碳中和的目标，或者碳达峰，相当一部分的使命是要实现能源的转型。能源转型是两个方面：一是所谓发电端，用非化石能源代替化石能源，非化石能源逐步成为主力电源，第一大电源。二是用电端，更多提高用电在终端用能的比例，所以电力是能源转型一个中心环节。
我们知道新能源接入之后，我们管电网调度运行，对这个还是有比较深刻的认识，我们知道新能源是以风电和光伏为主，它们是靠天吃饭，它们具有随机性和波动性，精准预测也是业界的一个难题，实际上也是很难做到完全精确的来预测。我们电力系统主要的特征还是没有变，是发电用电功率实时平衡的，所以说在发电端增加了很多不确定性。原来我们这边所谓“源随荷动”，靠主力电厂调一下就能满足负荷波动的需求。现在在源侧增加了很多不确定性，我们怎么破这个局呢，还是电力系统里要增加很多灵活性资源。灵活性资源就是具有向上向下功率调节的能力，所以说新型电力系统下一个重要的命题就是规划运行大量的灵活性资源。
这是我们美国同行做的一个报告，我把里面其中一页摘出来。未来在低碳的能源系统里，我们国内叫新型电力系统，国外叫低碳电力系统。在所谓发电端、输配电端、用户端，包括储能是源网荷储泛在的。国外还有电力市场、电力辅助市场，因为运营商在这6个层面都有一些调节能力，所以未来在新型电力系统，或者低碳化的能源系统里是要很好的把这6个层面灵活性资源组合起来。储能是其中一个方面，因为储能在新型电力系统可以承担重要的一些使命，但这些使命是跟其他灵活性资源配合一起来完成的。
这里是储能的类别，也是很多，电化学现在在新型电力系统里最活跃的一个分支，其他大家熟悉的还有飞轮储能，还有超级电电容器储能，还有压缩空气的储能，抽水蓄能是常规的。还包括储氢、储热。
储能的应用场景在源网荷侧都可以找到一些典型的应用场景，包括在综合能源方面也有一些应用场景。随着新型电力系统的建设，储能很紧密融入到源网荷侧，这个界面越来越模糊，本身新型电力系统源网荷的界限也会越来越模糊。
二、新型储能涉及的关键技术
储能要有一个储能的介质，我们叫储能的载体，所以本体技术是一个关键。现在很多集成依托于一个本体开展后端的并网，包括能效管理，包括上网交易，后面成套集成的。现在电网里对灵活性资源的调节需求有短时高频，有中短时长，有长时低频，应该说在每一个电力对灵活性资源的需求都有它适用的技术，所以未来还是在三个时间尺度上寻找一些，或者开发一些，完善一些现在市面上能看到到的技术。当然也可以以一些指标来衡量，淡化技术的属性，从我们最后投资电网的角度来看它应该达到什么样的水平，一般认为循环寿命大概1.5万次，整个系统转化效率90%，采购成本是低于1块钱每瓦时，度电成本，全生命周期的做到2毛，现在更激进的做到1毛的也有。这几年国纵项目里有考核指标，我记得2毛，甚至有1毛的。现在大家关注的技术也比较多，在右下角也列出一些，整个业界比较关注的技术。
并网技术，完成储能介质里存储的能量，和整个新型电力系统对灵活性资源调节这么一个连接的纽带和桥梁，它也很关键。一般电化学里是做一个直流到交流的变换，变换的拓扑也比较多，可能对电力电子比较了解，大概有5-6种典型的拓扑。这里给出的是这两年大家关注度比较高的，尤其在大储能项目里会比较多考虑来用高压级联技术。高压级联类似高压直流输电，用的级联的方式，在电池端通过一个DC/DC隔离式的把它串起来，好处是可以取消升压或者隔离的变压器，整个系统具有更高的能效指标和响应速度。
还有一个大家比较忽略的，信通技术也是很关键的应用。根据不同的应用，它可以采取不同的通信载体，网关可以设置在不同的地方，这里给出了美国电科院的报告，甚至不同层面的应用都有不同的通信方案，包括网关都设置在最合理的地方。
还有运营阶段涉及到调控技术，一个是设备层面的调控，另外是侧重于应用层面的调控。这里给了设备层面的调控技术，也是我们最近一个合作伙伴，上海交大李睿教授这两年在做的分割管控技术，就是在电池端串一个小的PCS，把簇间电压调到一致，将来运行增加了很多灵活性。它有弱电池，也可以比较一致在簇这个层面一致。这个技术大家可以关注一下，会稍微增加一些成本，运行的可用率会显著得到提升。
还有安全技术，我们知道安全怎么强调都不为过的。国内比较有名的“大红门”，韩国同行从2017年开始，现在已经有30多起火灾事故了。我个人也在从事IEC国际标准创制工作，有时候开会韩国同行也会分享他们的事故分析。我感觉如果让我们去分析的话稍微有点脸红，可能韩国他们已经习惯了这个事情。我感觉安全技术是一个大安全的概念，从本体的安全到设备、系统级的安全，我们在各个层面都要采取相应的措施，最后实现一个应用级的安全。
三、储能发展路径
最后和大家汇报一下储能的发展路径，规划还是很重要的，什么事情都是靠规划引领驱动的。我们国家层面有规划，至少到2030年、2050年对新型储能发展都提出了明确的目标。地方层面要很好对接国家的规划，制定省域储能的专项规划。我给了两个例子：一个是山东的，一个是浙江的，应该说属于发力比较晚，但后面会走的比较快，因为这两个省经济的体量还是比较大的，未来有很大的发展空间。
还有我们关注新型电力系统，很多都是从“碳视角”，常规的电力系统是“电视角”，所以未来新型电力系统还是要以电碳耦合的视角来看储能。这里右边给了一张图，不同的达到减碳目标，储能应该达到什么样的规模，或者要消减，要达到什么样的比例，这也是一个有趣的视角。做这样的研究也很好，我们可以宏观角度预判一下大概要达到未来不同的阶段，储能的发展规模应该是多少。总的社会成本是多少，在电交易、碳交易的市场给储能一个合理的回报。如果“电碳耦合”的话，是有助于在储能投资价值临界点附近的地方，起到助推的作用。意味着将来储能系统除了电市场的交易，未来还可能会有碳市场的交易。可以加速投资回升过程。
还有标准体系也很重要，尤其涉及到系统集成，最后系统集成变成厂家的解决方案，最后从用户的角度还是希望通过标准约束引领整个应用场景是怎么样的，它去找标准，看看有哪些适用的技术，典型的接入方案是什么样，应该说整个国家层面现在电力储能标准体系的建设处于干得热火朝天，因为本人也是储能国标委的委员，经常会牺牲周末时间参与标准的讨论和审查，大家也可以关注一下。尤其是我们做产品开发的，更多要关注这些标准，因为这些标准会对设备提很多要求，对并网的管理提很多要求。
除了规划就是配置，刚才我们说了源网荷侧有很多典型的应用，怎么样配置，我个人一个理解就是“抓大聚小”，所谓在电力系统整个能源的转型是在大电网层面和配用电层面，两个方向同时进行，所以储能的配置也要依附于这两个大方向。抓大，在大电网层面利用海上风电，包括常规火电厂灵活性资源提升，包括储能，包括负荷的需求响应，把它很好的结合起来提供一个全网的灵活调节能力，甚至提供一个主动支撑的能力，这是所谓的抓大。聚小，我们这边分布式光伏+充电站+区域配电网联合起来，会形成一个光储充台区变以下的，或者一个供电片区里能源供给的优化，所以说储能应该是灵活配置在大电网层面和配用电层面，所谓抓大聚小。
还有商业模式也很重要，这几年有共享储能说的比较多，储能也是一个比较好的再保险的产品。共享储能有什么好处呢，个人理解有两个：一是共享之后合并了储能需求，可以减少储能的规模总量。因为张三也建，李四也建，张三、李四合建之后就不是1+1=2，1+1规模1.8就=2了。二是储能的运营管理还是有比较强的专业性，不是一般人能玩得动的，共享储能一般具备这个专业知识，可以很好的管理储能系统，而且他自己投资，他心疼这个钱，会把这个系统管得好好的。
最后借用上海曾经的主力电厂，杨浦发电厂。上海杨浦发电厂最早是30万机组，也是在上海2000年前后一轮电源侧的改革，“上大压小”，老机组退出来，把发电份额让出来，让给100万的超超过临界，排放更好的机组。未来能源转型，是我们看到的风电、光伏代替常规老的发电技术。当然未来在转型过程中储能也可以找到很多发展的机会，我们用这句话传递出未来新型电力系统美好未来。
谢谢大家，开场报告也是抛砖引玉，期待后面嘉宾做更精彩的介绍和演绎。
