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2023年2月下旬,国内风电、光伏行业2022年成绩单相继出炉。疫情等坏因的影响并未阻拦全国可再次生产的能源产业高质量发展的脚步。国家能源局公布的多个方面数据显示,全国风电、光伏发电新增装机连续三年突破1亿千瓦,2022年突破1.2亿千瓦,其中风电3763万千瓦,光伏8741万千瓦,创历史上最新的记录。可再次生产的能源新增装机占全国新增发电装机的76.2%,已成为中国电力新增装机的主体
截至2022年底,可再次生产的能源装机突破12亿千瓦,达到12.13亿千瓦,占全国发电总装机的47.3%。2022年可再次生产的能源发电量达到2.7万亿千瓦时,占全社会用电量的31.6%,在保障能源供应方面发挥的作用越来越明显。预计2023-2025年,风电每年新增装机将达到7000-9000万千瓦;2023年光伏新增装机规模也被预估将达到约1.4亿千瓦。
然而,这样的骄人战绩距离我国实现双碳目标还相去甚远。在我国碳中和目标实现时,新能源装机占比需要高达80%左右,装机潜力依然巨大。随着风电深度制造3.0时代和光伏技术升级潮的到来,在以新能源为主体的新型电力系统的诸多板块中,能快速充放电并可精准输出功率的新型调频资源迅速成为了急需大规模配套的缺口。
在以新能源为主体的新型电力系统中,电网对于新能源的标准慢慢的升高。新能源大量接入导致电网频率稳定性变差,新能源具备调频能力成为刚需。
超级电容和锂电池的组合能够最大限度地发挥它们各自的优点,是新型储能系统理想的解决方案。超级电容短时大功率与电池长时能量输出结合可以以更低的投资和经营成本实现储能系统的普惠应用。
功率型超级电容堪称混合储能系统中当仁不让的“闪电侠”,它具有大倍率(>100C)、长寿命(100万次)、环境适应性好(-40°C~70°C)的优点,成为了混合储能系统至关重要的角色。超级电容的寿命是磷酸铁锂电池寿命的200倍左右,因此,对于频繁的调频动作,超级电容在生命周期内的度电成本更低,是磷酸铁锂电池的三分之一。超级电容是纯物理器件,安全性更高,响应速度快,基本免维护,维护简便。另外,它比飞轮储能更安全,经济性更高。而这些特征很好地符合了新型电力系统的发展需求。
这样的混合储能系统可以覆盖源网荷的广泛领域,在源与网侧大多数表现在优化新能源发电及辅助火电厂的二次调频应用。
新能源发电能借助超级电容混合储能系统的优势来扬长避短。混合储能系统不但可以调峰、削峰填谷,还可以平抑新能源电站的功率波动,改善电能质量,提升新能源的消纳,减少弃风弃光;超级电容提供快速调频和电压稳定,在频率事件时可成功提供毫秒级别的“综合惯性“,快速响应电网调度,减少考核;超级电容与锂电池配合,能轻松实现不同时间级别的功率平抑功率输出波动,配合电网进行快速一次调频和二次调频,稳定电网频率,释放新能源电站的备用用量,发出更多的电量;大部分短时间尺度的调频指令由超级电容完成,减少了锂电池储能动作次数,减少发热,延长了锂电池的寿命,进而延长了整体储能系统的寿命。
另外,混合储能系统在辅助火电厂AGC调频方面优势显著。一般来说,频繁快速的调节会增加燃煤机组的磨损和发电煤耗,环保参数难以控制,还会危及机组自身及电网安全。当前电源结构仍以火电为主,优质调频电源比较稀缺,供热机组比重加大的同时,频率控制难度也会相应升高。而混合储能系统能快速充放电并精准调节输出功率,调频效果远好于常规发电机组。综合看来,储能系统的调频效果约是水电机组的1.4倍,是天然气机组的2.3倍,是燃煤机组的20倍以上。江苏、山东、甘肃、广东等相关地区针对新型储能参与调频已出台相关鼓励政策。
混合储能系统辅助发电机组参与AGC调频,利用储能系统的快速、精准响应特性来弥补常规发电机组的缺点,引入相对少量的新型储能(容量3%左右)就可以有明显效果地地提高电网调频能力,提高火电厂的调频综合系数K值,来提升调频补偿收益。同时,当其成为区域内优质的调频资源时,可在电网中获得更多的调频里程,进一步提升了调频补偿收益,综合调频收益大幅度提升,投资回报率显著提高。
混合储能系统利用了超级电容的特点,同样减少了锂电池储能动作次数,系统寿命延长,在增加生命周期的收益的同时提高了系统安全性,既可用于新建系统,也可用于原有电池储能辅助调频的改造。
基于力容活化干法电极TM技术的超级电容,具有100万次深充深放循环常规使用的寿命、高出湿法超级电容40%的单位体积内的包含的能量、优越的-40℃-+65℃工作环境适应性、毫秒级充放电速度、高可靠性、免维护特点。相较湿法超级电容,活化干法超级电容具有更长的循环寿命、更高的单位面积容量、更低的ESR、更慢的容量衰减速度和内阻增加速度,柔韧性好,粘结强度更高。特别是,它的制作的完整过程中将污染降低至零排放,是目前全球最可持续的电极技术。
将整个正负极集流体全部作为极耳,通过集流体与壳体或集流盘的全面积连接,大幅度降低内阻和发热量,解决高功率密度电芯的发热问题,并提高充放电峰值功率。
力容的活化干法超级电容已大范围的应用在混合储能、风力发电,轨道交通、新能源汽车、港口、电梯、石油石化、重型机械、航空航天等领域。力容混合储能系统已经在光伏一次调频、港口岸电电源等项目中成为刷新行业标准的代表。
2023年,中国新型电力系统建设将进入“三步走”发展路径中的加速转型期,中国新能源发展也将稳步行驶在快车道上,注定会成为历史上的交付大年。国家能源局于近日发布的《新型电力系统发展蓝皮书》(征求意见稿)将新型电力系统四大基本特征概括为“安全高效是基本前提,清洁低碳是核心目标,柔性灵活是重要支撑,智慧融合是基础保障”。新的环境将促使开启“超级电容+”的应用新模式和全新发展阶段,不断促进提升电力系统的效率和品质。