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“磷酸铁锂电池+超级电容器”新型混合储能技术调频项目运行7个月以来,广东珠海金湾发电有限公司(以下简称“金湾发电公司”AGC调频累计收益3069万元,而此前,该公司的AGC调频收益不足10万元/月。
作为南方区域首个将“磷酸铁锂电池”与“超级电容器”混合储能的项目,其投运既促进发电机机组节能降耗提质增效,为电网新能源消纳和安全稳定运行提供强有力技术支撑,又有效提升了区域电网的频率调节能力,为混合储能和超级电容器技术产业的发展注入新动力,实现新质生产力促进经济高质量发展。
率先探索“锂电+超级电容器”混合储能调频应用
“储能项目投运后,调频性能指标及调频收益均大幅提升,按目前数据统计,预计2年内可收回成本。”面对项目总结报告,金湾发电公司首席总工程师刘志东悬着的心终于安定下来了。他介绍,当时公司策划实施储能项目时,国资、外资两方股东是存在分歧的,主要集中在对项目投资与收益的考量上。
随着清洁能源迅猛发展,大陆电源结构出现了重大变化,据统计,目前风、光等清洁能源累计装机占比超过20%,预计“十四五”将达到40%。而为了保障电网的安全稳定运行,电力系统需要更多的灵活调频资源来提升自身调节能力。国家发展改革委、国家能源局明确要求现有火电机组调节性能改造,提高电力系统灵活性和调节能力,鼓励电源侧、电网侧和用户侧储能应用,鼓励多元化的社会资源投资储能建设。
“作为传统的火力发电厂,金湾发电公司早在2019年就有上马储能项目的意向,一直在探索具体的实施路径。”金湾发电公司负责人表示。
“要保证投资收益就要技术上领先,技术上要领先就必须创新、有突破。”刘志东以创新技术立论,让公司下定了决心,他带领项目组排除干扰,专心致志研究技术创新方案。
项目组在探求创新突破过程中,了解到南方电网电力科技股份有限公司(以下简称“南网科技”)曾承担国家“十三五”重点研发计划的超级电容研究项目,经过两个企业的研究团队头脑风暴,迸发了“磷酸铁锂电池”加“超级电容器”混合储能的创新念头,随后开始深入论证。
经过反复论证,超级电容器较传统火储调频用的磷酸铁锂电池,有着突出优点:功率密度高、充放电速度快、使用寿命长、高低温性能优越、安全、环保等特性,与储能辅助调频工况十分契合,“磷酸铁锂电池+超级电容器”混合储能的创新技术路线由此诞生。在2021年项目开展该项目可行性研究时,全国尚未有“锂电+超级电容器”混合储能辅助调频的应用先例。
储能调频项目远景图
节能降耗促进新能源 助力实现“双碳”目标
2023年4月10日,“磷酸铁锂电池+超级电容器”混合储能调频项目在金湾发电公司开工建设,由金湾发电公司与南网科技合作完成,投资约7380万元。历时7个月的建设、调试和试运,于2023年11月1日正式投入商业运行。
金湾发电公司A级点检工程师、电气主任技师林镇钰介绍,项目充分利用超级电容充放电快、循环寿命长的特点,将其引入到需要频繁快速充放电的电网调频领域,开拓了超级电容一个全新的应用领域;同时通过与磷酸铁锂电池的耦合,成功回避了当前超级电容单位成本较高的弱点,实现了综合最优。
与同类型电厂磷酸铁锂电池调频项目对比:常规磷酸铁锂电池调频的综合K值一般为1.0~1.3,平均月度调频收益为250万元左右,“磷酸铁锂+超级电容”调频综合K值可达1.3~1.6,平均月度收益可达500万元以上。
截至2024年4月30日,项目运行情况良好。储能项目投运后超级电容器等效循环次数约7200次,磷酸铁锂电池等效循环次数约1200次,平均综合调频性能指标K值为1.381,日最高K值为1.92,月平均调频里程为331GW(吉瓦)。项目累计收益3069万元,月最高585万,月最低收益280万,月均收益438万元。
与此同时,储能系统优异的调频性能,帮助燃煤机组更好地参与 AGC 调频市场,减少了发电机组煤耗和快速动作引起的部件老化,实现了机组节能降耗提质增效。
“项目一方面通过减少煤耗,实现了节能减排,另一方面也有效缓解了大量新能源接入电网带来的频率波动影响,从而促进新能源的发展,两方面都积极推动大陆‘双碳’目标实现 。”珠海市生态环境局相关负责人介绍,为助力项目早日投产,2023年以来,珠海市生态环境局金湾分局结合日常检查工作,到金湾发电公司帮扶指导企业10余次,积极为企业提供从项目落地、动工、投产到达产的“全链条”“全生命周期”环保服务,及时协调解决制约企业和项目建设运营中的突出环保问题,助力企业健康发展。
拓宽应用场景 带动超级电容器产业链高质量发展
“超级电容器作为电化学储能器件,较磷酸铁锂电池等其他能量型电化学储能技术有着非常明显的优势,此前主要在风机变桨系统后备电源、轨道交通等场景开展应用,单个项目应用规模小,最高也就几百千瓦,此次应用于电力储能是一次新的探索创新。”南网科技该项目的负责人、南方电网三级领军技术专家王超表示,随着未来新能源占比和终端电能比例的提升,源荷双端不平衡将会加大电网对于灵活性调频资源的需求,这也为超级电容开拓了一个更广阔的应用市场,将会加快超级电容的技术迭代升级和规模提升,从而实现降本增效,给超级电容行业带来新质动能。
项目作为国家重点研发计划项目“高功率低成本规模超级电容器的基础科学与前瞻技术研究”成果落地示范的验证基地,创新地采用了“超级电容器+”混合储能技术,实施过程中攻克了兆瓦级超容系统集成、“磷酸铁锂电池+超级电容器+机组”协同控制、现场并网试验等技术难题,形成了自主知识产权的“超级电容+”混合储能解决方案,推动超级电容产品和关键材料的全面国产化和“超级电容器+”混合储能协同控制技术推广,为混合储能和超级电容器技术产业的发展注入新动力,从而带动超级电容器产业链高质量发展。
该项目完成储能领域发明专利底稿7项,实用新型专利底稿7项,计算机软件著作权7项,参与制订行业标准《DL/T 2581-2022参与辅助调频的电源侧电化学储能系统调试导则》,发表/录用论文5篇,其中SCI论文1篇。
“我们有益的探索也为其他电厂储能建设提供了经验, 新建‘火-储联调’项目可以借鉴本技术路线,实现更快速高效的电网调频,延长磷酸锂电的寿命,加快投资回报。对于目前在运的常规磷酸铁锂电池调频项目,在3~5年后锂电池更换时,可以采用‘磷酸铁锂电池+超级电容’的技术路线进行改造,以提升性能和收益。”刘志东表示,通过此类大规模的应用,将会加快推动超级电容的技术发展,进一步拓宽超级电容的应用领域。