李建林2021年《中国十四五储能需求分析及核心指标解读》主题演讲

2021年7月1日13:08:54李建林2021年《中国十四五储能需求分析及核心指标解读》主题演讲已关闭评论

2021年5月11日下午,申万宏源2021碳中和大会暨上市公司见面会水风光储论坛,中国可再生能源协会储能专业委员会副主任委员,北方工业大学储能院院长李建林做题为《中国十四五储能需求分析及核心指标解读》主题演讲。

李建林2021年《中国十四五储能需求分析及核心指标解读》主题演讲

【嘉宾简介】李建林,中国可再生能源协会储能专业委员会副主任委员,北方工业大学储能院院长,曾入选2020年国家级高层次人才工程,并被授予有突出贡献的中青年专家,深耕储能领域多年。

全文如下:

李建林,中国可再生能源协会储能专业委员会副主任委员,北方工业大学储能院院长,曾入选2020年国家级高层次人才工程,并被授予有突出贡献的中青年专家,深耕储能领域多年,演讲主题是十四五储能需求分析及核心指标解读。

我2005年开始,在中科院电工所做风电光伏,做到2009年,在2009年的时候,因为咱们风电光伏发展很多了,后来电网公司在张北做了一个示范工程,后来我就做储能,一做就做十年,在十年期间,见证了我们国家储能发展艰辛的历程,我简单回顾一下。在这十年期间,前面几位专家提到了,我们国家储能大概经历了几个阶段,或者存在几个态势。

第一个,储能离我们越来越近,以前最开始储能从用户侧零零散散一点点,到电网的发出配送环节都有储能,大家都能感觉到,最开始在风电光伏里加储能,后来在辽宁50瓦的风电,提升风电的接纳能力,我们在青海光伏电站,50兆的光伏电站,验证了储能提升光伏外送的能力。我们在山西找了8个火电场,验证储能调频能力。时至今日,我们国家提出两个一体化,水电、风电、火电搅在一起,不知道谁是谁。打破了储能以前的定义,不管你是电网侧还是电源侧,只要能提升可再生能源发电能力,提升电网接纳能力,都可以。储能离咱们越来越近了,包括在北京的怀柔、延庆有两个大型的储能电站,在轨道交通也有很多,所以储能离咱们越来越近了。这是第一个态势。

第二个,储能装机规模越来越大,我们当年在张北做的时候,储能是百千瓦级别一个,后来到500千瓦,到5兆瓦、10兆瓦到百兆瓦级,我们在江苏、河南、湖南都有百兆瓦级室外工程,包括在青海,有50兆瓦级的储能电站,我们正在规划,在我们国家有8个G瓦级储能电站,储能已经不是当年的小弟弟了,到今天遍布各个领域,包括它的规模也越来越大,到一定规模以后,就不能小看它了。

第三个,几位专家提到了,储能技术水平也在不断进步,我以磷酸铁锂为例,我们当年在张北做的时候,它的循环寿命大概是几百次,到后来发展到1500次,3000次,现在有厂家号称到万次,这个有夸大的成分,但是到6500次是没有问题的。另外从价格水平,几位专家提到,储能成本居高不下,我觉得有些主流电池,成本下降速度远远大于我们的预期。储能自身单机造价在降低,寿命在延长,它的用电成本在降低。好多人预判,在有限几年之内,光伏能实现真正的平价。我想储能前景是比较广阔的。今天我把十四五期间我们储能的需求做一个解读。

十四五开局之年,对我们国家新型储能提出很多国家战略要求,我从一些指标给大家解读一下。这个报告从以下几个方面讲一下。

第一个是双碳下储能需求分析。

第二是可再生能源电力消纳责任权分析。

第三个是十四五我国储能技术指标。

大家知道,此时此刻储能在国家层级受到高度重视,我以前做风电光伏的,在十几年前,我写了几篇文章,统计了我们国家储能政策,我们国家的红头文件,五个部委联合发文有40多项都不止,每10天每半个月出来一个新的政策是可能的,各个省配套政策更多,配套政策里面,涉及到可以操作的层级,比如说怎么给你补偿,这个给你很细,很多地方要求是按照10%,有些地方是20%,总之大家很关注它。

另外,教育部和发改委联合颁布了针对人才在储能技术领域的文件,我为什么在2019年离开电网公司,到高校里面,我负责学科建设,就是因为国家从人才角度培养新的一代,学习储能技术,做的最好的是西安交大。从今年开始到本科生,本科生学习储能,一共招27位,一般一个高校里面,分最高的是电信工程。储能比电信工程还要高。再往后,需要懂电子,再往后需要懂电网,再往后需要懂市场经济。任何一个学科培养的学生,都不足以涉足储能技术。我们电网公司招人的时候,很难招。国家看到这个问题,专门设立了储能学科,本科生到底修哪几门课程,才能胜任这个储能。国家下这么大决心,设立这个学科,可见我们储能至少大家能干到退休,总之储能在国家层级高度重视。

从2021年开始,每年风能与光伏装机,是100GW规模,按照15%的容量配置的话,大概每年需要新增15GW储能,按2小时标配,则电化学储能每年需要30GWh。

大家知道近期有26个高校在教育部申报了储能特训班,哪年招本科生几年毕业,意味着全国各地有点意识的高校都设立了储能学科。大家可以放心投储能,从事这个行业。

今天有很多发电企业,不管从国家能源集团,还是大唐、华能、华电、国家电投都发布了十四五的占比,从能源占比,包括时间点,都做了明确的点。

这里是装机规模,尤其是国电投这块,起到很好的带头作用,各家都给了明确的点。我统计了一下,国电投是2023年就达峰,大唐、华能都能在2025年达峰,可见各个集团的决心。这里面种种迹象表明,可再生能源是大发展的时期。你快了以后,和电网发展不匹配了,就会出现小的问题。

在2020年,我们国家弃风立马来了,弃风最高的是甘肃,下来是吉林、黑龙江和河北,弃风主要是发展新能源发展。弃光也是一样,在新疆、蒙西都有弃光。

这里面你让他弃掉不太合适。可再生能源电力消纳责任权重,必须消纳多少,有一个相应的政策,这一块每个省都有相应的指标,比如说2021年已经确立各省配额,到2022和2030年都有指标。

这里面可以看出来,在2030年这段时间内,实现40%、25.9%的比例,非水可再生能源配额完成压力比较大,如何把它解掉。除了刚才几大发电集团以外,电网公司这块为了实现3060目标也是有作为的,大概有几个措施。第一个对清洁能源大规模开发利用提供配置平台。

为各种新型能源设施提供边界服务。为提高全社会能效提供解决方案。

五年内每年投700亿,助力碳达峰碳中和目标。

发电企业很努力,电网公司也积极尝试,总之我们倒推储能市场前景,我们把它分成两个阶段,2025年,预判储能成本降至1500元/千瓦时,有些厂家做不到,但是这是一个趋势,这个预判了一下,2025年,我们市值到达6500亿。到2030年能达到万亿,我们生活在万亿储能市场,大部分各位是搞投资的,有人力资源的保障,有各大发电集团的作为,再加上金融资本的力量,我们的问题一定可以迎刃而解。

刚才我把这个趋势给大家讲一下,下面我介绍一下十四五期间,我们国家对储能的期望,或者是相应的战略目标,因为大家知道,在十四五期间,我们国家最高级别的计划就是国家重点研发计划,储能与智能电网专项,一共有6个方向,21个指南任务。

第一个是电池储能,有三个技术方向,7个具体任务。从电网角度而言,对储能时间长度很关注,因为电网需求多元,很短时的,需要超级电容器,力量很大,对这种有需求的。另外一个是调峰的,需要长时间维度,到两小时级到四小时级。按照时间长度,一个是中长时间的储能技术,这是对电网很重要的技术,这块可以看到,我们列的三个题目,第一个是G瓦时级,里面的储能技术。我们国家有8个G瓦级储能电站,有两个在青海,只有在一定规模以后才能做。到G瓦时级,从系统集成和能源调度,有很多核心技术掌握。另外一个是兆瓦时,本质是安全固态锂离子储能电池技术。大家知道一点点,之前在山西也发生过,后来在北京,之后在韩国,在前进过程当中有小问题是可以理解的。比如说我们常规的储能,加强安全管控,这是一种手段。另外找一个本质上安全的电池,是固态的锂电池,一时半会儿点不着它。这里探索新的储能技术。包括金属的硫基储能电池也在探索。

短时高频储能技术也关注,低成本混合型超级电容器,在轨道交通,是有前景的。除此之外对电池本身加速老化分析和寿命预测技术。还有基础支撑技术,比如说锂离子电池智能传感技术。这个热积累,快失控了,你感受不到。还有锂电池储能系统全寿命周期的储能技术。

对G瓦时级锂离子电池储能系统技术,寿命是15000次。国家战略是十四五期间到15000次,支持储能时间是2个小时以上,对电压等级,要到1500伏,咱们常规都是768伏,1500伏,电压抬升以后,电池效率高了。对额定功率,包括1分钟持续峰值功率,大于等于一倍的充放电额定功率。10兆瓦是什么意思呢,就是额定功率,能持续两年,这里面有一个预期服役寿命是25年,这个太有挑战了。现在最长的不到10年,25年之后发生什么事情,现在是不知道的。

系统规模到G瓦时。这里面可见国家的决心。列入到纸单里面,有很重要的导向作用。

兆瓦时级本质安全固态锂离子储能电池,DOD条件下单体电池循环寿命15000次以上,电池单体成本小于0.35元/瓦时。

系统循环性是12000次。环境适应温度是负40度到60度。

对金属硫基储能电池,这是新兴技术。要求充放电倍率小于等于0.5C,放电深度80%,DOD条件下单体电池循环寿命,具体要求是15000次。系统能量转换效率大于80%,系统循环寿命12000次,负20度工作环境下放电容量保持率大于等于80%,月自放电小于1.0%,系统成本大于0.6元/瓦时。安全性达到储能国际要求。

另外低成本混合型超级电容器单体,比如说中车集团,它和风电和光伏,在边角系统,另外在电网当中短时应对冲击负载,包括轨道交通有一定前景。对它提出一定要求,单体能量是15瓦时,比能量是大于等于70瓦时/千克,实侧最大比功率是大于等于30千瓦/千克。80%DOD条件下循环寿命大于等于20万次。负40度&5C放电容量保持率大于等于60%。系统容量是大于等于200千瓦时。

DOD条件下各单体电池循环寿命对比,包括电池系统成本有一个小的对比。这里面可以看到锂电池和固态电池,金属硫基,低成本混合型超级电容器做的比较。

另外从成本上可以看出,每个电池追求目标不一样,有的是3.5元,有的是6毛,有的是4毛,还有的是1元。

我们把十四五期间几个储能技术指标对比一下,不管是固态的还是按照我们这个表格笔划一下。包括系统成本上,都有这么一个值,大家可以关注一下,这个是国家应该已经颁布了,我们做了一些梳理工作,把这个指标拿出来,对比起来更直接一些。

支撑技术是储能电池加速老化分析和寿命预测的技术。一个电池使用一万次,不可能测一万次,这里有一个等值得到底能用多少次,这个技术本来就是一项科学问题,业界很有争议,我们经常说一个电池是344,344什么意思呢?满充满放,假如说充一会儿,不充了,放一会儿不放了,就是等值,等效的循环寿命,不能简单推,一个电池344,你浅充浅放是等值,中间到底怎么对应的,本来也是一个科学问题。这个研发计划里面,包括测试方法,包括边际条件,预期产出一个科学客观的对储能电池评判的方法。

对智能传感技术方面也有一些指标,比如说植入式传感器对电池容量影响,包括对电解也对传感器的影响,包括多信号采样频率,温度、气压、内部气体测试、电压测量范围等等都有指标。

大家都知道电池安全很重要,对于安全上,国家要求电池故障诊断技术准确率是大于等于85%,储能监控系统,1天前隐患预警,15分钟前事故预警。锂离子电池储能系统灭活技术,5s内扑灭,24小时不复燃。

另外全固态金属锂电池技术,这里面对它提出了要求,次数是1000次,包括能量密度等等都有相关要求,每个电池都有特别强的地方,相对也有弱的地方。取一个权衡,让你能容忍这个东西。

对于共性关键技术上,高安全、全气候动力电池系统技术,安全风险预警模型大于等于3个,对于电池系统发生热扩散90分钟内不起火不爆炸,电池系统200kN挤压不起火不爆炸,全气候、高安全动力电池系统装车。从-30度到0度升温时间小于等于3分钟等等,不多讲了。

对于车用固体氧化物燃料电池关键技术开发都有一些规定。

对于车载储能系统安全评估技术与装备,大家都知道,把储能系统让它可移动,应该是一个趋势。在江苏、河南、湖南,现在应急电源都可以用。对于车载系统安全评估也很重要,对于整个动力电池智能无损检测,从装机规模、响应时间、精度和预判准确率,都有相应的制度要求,只有达到这些指标才能做下去。

小结一下,在双碳目标下,2021年开始测算,每年风能与光伏的装机,要达到100GW,未来十年66%的用电量增量来自于非水可再生能源,发电负担很重。政策已给出各省份2021年消纳指标,2022到2030年增幅不低于1.47%。国家电投集团、国家能源集团等五大发电集团已给出2025年达峰目标。

面向未来高比例可再生能源消纳问题及电力供应峰谷加剧问题,应研究用于G瓦时。

这是我在储能领域的书籍,还有针对人的,我们现在正在弄第二期,弄到第44个人,大家有兴趣可以加入进来。

这是我做的几个专刊,有几个是电力系统保护与控制,有能效与管理,有中国电力等等。

这个屋子里全是储能,咱们两个一体化战略,国家尽可能多个地方,包括黄河水电,有更多的试点出现,这样咱们的储能离我们越来越近了,这个是我的二维码,大家可以加我。我一定知无不言,言无不尽。

谢谢大家!

李建林2021年《中国十四五储能需求分析及核心指标解读》主题演讲

四分之二
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