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1、中国科学院工程热物理研究所中国能源研究会储能专业委员会中关村储能产业与技术联盟2021.03储能技术与应用进展储能:能源革命的支撑技术汇报内容一、背景二、技术现状三、应用现状四、发展趋势五、结束语背景1 1储能是指通过介质或设备把能量以某种形式存储起来,在需要时再以特定的形式释放出来的过程。广义储能化石燃料:煤、石油、天然气等合成燃料:煤气、氢等储电储热:显热、潜热、化学储热等物理储电:抽水蓄能、压缩空气、超导、飞轮等化学储电:钠硫电池、液流电池、锂电池、超级电容等狭义储能储能的概念储能是第三次工业革命的支撑技术国家能源委员会会议:李克强:“要集中力量在储能等技术上取得突破,抢占能源科技竞争制
2、高点。”2016年11月17日“要加快能源开发利用关键技术和重大装备攻关,探索先进储能、氢能等商业化路径。”2019年10月11日国民经济与社会发展十三五规划:大力推进高效储能与分布式能源系统、智能材料、高效节能环保等新兴前沿领域创新和产业化,形成一批新增长点。100项重大任务第37项:发展储能与分布式能源储能的重大战略意义根据国际可再生能源署IRENA,到2030年,基准场景下,全球固定式储能电站容量(不含抽蓄)达到100-167GWh,理想场景下达到181-421GWh, 增长10倍以上。根据国际能源署IEA,在NPS场景*下,到2030年,全球电网规模的储能电站容量(不含抽蓄)将达到10
3、6GW,到2040年将达到218GW,增长10倍以上。0500202020302040全球电网规模储能系统装机容量预测(GW)中国印度美国欧洲非洲世界其他国家储能的重大战略意义技术现状2 2抽水蓄能储能储能技术技术装机装机规模规模全全功率功率响应时间响应时间典型典型放电放电时间时间功率功率密度密度循环寿命循环寿命功率成本功率成本能量能量成成 本本能能效效抽水抽水蓄能蓄能100100- -10001000MWMW分钟级分钟级数小时数小时0.10.1- -0.30.3W/LW/L1000010000次次5050年年60006000- -80008000元元/kW/kW5005
4、00- -15001500元元/ /kWhkWh7070- -8080% %技术特点:规模大、技术特点:规模大、寿命长寿命长、单位投资小、单位投资小、技术成熟;受技术成熟;受地理条件限制地理条件限制、建设周期长、建设周期长、环境问题;环境问题;发展现状:削峰填谷、发展现状:削峰填谷、跟踪负荷、跟踪负荷、调频、调频、备备用、无功调节和黑启动等辅助服务任务用、无功调节和黑启动等辅助服务任务;关键技术:水泵水轮机、高坝筑造、变速控关键技术:水泵水轮机、高坝筑造、变速控制、微型抽蓄、海水抽蓄等。制、微型抽蓄、海水抽蓄等。技技术术现现状状技技术术参参数数成成熟熟度度技术成熟度技术成熟度TR1TR1TR2
5、TR2TR3TR3TR4TR4TR5TR5TR6TR6TR7TR7TR8TR8TR9TR9成熟度定义成熟度定义基本基本原理原理概念概念研究研究实验实验研究研究原理原理样机样机完整完整测试测试模拟模拟环境环境真实真实环境环境定型定型实验实验商业商业应用应用大型大型抽水抽水蓄能蓄能微型抽水蓄能微型抽水蓄能压缩空气储能储能技储能技术术装机装机规模规模全全功率功率响应时间响应时间典型典型放电放电时间时间功率功率密度密度循环寿命循环寿命功率成本功率成本能量能量成本成本能能效效压缩空压缩空气气0.010.01- -30300 0MWMW分钟级分钟级数小时数小时0.20.2- -0.60.6W/LW/L10
6、00010000次次60006000- -8 8000000元元/kW/kW500500- -20002000元元/ /kWhkWh4242- -7575% %技术特点:储能容量较大、储能周期长、效率技术特点:储能容量较大、储能周期长、效率高和投资相对较小等特点高和投资相对较小等特点;依赖储气室和化石;依赖储气室和化石燃料;燃料;发展现状:传统发展现状:传统300MW300MW,国内中科院工程热物理国内中科院工程热物理所先进系统所先进系统1010- -100MW100MW示范,示范,削峰填谷、平衡负削峰填谷、平衡负荷、频率调制、分布式储能和荷、频率调制、分布式储能和发电备用发电备用等;等;关键
7、技术:压缩机、膨胀机、燃烧室、蓄热技关键技术:压缩机、膨胀机、燃烧室、蓄热技术、超临界术、超临界空气储能系统等空气储能系统等。技技术术特特点点技技术术参参数数成成熟熟度度技术成熟度技术成熟度TR1TR1TR2TR2TR3TR3TR4TR4TR5TR5TR6TR6TR7TR7TR8TR8TR9TR9成熟度定义成熟度定义基本基本原理原理概念概念研究研究实验实验研究研究原理原理样机样机完整完整测试测试模拟模拟环境环境真实真实环境环境定型定型实验实验商业商业应用应用传统压缩空气传统压缩空气先进压缩空气先进压缩空气蓄热蓄冷储能储能技术技术装机装机规模规模全全功率功率响应时间响应时间典型典型放电放电时间时
8、间功率功率密度密度循环寿命循环寿命功率成本功率成本能量能量成本成本能能效效蓄热蓄热蓄冷蓄冷50MW50MW分钟级分钟级数小时数小时0.20.2- -3 3W/LW/L2020年年-100100- -10001000元元/ /kWhkWh4545- -9595% %技术特点:规模大、技术特点:规模大、寿命长寿命长、单位投资小等、单位投资小等;储能密度较低、材料高温腐蚀等。;储能密度较低、材料高温腐蚀等。发展现状:显热储热是目前主要储热技术,发展现状:显热储热是目前主要储热技术,潜热储热趋于成熟,多用于建筑蓄能或参与潜热储热趋于成熟,多用于建筑蓄能或参与电网调峰;热化学储热不成熟。电网调峰;热化学
9、储热不成熟。关键技术:高性能蓄热材料、蓄热单元、系关键技术:高性能蓄热材料、蓄热单元、系统控制等。统控制等。技技术术现现状状技技术术参参数数成成熟熟度度技术成熟度技术成熟度TR1TR1TR2TR2TR3TR3TR4TR4TR5TR5TR6TR6TR7TR7TR8TR8TR9TR9成熟度定义成熟度定义基本基本原理原理概念概念研究研究实验实验研究研究原理原理样机样机完整完整测试测试模拟模拟环境环境真实真实环境环境定型定型实验实验商业商业应用应用显热储热显热储热潜热储热潜热储热热化学储热热化学储热飞轮储能技术特点:功率密度较高、充放电次数高、技术特点:功率密度较高、充放电次数高、工作环境要求低、无污
10、染等特点。工作环境要求低、无污染等特点。发展现状:国外发展现状:国外10MW10MW级系统,国内级系统,国内100kW100kW级级,适合电网调频、电网安全稳定控制、电能,适合电网调频、电网安全稳定控制、电能质量治理等;质量治理等;关键技术:关键技术:高速飞轮本体、高速电机和轴承高速飞轮本体、高速电机和轴承、储能阵列、运行控制技术。、储能阵列、运行控制技术。铅酸电池技术特点:成本低、技术成熟等特点;储能技术特点:成本低、技术成熟等特点;储能密度低、污染问题;密度低、污染问题;发展现状:传统技术已到瓶颈,新型技术如发展现状:传统技术已到瓶颈,新型技术如铅炭电池得到重视;铅炭电池得到重视;关键技术
11、:关键技术:铅炭电池、超级铅酸电池(铅酸铅炭电池、超级铅酸电池(铅酸+ +电容)等。电容)等。锂离子电池技术特点:能量密度高、效率高、响应快、技术特点:能量密度高、效率高、响应快、发展快等特点;成本相对高、安全性有待提发展快等特点;成本相对高、安全性有待提高等;高等;发展现状:当前发展最快,发展现状:当前发展最快,多用于多用于电动汽车电动汽车、电网频率控制、电网频率控制、系统、系统稳定及新能源接入等稳定及新能源接入等。单体。单体10MW10MW级和总规模级和总规模100MW100MW级示范级示范项目。项目。关键技术:全固态锂电池技术、关键技术:全固态锂电池技术、聚合物锂电聚合物锂电池池技术、锂
12、硫电池技术。技术、锂硫电池技术。液流电池技术特点:规模大、寿命长、功率和容量分离;价格较高、能量密度低、效率对比较低发展现状:应用于备用电源、电动汽车、电力系统调峰、调频、可再生能源并网、分布式供能等;关键技术:全钒液流电池技术、锌溴液流电池技术、锂液流电池技术、有机体系液流电池技术。钠硫电池技术特点:比能量较高、材料易得;工作温度高、安全性要求高、启动慢等发展现状:日本NGK300MW以上,我国上海硅酸盐所等;削峰填谷、可再生能源输出稳定、应急电源、电能质量改善等领域;关键技术:高质量陶瓷管技术、中温平板式钠硫电池技术、常温钠硫电池技术应用现状3 3中国储能应用领域:集中式风/光电站+储能以
13、华电某风电场储能项目为案例分析:名称储能装机规模8MW/14MWh磷酸铁锂电池5MW/10MWh;全钒液流电池2MW/4MWh;超级电容1MW5min项目总投资10460万元储能系统成本:8500万元建设成本:800万元运维成本100万元/年投资回收期无法实现增发电收益(削峰填谷)跟踪计划出力收益储能安装电网优惠承诺深度调峰收益当前收益点当前收益点参与电力辅助服务市场获取的收益潜在收益点潜在收益点挑战:制定发电侧峰谷电价储能初装补贴落实优先调度机制税收优惠实现投资收益1、建设成本高2、没有补偿机制去衡量储能所实现的价值实现潜在收益准许风电场+储能参与电力辅助服务市场制定调峰补偿保证直购电交易/
14、电能替代的电能质量中国储能应用领域:辅助服务(调频)以山西某调频辅助服务项目为案例分析:华北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则华北区域发电厂并网运行管理实施细则允许储能作为单独资源参与调频辅助服务市场按效果付费补偿机制增强储能结算的透明度为储能提供并网审批流程的快速通道当前华北区域火电储能未来将华北区域“两个细则”扩展至全国储能可以作为独立资源参与调频辅助服务市场实施按效果付费的补偿机制区域性市场储能不能单独参与调频辅助服务市场储能与火电机组联合提供调频辅助服务名称储能装机规模9MW/4.5kWh三元锂电池:能量转换效率90-95%,循环次数6000次,100%DOD,浅充放达100万次以上项
15、目总投资5600万元储能系统:5040万元(设备、控制系统)建设成本:560万元运维成本120万元/年项目收益1500-1600万元/年日收益 = 日调节量的总和 调节效果指标 调节性能补偿标准(5元/10元/15元)预计投资回收期5年左右考虑贴现及成本全国区域储能传统调频资源分布式电力资源现状现状目标目标中国储能应用领域:电网侧经济性招招投投标标电网公司电网公司电池厂商电池厂商第三方公司第三方公司租赁租赁+ +回购回购PCSPCS供应商供应商EMSEMS供应商供应商EPCEPC建设建设+ +投资投资招招投投标标项目项目运营运营项目项目/ /电池电池采购采购/ /租赁租赁租赁租赁/ /分成分成
16、江苏:许继、山东电工、江苏综合服务公司投资建设,并租用储能系统集成商储能设备,部分电站由省公司向投资方支付租赁费,其他电站由省公司和投资方进行收益分享。一期项目成本暂纳入电网规划,相关成本计入输配电价。湖南:湖南综合服务公司租用电池系统,其他系统一次性投资,省公司向综合服务公司支付租金费用,电网所支付成本尚无回收渠道。河南:平高公司投资建设,合同能源管理模式运营(已参与需求侧响应)宝清、潭头电站:分别由双调公司、南方和顺电动汽车投资建设,深圳供电局租用系统国内电网侧储能项目大多引入第三方主体作为项目投资方,负责项目整体建设和运营,电网仅采用租赁形式获得项目使用权,可利用储能资源替代传统输配电资
17、产投资、提高电力系统运行可靠性或提升可再生能源消纳能力。投资:江苏镇江电网侧储能项目接入“大规模源网荷储友好互动系统”,总规模101MW/202MWh,总占地面积33.7亩。效益:提高镇江东部地区供电能力和电网灵活调节能力。可提高供电能力10万千瓦,为电网运行提供调频、调峰等多种服务。相当于每年减少调频燃煤5300吨,节省调峰相关投资16亿元。经济性中国储能应用领域:分布式“光伏+储能”以某工业园微电网项目为案例分析:名称储能装机规模20MW/40MWh磷酸铁锂电池:0.5C,95%DOD,25,循环次数5500次以上,能量转换效率90%项目总投资14800万元包括储能系统、PCS和配电设备运
18、维成本30万元/年项目收益约1896万元/年峰期电价1.0147元/kWh,平期电价0.7099元/kWh,谷期电价0.3259元/kWh每天节省电费:3峰期电价 2平期电价 谷期电价 = 1.2984元/kWh每年节省电费:储能系统容量每天节省电费365天 = 1895.664万元预计投资回收期7.8年理想状态,未考虑充放电效率、维护时间、送出线路损耗等节省电费需求响应收益延缓升级容量费用参与电力辅助服务市场获取的收益当前收益点当前收益点潜在收益点潜在收益点峰谷价差增大光储系统初装补贴税收优惠促进投资成本降低实现潜在收益分布式光储度电补贴体现需求响应价值的补偿方式落实分布式光储参与电力辅助服
19、务市场机制Source:NEA statistics; CNESA Project Database, 2020World Energy Storage Market 储能应用现状全球储能市场总规模根据中国能源研究会储能专委会/中关村储能产业技术联盟(CNESA)全球储能项目库的不完全统计,截至2019年底,全球已投运储能项目累计装机规模为183.1GW。其中,抽水蓄能项目的累计装机占比最大,为93.4%,比去年同期下降0.9个百分点。储能应用现状中国储能市场总规模根据CNESA全球储能项目库的不完全统计,截至2019年12月底,中国已投运储能项目累计装机规模为32.3GW,占全球18%,其中
20、,抽水蓄能项目的累计装机占比最大,为93.7%,比去年同期下降2.1个百分点。发展趋势4 4储能发展趋势2000年-2010年2011年-2015年2016年-2020年2021年-2025年技术验证截至2010年底电化学储能累计装机规模 2.4MW累计投运项目11个科研计划实施技术验证示范示范应用示范项目开展应用模式探索国际市场拓展应用价值明晰截至2015年底电化学储能累计装机规模 164.1MW累计投运项目 205个政策支持力度加大装机规模快速增加多领域融合渗透商业模式逐步建立商业化初期形成产业化体系产业规模化发展部分技术国际领先标准体系完善形成多种商业模式2020年底预测电化学储能累计装
21、机规模 超过3GW预测在2025年底电化学储能累计装机规模 超过20GWTechnologiesOther StorageTechnologiesPhysical StorageChemical StoragePumped HydroCompressed Air (supercritical CAES)FlywheelLead-acid BatteryLi-ion BatteryFlow Battery (Vanadium, Zn-Br)Na-S BatteryPumped HydroCAESLead-acid BatteryLi-ion BatteryFlow Battery (Vanadi
22、um, Zn-Br)Fuel Cell*Mechanical EnergyGravityElectro-magnetic StorageSupercapacitorSuperconductorSupercapacitorTechnologiesPumped HydroCAESLead-acid BatteryLi-ion Battery储能发展趋势-6-30-60-15-28-2500超临界压缩空气全钒液流电池铅蓄电池锂
23、离子电池2013年超临界压缩空气全钒液流电池铅蓄电池锂离子电池2017年超临界压缩空气全钒液流电池铅蓄电池锂离子电池2020年数据来源:联盟对各主流技术厂商成本数据跟踪及调研注:锂离子电池为1小时磷酸铁锂电池系统;铅炭电池为1小时系统;全钒液流电池为5小时系统;超临界压缩空气为4小时系统Compressed AirLead-acid Batt.Li-ion Batt.Vanadium Flow Batt.Li-ion Batt.Lead-acid Batt.Vanadium Flow Batt.Compressed AirLi-ion Batt.Lead-acid Batt.Vanadium
24、Flow Batt.Compressed AirLi-ion Batt.Lead-acid Batt.Vanadium Flow Batt.Compressed Air储能发展趋势Data Source: CNESA forecast data储能发展趋势结束语5 5国际储能产业政策导向国际储能技术与产业发展的相关政策“ “十三五” ” :进入商业化初期建成一批不同技术类型、不同应用场景的试点示范项目研发一批重大关键技术与核心装备;形成一批重点技术规范和标准探索一批可推广的商业模式;培育一批有竞争力的市场主体“ “十四五” ” :规模化发展储能项目广泛应用,形成较为完整的产业体系全面掌握具有国
25、际领先水平的储能关键技术和核心装备形成较为完善的技术和标准体系并拥有国际话语权基于电力与能源市场的多种储能商业模式蓬勃发展形成一批有国际竞争力的市场主体推进储能技术装备研发示范推进储能提升可再生能源利用水平应用示范推进储能提升电力系统灵活性稳定性应用示范推进储能提升用能智能化水平应用示范推进储能多元化应用支撑能源互联网应用示范12345国内储能产业政策导向关于促进我国储能技术与产业发展的指导意见- 中国储能产业第一个国家级政策促进我国储能技术与产业发展的相关政策1国家层面产业政策国家发改委、科技部、工信部、国家能源:关于促进储能技术与产业发展的指导意见2019-2020年行动计划国家能源局:关
26、于促进电储能参与“三北”地区电力辅助服务补偿(市场)机制试点工作的通知国家标准委、国家能源局:加强能源互联网标准化工作指导意见国家发改委、教育部、能源局:储能技术专业学科发展行动计划(20202024年)国家发改委关于加快建立绿色生产和消费法规政策体系的意见国家能源局:关于组织申报科技创新(储能)试点示范项目的通知2地方性产业政策新疆自治区发改委:关于开展发电侧光伏储能联合运行项目试点的通知广东省能源局:广东省2019年电力需求响应方案(征求意见稿)海南省政府:海南智能电网2019-2021年建设方案浙江省财政厅:浙江省发展与改革专项资金管理办法(征求意见稿)山东省发改委:关于开展储能峰谷分时
27、电价政策试点的通知(征求意见稿)内蒙古自治区发改委:2020年光伏发电项目竞争配置方案市场规则国家层面政策地方性产业政策3市场规则华北能监局:第三方独立主体参与华北电力调峰辅助服务试点市场规则(试行)南方能监局:南方区域电化学储能电站并网运行管理及辅助服务管理实施细则(试行)西北能监局:发电厂并网运行管理实施细则和并网发电厂辅助服务管理实施细则(简称“两个细则”)甘肃省能监办:甘肃省电力辅助服务市场运营暂行规则(2020年修订版)青海省能监办: 青海电力辅助服务市场运营规则(试行)促进我国储能技术与产业发展的相关政策 储能技术具有广阔的应用前景和市场需求。 各种储能技术有不同的技术特点和应用场合。 我国储能技术取得了重要进展且发展很快。 储能迫切需要更多的人才、资源和政策的支持!结束语