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新基建下储能技术典型应用场景分析

2020-06-23    来源:中国节能网
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[ 导读 ]:本文进行储能技术的典型应用调研与分析,重点介绍电化学、飞轮、超级电容等储能技术在5G 基站、数据中心、特高压、城际高速铁路和城市轨道交通、新能源汽车充电桩5 种 产业发展中所起的作用以及典型的应用实例。
结合新基建发展背景,本文进行储能技术的典型应用调研与分析,重点介绍电化学、飞轮、超级电容等储能技术在5G 基站、数据中心、特高压、城际高速铁路和城市轨道交通、新能源汽车充电桩5 种 产业发展中所起的作用以及典型的应用实例。由于 各类储能技术的特点及适用范围各不相同,应用时需结合具体产业发展要求、环境特点等进行考虑。最 后,文章将对未来各类产业配置储能提出建议,以期为我国储能产业在各种应用场景的发展提供借鉴。
新基建背景下储能技术的发展契机

1.1 国家政策

2020 年两会政府报告中提到:增强新型基础设施建设,发展新一代信息网络,拓展 5G 应用,建设充电桩,推广新能源汽车,激发新消费需求、助力产业升级。

2020 年是“十四五”规划的编制之年。“十四五”时期,可再生能源将作为常规电源予以考核和约束,因此电网调峰需求将进一步增大,配置一定比例的储能将成为主要调节手段。

教育部、国家发展改革委、国家能源局《关于印发﹤储能技术专业学科发展行动计划(2020—2024 年)﹥的通知》指出,要增强储能核心技术研究和创新水平,培养储能领域人才,保证储能技术的主导地位,推动储能产业尽快达到国际先进水平,以理论和实践相结合促进储能产业高质量发展。

1.2 地方规划

新型基础设施主要包括信息基础设施、融合基础设施以及创新基础设施。伴随着技术革命与产业变革,新型基础设施的内涵与外延将不断发生变化。自中央提及新基建以来,国家和地方政府对新 基建的政策支持力度不断加大,全国各地的新基建规划与政策相继出台,如表 1 所示。

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5G 基建背景下的储能技术

截至 2019 年 6 月,我国通信基站数量如图 1 所示。随着储能技术的发展,具有高利用率、小型化等特点的新型储能系统会填补基站储能技术的空白,保证基站供电的稳定性。根据功率的不同,5G 基站分为微基站、宏基站 2 大类。微基站一般直接 由市电网直接供电,不设置储能系统;宏基站涉及范围广、基站功率大,一般建设在室外,需要储能系统作为备用电源以保证供电的稳定性。

 
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2.1 通信铁塔

通信铁塔是移动通信基站的组成部分,具有架高通信天线的作用,是通信信号发射、接收和传输设备的主要载体,是移动通信网完成信号覆盖的重要基础设施。在输电铁塔上搭载通信基站所形成的共享铁塔是一种使电力基础设施获得再利用、节约基站建设成本的新型通信铁塔类型。

2.2 5G 基站

5G 微基站分布较广,电力系统难以满足其要求,所以很多基站开始使用储能系统保证持续稳定的电能输送。例如,2017 年就有某通讯公司使用退役梯次电池建设 5G 一体化电源,蓄电池在供电系统正常供电时改善电能质量,在供电发生故障时作为备用电源为负荷持续供电,保证设备持续正常的运行。

智能储能系统融合了通信技术、电力电子技术、传感技术、高密技术、高效散热技术、AI 技术、云技术以及锂电池技术。华为基于对 5G 的理解, 推出了 5G Power 智能储能系统,如图 2 所示。该系统具有基础锂电功能、智能升压、智能混搭、智能防盗、全网精细管理等优点,可以实现储能系统的管理、控制等,能够根据大数据进行预测,实现前瞻性运维和资源互补,既能降低运维和建设成本,又可以减少资源浪费。

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特高压建设背景下的储能技术

3.1 特高压输电建设现状

“十三五”规划提出,到 2020 年,国家电网有限公司(国家电网)将建成“五纵五横”特高压交流骨干网架和 27 条特高压直流输电工程,形成 4.5 亿 kW 的跨区跨省输送能力,建成以“三华”电网为核心的统一坚强智能电网。

3.2 特高压输电问题解决方法

从目前研究来看,特高压输电技术中存在的问题影响因素较多且解决方法较少,急需配置储能系统,为解决输电问题提供一种新的思路和方法。

城际轨道交通和高速铁路建设背景下的储能技术

由于具有安全、环保、节约能源、占地较少等特点,轨道交通逐渐成为人们出行的主要交通模式,近几年发展较快。储能技术在轨道交通行业的发展中也占有一席之地,列车可以通过储能技术储存电能,在无接触网或紧急情况下释放电能,以保证正常行驶。地铁和城际高铁应用较为广泛。

4.1 地铁

地铁能量回收是一种大功率、高频次的应用场景,目前应用较为广泛的是再生制动能量吸收利用。当制动能量不能被本车吸收时,牵引网电压上升,上升到一定程度后,牵引变电所中再生制动能量吸收装置投入工作,吸收再生电流,使车辆再生电流稳定,如图 3 所示。目前,再生能量吸收装置可分为电阻消耗型、电容储能型、飞轮储能型、逆变回馈型,各类型装置对比如表 3 所示。目前电容储能型和飞轮储能型较为常用。

 
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4.1.1 飞轮储能

地铁列车进站回收的电能通过电阻放热方式消耗,存在资源浪费,飞轮储能具有响应快、频次高、可靠性高、寿命长的优点,可以很好地解决这些问题。

4.1.2 超级电容储能

超级电容储能具有高功率、长寿命的特点,也可回收制动能量,实现制动能量再利用。

4.2 城际高铁

城际高铁储能系统的主要作用是降低能耗、牵引列车、制动能量回收、降低峰值功率等。铁路行业的储能系统主要分为地面储能系统和车载储能系统,其中车载储能系统主要安装在列车内,用于存储列车内部的回收能量,所需功率小于地面储能系统。

我国地铁线路上也有配备储能系统。中车长春轨道客车股份有限公司在轻轨上加装磷酸铁锂电池系统,可以增加列车续航里程,充电时间较短,应用前景广阔。

新能源汽车充电桩建设背景下的储能技术

作为新型城市交通基础设施,充电桩是电动汽车推广应用的基本保障。我国充电基础设施已经形成了规模化快速发展态势,相关行业政策、标准体系也已基本建立,但充电基础设施行业尚未明确,新能源汽车充电桩建设为我国新能源汽车能源供给保障明确了主基调。储能技术应用于充电桩可以保证充电桩电能的稳定性,避免因电网波动导致的充电桩失灵,降低充电站配电线路成本,产生良好的社会经济效益。

5.1 光伏储能充电桩

近年来,充电桩和光伏储能系统结合形成自发电的电网系统,光伏发电可保证充电桩电能的稳公司名称已修改定性,余电可以利用储能系统储存起来,进行削峰填谷、峰谷套利,实现经济效益最大化。虽然影响光伏发电的因素颇多,但加入储能系统,一方面可帮助光伏在应用过程中解决一部分发电冗余和并网问题,另一方面可发挥组合优势,带动光伏、储能、充电桩多向发展。

我国国内电动汽车充电行业在近几年也得到了快速发展。图 6 为松山湖太鲁阁光储充一体化充电站,该充电站通过核心系统“光储充一体式能源微网系统”与“能源互联共享平台”的对接,信息通过 5G 通道上送。

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5.2 电动汽车储能充电站

将传统储能技术与电动汽车充电站相结合,既可以实现电网的削峰填谷,保证供电的稳定性,还能够降低大规模汽车充电时对电网造成的冲击,延长使用寿命。

青岛薛家岛和上海嘉定区安亭镇电动汽车充换放储一体化示范电站(图 7)为目前已经投运的充放储一体化电动汽车充电站。

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大数据中心建设背景下的储能技术

现代生活中所需的数据大多存储在数据中心, 伴随着新基建的发展,数据中心的重要性逐渐显 现,其电力供应也显得格外重要,而不间断电源系统(uninterruptible power system,UPS)的普遍使用可以保证数据中心电力供应不会出现故障。因此, UPS 储能技术的发展至关重要,影响到 UPS 的体积、寿命和成本。

6.1 UPS 储能技术在数据中心的应用

6.1.1UPS+电化学储能技术

UPS 作为备用电源,一般后备时间要求不低于 15 min,最初 UPS 内部通常采用铅酸电池。谷歌 (Google)是进行服务器自主研发定制的互联网公司,早期采用铅酸电池供电;脸书(Facebook)自建数据中心的供电系统采用DC48V 离线备用系统, 为每 6 个 9 kW 的机柜配置 1 个铅酸蓄电池柜;中国移动数据中心采用 DC48V 输出系统,并配置储能电池柜,系统拓扑图如图 8 所示。

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6.1.2 UPS+飞轮储能技术

电力设备的体积、能耗以及确保关键任务应用的最高电能质量和可靠性是数据中心建设所面临的挑战,飞轮储能可以完美地解决这一难题。飞轮储能 UPS 和传统储能 UPS 技术对比如表 4 所示。

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6.2 其他储能技术在数据中心的应用

我国的数据中心建设将更多地采用储能材料和蓄冷技术。2019 年,《关于加强绿色数据中心建设的指导意见》出台,要求到 2022 年,数据中心平均能耗基本达到国际先进水平。在该意见指导下,工业和信息化部于 2019 年 11 月正式发布了《绿色数据中心先进适用技术产品目录(2019 年版)》,其中无机相变储能材料蓄冷技术和水蓄冷技术入列。

新基建背景下储能技术展望

1)积极部署储能在 5G 技术、轨道交通、工业能源互联、军民融合、国家应急保障体系等领域的试点工程,全方位验证储能在新基建工程中的枢纽作用。

2)积极部署新型、颠覆性技术对现有储能体系的有益补充,鼓励高安全、长寿命、高效率、低成本、易回收的电池体系战略推进,进行试点示范及比对研究,实现新旧技术的交替,完成我国储能产业从简单跟跑到领跑的角色转换。

3)选取代表性的、具备可推广性的重大国家战略意义的试点工程,在国家级开放区域、我国可再生能源富集基地、跨省区域外送通道薄弱环节、能源片区之间部署 GW 级大型储能重大试点工程,并逐步在全国范围推广。

结论与建议

储能技术可广泛应用于融合新能源、城市应急供电、5G 基站后备电源以及边防哨所、军民融合等诸多方面,是新基建不可或缺的重要保障。目前我国储能技术仍面临诸多挑战,如储能电池技术尚处于跟跑、借鉴水平,急需实现突破,挖掘新的电池体系;政策法规较少,有效执行的保障少;缺乏长久、有效的商业模式等。对此,建议:

1)国家各部委政策应统一协调,顶层设计,成体系推进,避免出现重复制定甚至互相冲突的条款。

2)应进一步探索合作机制和商业模式,加快实现跨行业、跨领域的应用数据资源融通带动大、中、 小、微企业融合发展;推动制造业与服务业深度融合和资源共享的扁平化、系统化、标准化、规范化平台建设,以激发市场活力。

3)各省应结合具体情况,出台相应的配套实施细则,确保实操性,政策应具有持续性、连贯性, 确保产业链中的各环节持续、稳定发展。

作者简介

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文章来源:《热力发电》李建林,谭宇良,王楠,王含,王力.新基建下储能技术典型应用场景分析.热力发电.

 
关键词: 储能技术
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