中国储能网讯：5月24日，由中国化学与物理电源行业协会主办，200余家机构共同支持的第十一届中国国际储能大会在杭州洲际酒店召开。此次大会主题是“坚守储能安全底线，推动产业创新发展”。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718家产业链企业，1952位嘉宾参加了本届大会，其中88家企业展示了储能产品。
在5月26日下午的“新型储能技术及应用”专场，大连理工大学电气工程学院储能技术中心主任、研究员李爱魁分享了主题报告《高功率密度储能电池技术及应用》。经演讲人本人授权同意，小编整理了演讲速记，并将速记内容分享如下：
李爱魁：感谢组委会给这个机会，和各位同行交流一下高功率的储能电池技术，我讲的内容都是大家已经熟知的，也都来自于网络及其他渠道信息，尽管我没有把文献列出来。
今天主要汇报一下我在高功率密度电池技术领域的个人心得，主要讲两部分：第一部分，储能电池功能需求分析，第二部分，高功率密度储能电池。
碳达峰、碳中和目前是所有搞能源的人都非常了解的。如图所示，截至2020年底，太阳能、风能的装机有5.3亿-5.4亿千瓦，规划十年后（2030年）要达到12亿千瓦，激进一点还可能达到16亿千瓦。如此大的规模对电力系统里有多大的冲击，需要多大的变革，各方面都有解读。
针对以新能源为主的新型电力系统，电源侧的互联互济和负荷侧的可预测可控制，也就是通过能源互联网的方式，是应对的主要措施。
如此高比例的新能源，最主要的挑战首先是峰谷差，资源负荷不匹配导致的区域性差异就不说了，最主要是光伏巨量装机带来的昼夜电力供给的缺口。现在我们储能削峰填谷，是晚上充电，白天放电，显然以后可能就是白天充电，晚上放电。能源结构的变化会引起电力系统发生根本性的变化。主要的挑战体现在：第一，峰谷差造成的送出通道容量的稳定约束，第二，“双峰”造成的电力系统实时功率平衡需求，第三是“双高”造成的电力系统的失稳风险。也就是说未来电力系统稳定和电力可靠供给是面对的主要问题。 此外，还有一些特殊的事件，比如说极端天气，以及人为的破坏，未来可能会成为更高层次的问题。我去年6月份的时候写了一篇文章，《基于新安全观的智能电网技术展望》，主要强调的就是要考虑非技术因素的电力安全，如电网强互联、电力弱连接，电源黑启动等一些概念。
因此，我们可以把储能列为了两大部分功能：第一，电力系统的稳定。就是双高下的电力平衡，也就是功率的平衡。第二，电力可靠的供给，也就是双峰下的电量平衡。储能在电力和电量的价值是不一样的，由此带来的储能价格、储能的技术方式的差异性。我们电化学储能的高价值在哪里？它的价值来自于响应快的特性，这个特性在应对双高电力系统稳定问题方面简直是不可替代的。因此，储能系统，特别是电化学储能系统，首先要面向电力系统稳定的需求，优先解决稳定问题，再是电量问题。
因为电量平衡可以通过多种方式解决：第一是多方式约束人类用电行为，第二是通过需求侧资源响应、虚拟电厂等各个方面去解决。但是 “双高”下电力系统稳定靠现有的灵活性调节资源是做不到的，当然随着火电机组比例下降，现有的灵活性资源也是动态变化的。因此，不可或缺的，才是最贵的，当把电化学储能定义为平衡电量时，那么储能价格就不可能太贵，毕竟电量成本会分摊到电费里去，但是如果用于电力系统稳定，那么未来的价值是很大的。
因此，高功率密度的储能电池，应该是电池的一个重要的技术方向，目前的市场投标均是以容量价格核算，引导大家朝能量密度、大容量电芯方向发展，未来不排除以电力，也就是功率计价，满足系统稳定运行的功率，具体时间配置跟应用工况和电站自身响应能力相关，不做硬性规定。
具体哪些电池技术可以作为高功率密度储能电池，一些没有经过工程化应用验证的新型电池体系我就不讲了，今天还是从锂离子电池和全钒液流电池的高功率化方向探索。
我多年来一直从事液流电池，而且我看了一下，这次我们大会没有钒电池的专家来沟通这方面的相关信息，所以我还是先介绍一下液流电池技术。钒液流电池开发的最初目标主要是用于长时间尺度调峰的，因为规模大、高安全。但实际上液流电池的电堆与电解液，就是电化学单元和能量单元是独立分开的，因此液流电池没有倍率的概念，几分钟到几小时只跟电解液多少有关，实际上是适合用于功率稳定的。刚开始的时候功率单元特别贵，因为是容量计价，当初希望用长时间电解液稀释电堆成本，目前看电堆成本下降极快，数年内接近原来价格的15%，但电解液受资源波动反倒是难以控制，尽管不消耗，但初装成本和资金成本仍是制约因素。
全钒液流电池的功率密度和成本是负相关。（图示）这是我和国内相关实验室交流的功率密度过去和未来的发展趋势，因此技术空间还很大，如果未来用于电力系统稳定，较短时间尺度的电解液价格敏感性下降，钒电池能量效率的敏感性也会进一步降低。因此，尽管国内这两年因为钒价的波动，造成大家对这块的关注度不够，甚至改用别的电解液体系，但我还是建议大家多多关注，毕竟也是经过大规模工程化应用的技术路线，任何技术都在进步之中。
接下来是锂电池，首先是高功率锂电池并不代表只有电芯，实际上高功率会带来很多载荷、绝缘、消防以及电工材料等一系列的革新，专门围绕高功率去做。在它的模组结构上、温控上，也要给于特殊考虑，尽管内阻进行了优化，高功率就意味着单位时间内热量的释放要比其他的多一些，如果按照其他的结构，可能会引起热失控方面的风险。
最近几年我参观学习很多储能电站的集装箱温控风道设计，以及消防安全设计，我仍然比较认可2017年我的锂电池集装箱设计模式（图示），从热管控的角度来说还是很适合的。中心思路是把热量管控起来，通过热风收集，直接把热气送给空调，空调就会直接启动，它的制冷效果非常好，而且如果空调的制冷量不能满足，这时候还可以通过直接排风的方式送出箱外，这种方式提高空调利用率，由于有热风直排系统，提高了空调温度启动阈值，降低了储能电站辅助能耗。
一旦我们把它定位在功率型的，那么电化学秒级的支撑能力就是有价值，可挖掘的，包括分布式稳控系统紧急支撑、动态调压，还有包括区域孤网一次调频等。我们现在大电力系统的惯性够大，因此一次调频的时间可以是10秒左右，但是未来随着双高加剧，扰动可能就是秒级，甚至是毫秒级。那个时候，系统内毫秒级、秒级的支撑，对电力系统的稳定就非常有价值。目前，行业内对电池和PCS的秒级支撑是没有很好研究的。我们2017年做的储能电站，锂电池过载能力是150%一分钟，PCS是120%半小时，150%半分钟。这就意味着2万千瓦的电站，在半分钟之内可以支撑3万千瓦的出力，这为长时间尺度额定功率设计的电化学储能电站，在用于短时间尺度紧急支撑时的过载能力研究提供了实践依据。这也提示我们用于功率计价时储能电站的成本还有很多下降空间，不同时间尺度的电力装备指标体系也有很多变动空间。这对于储能支撑系统安全稳定是非常有利的。这个电站的监控室内接入了分布式稳定系统，为稳控系统除了高频切机、低频切荷以外，多了一种运行模式，这是这个电站的一个创新。未来新型的电力系统里，我们的储能和稳定系统的结合，应该是一个必选项。
目前这个电站是处于独立运行的状态，接收分布式稳控系统的调控，没有稳控指令时用于孤网调频。课通过主监控系统界面手动设置调频死区，还有上下区的触发频率、截止频率、保护频率，以及下垂系数等一系列的运行定值。特别是下垂系数，既要考虑频率平滑效果，也要考虑电站自身成本消耗
这是储能电站投入前后的监控界面。对于2万千瓦的电站，10%左右的出力，也就是2MW，对于一个60万千瓦的小电网系统，就有很好的平滑作用。这样就会减少机组阀门的动作，降低机组的非停概率，这是机组DCS系统的频率曲线。之前的调试数据显示如果增加K值，平滑效果更好，这里需要平衡机网协调系统和储能电站，找到二者进行频率调节的性价比平衡点。当然这也是未来储能电站独立调频的难点。大家可能以为运行参数基于规则，但规则基于什么呢，制定规则的依据呢，恐怕仍需要研究二者的价值。大家除了等待政策，还需要先行先试，为政策出台提供理论及实践依据。
此图可以看出储能电站在稳定方面的作用。对于一个60万千瓦的小电网，有个10万千瓦的主变脱网，以往储能电站未投运时基本上就需要切一个5万千瓦的水电机组，用于保网内主电源火电机组。那么，这次储能电站在近300毫秒内只是出了1.6万千瓦，就使火电机组安全跨越故障，系统频率也没有劣化到切除水电机组的高频率阈值。
比较遗憾的是，由于多种原因，这个电站一直没有接入到火电机组的机网协调系统里，如果接入到机网协调系统里，它对机组的支撑会更加的精准，出力也可以量化、考核。现在电站是无人值守，独立运行，状态及启停控制在电厂控制室，调度有远程控制能力，但没有具体的调度策略，仅仅是多了一个远程监控点。通过调度保护电网对外联络点功能一直没有启用。
以上是我简短的介绍，谢谢大家！
