一、新型电力系统
余总工程师提出，为什么现在要大规模的储能？为什么要长时间的储能？为什么要安全的储能？是因为新型电力系统建设的特殊需要。所谓的新型电力系统，大体上回顾是：2008年美国首次提出智能电网建设的概念，随即中国也开始了类似的智能电网项目。
1. 新型电力系统的特征与挑战
许多用电企业开始在用电现场建设新能源发电设施，以实现即发即用，解决储能和上网问题。经过五六年的发展，我们发现新能源发电与传统能源发电有本质的不同。传统能源发电如火电和煤电，可以根据需求随时调度，实现“用多少发多少”，可控性强。相比之下，新能源发电如风能、太阳能则面临不稳定性，不可预测和不可控制的问题。
因此，近几年，国家电网、国家能源集团及国家能源局提出了新型电力系统的构建概念。国家现在也放宽政策，允许新能源发电不必并网，让企业或个人在能自行消纳的情况下使用，无法消纳时则可以放弃。这种政策调整反映出电网技术尚未完全适应新型电力系统的发展，这个系统正在逐步演化和成熟中。
①新能源发电为主，新型发电占比升高
新型电力系统的核心特征是大规模新能源发电的融入。以往火电和煤电的发电量占比超过60%到70%，而现在这一比例已经降至约60%，甚至去年的统计显示不足60%。与此同时，新能源发电的比例从几个百分点逐渐增至20%左右。
从装机容量看，光伏和风电，已经与传统能源如火电的装机容量达到了1:1的比例，各占50%。而其他能源类型的装机容量相对较小，这标志着新型电力系统已经经历了根本性的变化。
②特高压直流输电技术
2009年，我国建立了第一条特高压直流输电线路，从湖北荆州通过襄阳到河南。这项技术奠定了坚强智能电网的理论基础，不仅在当时有效，未来也将继续是电网发展的关键组成部分。
从大框架看，坚强智能电网从特高压直流输电上看是有前瞻性，对强化电网架构至关重要，但对于新能源的发展而言，它并不是解决所有问题的全能策略。特高压直流输电在未来新能源发电中将扮演关键角色，主要是因为中国的新能源发电以及能源应用存在显著的时间和空间差异。这种差异要求必须使用特高压直流输电技术，否则无法有效管理国家电网，甚至影响到全球能源互联网的运行。因此，特高压直流输电是未来电网支持新能源融合的重要基础。
传统电网主要涵盖四个环节：发电、输电、配电和用电，采用即发即用的原则，即根据电力需求的多少调整发电量。此外，还有全国同步电网的概念，意味着全国的电网是统一连接和同步运行的。过去，专家通过从东北向西南进行电网测试来检验这种同步性。
在新型电力系统中，随着大规模新能源发电的加入，我们面临的主要挑战之一是电网的同步性问题。目前，AGC调频、一次调频、和二次调频主要是用于调整电网的相位，确保全国电网的同步运行。为了解决这些挑战，主要的解决方案包括柔性输电和储能技术。柔性输电可以解决区域间的能源调度问题，而储能技术则解决能源供应在时间维度上的调度问题，使储能成为电力系统中一个独立且关键的环节。
智能电网技术，结合了数字化和智能化方面与电网的结合。
在中国，新能源如风电和光伏的大规模迭代面临空间分布和需求错位的问题。主要的新能源发电设施集中在“三北”地区（华北、东北、西北），而这些地区的工业用电量较少，人口密度也不高。相比之下，电力需求较大的地区如江南、东部沿海和华南，人口更为密集。这种地理分布上的不匹配导致电力调度面临巨大挑战。
目前新能源发电的装机容量已与火电机组大致持平。要实现有效的电力调配，需要增强的调节能力远超现有水平，可能需要扩大五倍甚至更多。在有限的投资条件下，仅依赖建设特高压直流输电线路从资源丰富的西北和东北输送到用电量大的东南部是不够的，因为这种输电线路的投资成本极高。
因此，解决方案需要在源端和末端都大力发展储能技术，以实现能源供应的平衡。通过部署储能系统，可以在发电点存储能量并在需求高峰时释放，从而优化整个电网的运行效率，并达到经济效益最大化。这种方法不仅有助于调节输电走廊的负荷，而且能够提高电力系统的整体稳定性和经济性。
3. 新型电力系统的技术演变
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从确定性向不确定性的转变：原先的电力系统在运营中相对可预测和可控，而现代电力系统因引入大量不稳定的新能源而变得更加不确定和难以预测。 -
从机电装备到电力电子的转变：传统的电网主要由机械式设备如机械开关和变压器控制。然而，随着交流/直流混合网络的发展，特别是在直流输电领域，电力系统越来越依赖电力电子设备，因为它们提供了更高效和可靠的能量转换和调节功能。 -
从单一电力系统向综合能源系统的演变：以往的电力系统以火电为主，水电和核电为辅，比较单一。而未来的电力系统将变得更加复杂和多元化，不仅包括多种新能源发电形式，还涵盖了多种储能技术，形成一个综合性的能源系统。
4. 电力系统技术体系的不足
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同步电网的能力不足：现有的大同步电网在处理新能源的广泛接入方面表现出了能力上的限制，尤其是在应对不稳定和间歇性电源的调节和整合上。 -
储能技术的认识不足：过去，社会和电力系统专家对于储能的重要性认识不够，近年来虽然接触到多种储能配置方式，但这些方案常常显得不切实际，与电网运营的实际需求有较大出入。 -
理论体系有待更新：电力系统的基础理论体系亟需更新。目前仍广泛使用的即发即用的电力平衡理论，即“发多少用多少”，已经不再适应新型电力系统的需求。特别是在AGC调频等传统理论的约束下，面临许多新的挑战，这些都是当前亟待解决的课题。
为了推进新型电力系统的建设，我们需要逐项突破这些限制。只有通过不断的技术创新和理论进步，才能确保电力系统的可持续发展和高效运行。
5. 国家层面战略规划和技术尝试
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特高压直流输电的发展：国家已经逐渐减少特高压交流输电的建设，转而强调特高压直流输电的发展。这种转变标志着对更高效、灵活的电力传输技术的追求。 -
大同步电网的结构重构：国网正在试验直流输电技术，特别是在中国西南地区，如重庆和云南。这些地区的电网正在进行所谓的“割裂实验”，意在将局部电网从大同步电网中分离出来，实现区域内部的独立运作，从而避免了同频操作和AGC（自动发电控制）问题。这种实验已经取得了初步成功，为进一步推广和重构电网结构提供了宝贵经验。
6. 新型电力系统中储能技术的应用
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抽水储能的现状和创新：
目前，我们已经建立了大规模的抽水储能设施，但国内可用于建设抽水储能的自然水库资源已接近饱和。因此，我们正在规划创新型的人造抽水储能系统。这包括在没有天然水库的情况下人工创造落差，如在长江流域的山区建设上库和江面建设下库的提议，虽然这些工作尚未开始，但已有规划提出，显示出对储能重要性的高度重视。
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电化学液流储能的发展：
除了抽水储能外，锂电池和液流电池储能也在电网中得到了广泛应用。尤其是液流电池，由于其灵活性，被国家电网认为是在缺水地区，如中国西北部的三北地区，替代传统抽水储能的理想选择。
二、钒液流电池的技术
全钒液流电池的关键优点：
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模块化和可扩展性：液流电池的功率由电堆的大小决定，可以灵活调整以满足不同的需求。储能容量则由储存电解液的容器大小决定，理论上可以无限扩大，甚至可以利用废弃熔洞等非传统空间。 -
长循环寿命：液流电池理论上具有很长的使用寿命，但实际寿命和安全性仍然依赖于先进的技术和高质量的生产过程。 -
深度充放电能力：液流电池可以进行深度充放电，这对于电力系统的灵活性至关重要。 -
安全性：理论上，液流电池非常安全，但实际的安全性取决于产品的设计和生产质量。 -
成本效益：特别是钒电池，由于使用时间短，消耗的材料少，整体成本较低，非常适合进行AGC调频操作。 -
快速响应：与锂电池等其他储能技术相比，液流电池能够实现快速响应，满足新型电力系统中对即时调控的需求。 -
环保：电解液可永久使用，确保了系统的环保无污染性能。 -
持久的性能恢复能力：与常见的锂电池不同，全钒电池不需要等到性能下降到一定阶段才进行干预。全钒电池的性能可以随时恢复，无需更换电芯。这意味着即使在长期使用后，它们也能快速回到接近原始状态的性能水平。 -
适应性与可维护性：针对锂电池性能衰减的问题，常规解决方案是更换电芯。例如，预计在10年内可能需要更换两次电芯，以保持设备的有效运行。相比之下，全钒电池无需更换电芯，只需要简单的维护即可恢复性能，极大降低了运营和维护的复杂性和成本。 -
灵活的选址优势：全钒电池在选址上也显示出极大的灵活性。由于其结构和运行机制的独特性，它们可以在多种地理环境中有效运行，不受严格地理或环境限制。 -
无记忆效应：液流电池没有记忆效应，这意味着其充放电过程不会因频繁的部分充放电而降低总容量。这一点与传统的锂电池和镍基电池等有显著区别，后者可能因不完全充放电循环而导致有效容量减少。 -
高效率和高残值系统：液流电池的电解液可以循环使用，几乎没有性能衰减，这为电池系统提供了非常高的残值。即使在长期运行后，电解液仍可保持其化学性质，不需要更换，从而降低了长期运营成本并增强了环境可持续性。
液流电池不仅为新型电力系统提供了一种可靠的储能解决方案，还因其环保和经济效益成为未来电力结构中不可或缺的一部分。
三、钒电池在大规模储能的支撑作用
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平抑能源波动：全钒电池能有效缓冲可再生能源产生的能量波动，如风能和太阳能的不稳定输出，从而提高电网的整体稳定性。 -
电网调峰和调频：传统的电网调峰依赖于政策手段，如分时电价来管理需求。然而，若储能成本足够低，这些措施可能变得非必要。储能系统可以实时调节电网负载，响应快速变化的供需关系，从而优化资源分配。 -
增强系统灵活性：随着电网和用电模式的复杂化，我们的电网需要变得更加灵活和可靠。全钒电池通过提供可靠的储能解决方案，帮助电网适应不可预测的供需变化，增强整体运行的灵活性。 -
提升供电系统的可靠性：全钒电池增强了电网的容错能力，确保在发电和用电都存在不确定性的情况下，电网仍能稳定运行。 -
促进新能源的迭代和区域电力平衡：通过支持大规模的可再生能源集成，全钒电池不仅促进了新能源的更广 -
助力电网互联与区域平衡：长距离输电线路建设及区域间的电力交易需要储能的支持，储能能够帮助协调不同地区间的电力供需，优化资源配置，促进电力市场的深度整合与高效运作。 -
实现“双碳”目标：大规模储能是实现能源绿色低碳转型、达成“双碳”目标的重要手段。它促进了可再生能源的大规模接入与高效利用，减少了对化石能源的依赖，有助于降低温室气体排放。
四、大力储能产业化布局
目前，大力储能技术公司已在国内多地建立了专业子公司，以推动储能技术的产业化和商业化。以下是大力储能公司的主要布局：
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研发中心：位于长沙的“湖南钒谷”，专注于全钒液流电池技术的研发。 -
生产基地：
甘肃大力储能材料公司：位于玉门，专注于生产高品质的储能材料。
枣阳储能技术有限公司：负责电解液的生产，该工厂已于今年开始投产。
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团队与合作：自2012年起，大力储能与中南大学的团队合作，由刘老师领导。目前，大力储能拥有包括两位教授在内的四五十名硕博士研究员，以及超过一百名专业技术人员。 -
产能与扩展：大力储能的电堆生产已实现规模化，当前产能达到100兆瓦，预计襄阳新生产线将提升至500兆瓦。
来源：大力储能、艾邦“全国液流电池大会”现场
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原文始发于微信公众号（艾邦液流电池网）：钒电池储能技术在新型电力系统建设中的支撑作用
