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

在本次會議上，國網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院副院長常曉青分享了主題報告《儲能新技術(shù)及新應(yīng)用研究》。現(xiàn)在，小編經(jīng)過授權(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盛會，我開門見山介紹一下我們省級電科院關(guān)于儲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)的角度看待儲能。

現(xiàn)在最熱的詞是雙碳，在雙碳背景下，我們國網(wǎng)公司也出臺了新能源建設(shè)的一些規(guī)劃，到2021年全國裝機是5.34億千瓦，到2030年將超過12個億。新能源給電網(wǎng)帶來了波動性、隨機性、間歇性，對傳統(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、實時平衡和電能質(zhì)量等等，存在大量需要解決的問題，而儲能正好給我們提供了非常好的解決方案。

我們在儲能的應(yīng)用這塊，充分認(rèn)識到儲能的特性，第一個是跨時空，在時間尺度可以把低谷、富余時段電力儲存下來，在高峰、緊缺的時段應(yīng)用；在空間尺度，可能通過電網(wǎng)和遠方的一些水電、新能源充電，用在負(fù)荷中心、樞紐點，作為電網(wǎng)的支撐。

這是我們幾個典型的應(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，最后還是我們怎么樣來滿足我們整個電網(wǎng)的發(fā)供用的平衡。

這是今天重點想和大家匯報的，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，我們國網(wǎng)公司準(zhǔn)備“十四五”要新開工兩千萬千瓦以上的裝機，一千億元的投資來建設(shè)。

今年5月7號，國家發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于進一步完善抽水蓄能價格形成機制的意見》，明確了容量電價，電量電價等一些測算依據(jù)，將帶來抽水蓄能的快速發(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，作為今后抽蓄發(fā)展可能的一個方向。

目前國內(nèi)還沒有成功的變速抽蓄投運，現(xiàn)在河北的豐寧抽蓄，引漢濟渭的三河口抽蓄都是變速抽蓄，都是全進口的，而且在建時間也比較長，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家重點研發(fā)計劃，分布式光伏與梯級小水電互補聯(lián)合發(fā)電技術(shù)研究與工程示范。總共五個子課題：

第一個，四川大學(xué)牽頭來做容量優(yōu)化，怎么來匹配，多少光伏，多少新能源，多少水電，它們之間來組成一個互補系統(tǒng)。

第二個，清華大學(xué)牽頭，互補系統(tǒng)的穩(wěn)定特性。

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

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

第五個，我們省電力公司具體牽頭來做一個工程示范。

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

水泵水輪機：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/電動工況高水頭變比的水泵水輪機，預(yù)計7月底完成加工制造。水輪機原型最優(yōu)效率93.7%，水泵原型最優(yōu)效率91.8%，達到相似發(fā)電/電動水頭變比下同功率等級最高效率。

發(fā)電電動機：攻克發(fā)電電動機加工、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)電電動機絕緣和電磁技術(shù)難點，完成發(fā)電電動機真機制造，設(shè)計效率最低保證值均為96.5% 。

二、非補燃式壓縮空氣儲能。

上一個世紀(jì)，德國工程師提出并在歐美已經(jīng)有了相應(yīng)的工程應(yīng)用，主要的儲能過程原理是電能驅(qū)動壓縮機產(chǎn)生高壓空氣來存儲，釋能是儲存的高壓空氣經(jīng)過天然氣補燃的燃燒室來做功發(fā)電，這是最基礎(chǔ)的原理。它的效率只有20%。

經(jīng)過了長時間的發(fā)展，第二代技術(shù)是在燃燒室加了一個余熱的回收，所以進一步提高了效率，但還是有天然氣補燃。

我們現(xiàn)在的是第三代壓縮空氣儲能系統(tǒng)，無需補燃和零碳排，效率還提升。這個項目是清華大學(xué)盧強院士團隊提出來并進行了實施，也有非常好的工程示范。盧強院士是我們四川省電力公司院士工作站的在站院士，同時四川電科院也和清華大學(xué)開展了多個科技項目合作，有關(guān)壓縮空氣儲能應(yīng)用的一些項目。

清華大學(xué)提出非補燃式壓縮空氣儲能的解決方案，它的儲能過程：一是通過電動驅(qū)動壓縮機產(chǎn)生高壓空氣，同時又有壓縮熱，把這個壓縮熱存儲。釋能過程就是儲存的高壓空氣還要再吸收儲存熱能來發(fā)電。它不需要天然氣補燃，是零碳排。它把各個環(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)，比如壓縮和透平級數(shù)，儲氣庫的氣密性，供熱比例，節(jié)流壓力參數(shù)優(yōu)化等等，來形成整體的壓縮空氣儲能優(yōu)化解決方案。

相應(yīng)的指標(biāo)，通過三級壓縮、兩級透平到三級透平，節(jié)流壓力從3.5兆帕到4.5兆帕，原來基礎(chǔ)的沒有采用氣密性措施，現(xiàn)在增強氣密性措施，并且采用了變直徑盤繞螺旋管換熱器設(shè)計，使整體的發(fā)電效率由42.25%提升到了52.1%，而且這是長時間的綜合工況。我們的綜合效率加強供熱可以從86.84%提升到92.3%。

三、儲能在電網(wǎng)中的應(yīng)用。

一個是分布式光伏和梯級小水電的項目，我們想實現(xiàn)中長期的電量互補，短期的電力互補，實時的控制互補。有很多人都提到多能互補，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。一個大流域的水電幾千萬，加上風(fēng)電光伏通過時間、空間上形成一些互補。這里是要實現(xiàn)運行上的，可調(diào)度的三個時段的互補。

我就簡要做一個介紹，中長期要解決動靜態(tài)工況下的水光蓄多目標(biāo)的規(guī)劃，在短期要響應(yīng)功率隨機波動的智能調(diào)度與運行控制，在實時要實現(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)時選點我是親自到了現(xiàn)場，我們可以在春廠壩裝設(shè)一個5兆瓦的抽蓄機組，我們利用春廠壩的上庫和下庫作為抽蓄的上庫和下庫，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。無意中我們達到了一點，可以增大抽水蓄能的引用水量。

另外，我們在這里建的3級水電廠+5萬光伏+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接近50米的豎井，來建設(shè)5兆瓦的抽蓄機組，我就不再做詳細(xì)的介紹。

怎么應(yīng)用這個抽蓄機組？我們把周邊的5萬光伏的波動分為高、低頻兩個分量，用抽蓄電力電子設(shè)備來平抑秒級的波動，用梯級水電來平抑分鐘級的波動。將在9月份進入實時的聯(lián)調(diào)。通過仿真計算，以前的波動合格率在86.6%，加上這個聯(lián)合系統(tǒng)的運行以后，我們波動的合格率達到了100%。另外，我們開發(fā)了一套聯(lián)合運行控制與智能調(diào)度系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)在試運行了，互補系統(tǒng)涉及到中間有四個水電站，有蓄能機組，有光伏。

壓縮空氣儲能也開展了一些工作，首先在源端促進可再生能源的消納，在用戶側(cè)實現(xiàn)多能聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供，因為壓縮空氣儲能同時還可以供熱。在電網(wǎng)側(cè)有多種應(yīng)用了，調(diào)峰、調(diào)頻、黑啟動等等。希望壓縮空氣儲能的機組還能夠在電網(wǎng)發(fā)揮更大的作用，我們有一個項目，希望利用它來抑制低頻振蕩。我們進行了一些分析，在它的壓縮空氣透平機調(diào)速環(huán)節(jié)，我們增加了一些相位補償和濾波。在振蕩過程中，可以輸出變化的機械功率起到阻尼作用。

我們做了一個對比，在基礎(chǔ)方式、附加阻尼的調(diào)相機、壓縮空氣儲能附加阻尼。我們發(fā)現(xiàn)最好的效果出現(xiàn)在壓縮空氣機組的附加阻尼上，達到了3.2%。我們利用這樣一個機組可以比較好的來提升抵制低頻振蕩這樣一個問題。

下一步發(fā)展，因為我們負(fù)荷中心火電機組不再批新項目了，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，所以對電網(wǎng)帶來了極大的影響。我們想利用壓縮空氣儲能，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，但是因為我們沒有足夠的電源支撐，沒有辦法加快電壓恢復(fù)。這是電壓穩(wěn)定破壞一個主要的因素。

加入壓縮空氣儲能機組以后，希望它提供緊急的事故支援。我們在成都電網(wǎng)做了一個仿真，在三座50萬站同時接了一個10兆伏安的壓縮空氣儲能。根據(jù)仿真的情況來看，我們電壓恢復(fù)到1個p.u所需要的時間可以加快1秒，也就是說可以明顯的改善負(fù)荷中心電壓穩(wěn)定的水平。

這是在配電網(wǎng)的應(yīng)用，這個都比較常規(guī)。四川電網(wǎng)2018年的最大負(fù)荷是3691萬千瓦。2019年來看，超過這個負(fù)荷的天數(shù)12天，超過3800萬6天，超過3900萬只有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)肯定會極大的投入。因此，利用儲能來解決這個問題，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)濟運行的水平。

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)濟性為目標(biāo)，上層主要解決區(qū)域電網(wǎng)多點布局儲能的優(yōu)化配置問題。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)點儲能的優(yōu)化運行問題。總的來講，我們考慮了儲能協(xié)同以后，線路的過載，負(fù)荷的損失等等問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)合在一起做的一個項目。

混合儲能用于電壓暫降的治理。現(xiàn)在大家都知道以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)有兩個突出特點就是雙高，一個是高新能源，一個是高電力電子設(shè)備。電力電子設(shè)備對電網(wǎng)質(zhì)量要求就更高，它的高穿、低穿、諧波、暫降等等，都可能會引起電力電子設(shè)備的異常和故障。在用電這個層面，半導(dǎo)體制造、汽車的激光焊接和噴涂等等，都對電壓質(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啟動等等擾動因素，電壓暫時降低，在100毫秒或者是60毫秒以內(nèi)，怎么恢復(fù)起來？這是我們面臨的電壓暫降問題。

這個地方我們用混合儲能，超導(dǎo)磁儲能響應(yīng)快，它的毫秒級響應(yīng)跟得上，但是它價格比較昂貴，蓄電池儲能充電速度相對比較慢，但它價格便宜，可以規(guī)模化的實施。兩個加起來進行毫秒級功率補償和后續(xù)電能持續(xù)的補給，來進行電壓暫降的治理。這是通過一些實時的仿真來看，實現(xiàn)擾動后負(fù)載電壓的全補償，效果是非常滿意的。

四、研究展望。

我們認(rèn)為變速抽蓄通過常規(guī)的水電改造或者擴建來實現(xiàn)，可能是下一步一個重要的發(fā)展方向。要解決三個問題：

1、常規(guī)水電改擴建變速抽蓄經(jīng)濟性評估。

2、變速抽蓄機組安全可靠運行策略。

3、變速抽蓄機組參與多能互補聯(lián)合運行與控制。

這是我們變速抽蓄可能的場景。

非補燃式壓縮空氣儲能技術(shù)作為一種清潔物理儲能技術(shù)，零低碳、低成本、高效率、長壽命、多能聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供。在一些較好的工況下，效率已經(jīng)可以達到60%。在下一個方向有更多的應(yīng)用，而且我們現(xiàn)在正在著手研究大規(guī)模的應(yīng)用，它的儲氣可以利用我們在四川廣泛存在的地下鹽穴，在井鹽治鹽結(jié)束以后，過去我們要灌水下去。現(xiàn)在利用鹽穴來作為儲氣系統(tǒng)，甚至可以做到什么程度呢？我們剛才說調(diào)峰，把低谷的電儲能下來。它可以在豐水期儲存下來，到枯水期去發(fā)。因為這個鹽穴足夠的大，我們可以用它來進行更長時間尺度的調(diào)節(jié)。這是壓縮空氣儲能的一個應(yīng)用，小型的儲能裝置還有靈活性，可以放在我們想放的任何地方。

我們曾經(jīng)做了一個工作，在四川西藏聯(lián)絡(luò)線外送通道上，它的穩(wěn)定極限在40萬千瓦，如果加上一個10兆伏安的壓縮空氣儲能，通過計算可以提升20%到50萬千瓦。根據(jù)具體電網(wǎng)做具體的分析計算，也就是說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？目前看來可以工業(yè)化應(yīng)用最好的方法還是電解水。因為電解水技術(shù)上的一些瓶頸，主要是效率上的，還沒有得到更大的應(yīng)用。

最近我們也了解到，德國已經(jīng)有了高溫制氫的工程化應(yīng)用，效率可以達到80%-90%。如果可能大規(guī)模地應(yīng)用，這會很大程度上改變現(xiàn)有的電動汽車、燃料汽車應(yīng)用場景。我們覺得氫是一個清潔燃料，同時也是很多化工原料，也是工業(yè)生產(chǎn)的一些催化劑。同時，通過質(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能。當(dāng)它的效率提升到一定水平的時候，也是一個對我們非常有幫助的轉(zhuǎn)變。

虛擬儲能系統(tǒng)實際上就是把已經(jīng)有的儲能技術(shù)應(yīng)用+電網(wǎng)負(fù)荷控制，比如電動汽車充電可逆，家用電器可調(diào)，還有一些工業(yè)化的生產(chǎn)用電可控，整個作為一個大的系統(tǒng)來協(xié)同、來優(yōu)化。這將會實現(xiàn)精益化的管控，將來更加方便的電網(wǎng)調(diào)節(jié)。

我的匯報到這，謝謝大家。