中國儲能網(wǎng)訊：11月9-10日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦的首屆中國新型儲能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展大會暨全國虛擬電廠及需求側(cè)響應(yīng)高層研討會在山東濟(jì)南喜來登召開。
大會聚焦新型儲能可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展，針對儲能產(chǎn)業(yè)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)等重點(diǎn)、熱點(diǎn)、難點(diǎn)問題展開充分探討，分享可持續(xù)政策機(jī)制、資本市場、新型儲能系統(tǒng)集成技術(shù)、供應(yīng)鏈體系、商業(yè)模式、示范項目應(yīng)用案例、新產(chǎn)品以及解決方案的普及和深化應(yīng)用。
來自電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機(jī)構(gòu)等不同領(lǐng)域的150家產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，322位嘉賓參加了本屆大會。大會通過主旨演講、高峰對話等環(huán)節(jié)深入交流探討。
大會組委會邀請格力鈦新能源股份有限公司何意分享主題報告《高安全鈦酸鋰技術(shù)在新型儲能系統(tǒng)中的應(yīng)用》。以下是發(fā)言主要內(nèi)容：
何意：各位專家，各位同行，各位嘉賓，大家上午好。我們蔣總因為臨時有事，所以今天由我來給大家做一個分享。我是來自格力鈦新能源的何意。
今天給大家分享的題目是 “高安全鈦酸鋰技術(shù)在新型儲能系統(tǒng)中的應(yīng)用”，分享內(nèi)容內(nèi)容主要分為三個部分。首先是企業(yè)介紹，格力鈦新能源股份有限公司是一家集鈦酸鋰電池核心材料、電池、智能儲能系統(tǒng)、新能源汽車研發(fā)、生產(chǎn)、銷售以及動力電池回收梯次利用為一體的全球性綜合新能源產(chǎn)業(yè)集團(tuán)。旗下?lián)碛袕V通汽車、奧鈦儲能兩大品牌，總部位于珠海，擁有邯鄲、石家莊、成都、天津、洛陽、南京等產(chǎn)業(yè)園。我司于2021年成為世界500強(qiáng)企業(yè)格力電器的控股公司。公司目前有兩大體系鋰電池的研發(fā)制造能力，其中鈦酸鋰材料年產(chǎn)10000噸，鈦酸鋰電池年產(chǎn)3GWh；磷酸鐵鋰目前有12條產(chǎn)線，年產(chǎn)磷酸鐵鋰電池15GWh。以下為我司的獲得一些榮譽(yù)，在今年，我司獲得了中國專利的金獎，并獲評國家制造單項冠軍產(chǎn)品。
第二章是介紹一下格力鈦電池技術(shù)及產(chǎn)品。我們格力鈦電池有四大核心特點(diǎn)：高安全、快充放、耐寬溫和長壽命。
首先介紹一下安全性。本征安全第一點(diǎn)是鈦酸鋰對鋰電位為1.55V，相比于石墨材料嵌鋰電位0.1V，鈦酸鋰電池可保證足夠的裕度，充放電過程中不會析出金屬鋰；本征安全第二點(diǎn)，相比于二維層狀結(jié)構(gòu)的石墨負(fù)極材料，鈦酸鋰材料為尖晶石結(jié)構(gòu)，具有三維鋰離子通道，充放電過程中材料結(jié)構(gòu)幾乎不發(fā)生變化，避免在大倍率電流放電產(chǎn)生鋰枝晶；本征安全第三點(diǎn)，電池短路時，鈦酸鋰材料可由導(dǎo)電相變?yōu)楦咦柘?，在一定程度上可抑制熱失控。我司的鈦酸鋰電池在做切割，針刺，擠壓，淋雨，槍擊等測試都不會發(fā)生起火或者爆炸的現(xiàn)象。
鈦酸鋰電池第二大核心優(yōu)勢就是長壽命。這個也是基于鈦酸鋰材料的尖晶石三維結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。在鋰離子脫嵌過程中，材料體積變化率很小，為“零應(yīng)變”的材料，充放電過程中材料不會發(fā)生結(jié)構(gòu)坍塌等不可逆變化。下圖中我們可以看到目前我司在測的鈦酸鋰電池，2C/2C，100%DOD的測試條件下，已經(jīng)測到了39000次，仍在持續(xù)的測試中。下表為我司2014年裝車的一批電池，在2019年我們對這個電池進(jìn)行了容量測試，測試數(shù)據(jù)可以看到裝車運(yùn)行了五年，容量基本上是沒有衰減。
鈦酸鋰電池第三大核心特點(diǎn)就是它的一個快充放?？斐浞攀怯捎阝佀徜嚥牧系娜S鋰離子通道，Li+可以快速脫嵌，實現(xiàn)超快速充放電；此外格力鈦的鈦酸鋰材料為納米級材料，一次粒子40-60nm，遠(yuǎn)小于市面上其他的鈦酸鋰材料，小粒徑縮短了鋰離子傳輸距離，實現(xiàn)快速充放。
伴隨著公司的不斷發(fā)展，鈦酸鋰電池的能量密度也是在不斷地攀升。從以前的方殼33Ah，圓柱電池30Ah，現(xiàn)在已經(jīng)做到方形電池110Ah和155Ah，圓柱50Ah，鈦酸鋰電池的能量密度也得到了大幅的提升。目前我司已經(jīng)量產(chǎn)了全球最大的單體鈦酸鋰電池，單電池容量155Ah，最大持續(xù)可充放電電流500A，PACK系統(tǒng)體積能量密度提升高達(dá)100%，目前這款電池在我們工程機(jī)械，公交車，大巴，以及我們的調(diào)頻等領(lǐng)域已經(jīng)投入使用。能量密度不斷提升的同時，我們功率密度的也在提升。目前我司產(chǎn)品采用的是全集流體硬連接替代傳統(tǒng)單極耳軟連接，載流量17.5倍。
接下來介紹一個行業(yè)上大家也比較關(guān)心的鈦酸鋰電池脹氣的問題。從下面的圖中可以看到，脹氣主要因為鈦酸鋰材料對水分是比較敏感的，這個水分物理的方法是很難清除的。隨著現(xiàn)在鋰電池行業(yè)制程工藝的發(fā)展，我司通過對原材料，工序，環(huán)境管控有一些特殊的工藝，這個脹氣問題在很多年前就已經(jīng)解決了，也是給行業(yè)上的各位一個說明。
以下為我司目前的電池系列產(chǎn)品，鈦酸鋰電池包括大圓柱的40Ah、45Ah和50Ah，還有小圓柱的6Ah、9Ah和12Ah，軟包70Ah。磷酸鐵鋰電池主要包括動力系列的50Ah、60Ah和70Ah，備電系列102Ah，長循環(huán)儲能用280Ah。
第三章介紹格力鈦儲能產(chǎn)品及應(yīng)用案例。我們的產(chǎn)品從電池單體到Pack，到電池簇，再到集裝箱系統(tǒng)，包括了風(fēng)冷和液冷兩種方案。目前我司的能量型儲能系統(tǒng)單個集裝箱，最大可以做到5MWh，功率型儲能系統(tǒng)，單個集裝箱最大可以做到4MW。在2021年7月份，我司高安全大倍率儲能系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用，也是獲得了“國際領(lǐng)先”鑒定。
介紹完我司的系列產(chǎn)品，接下來介紹我司產(chǎn)品在各種領(lǐng)域的應(yīng)用。第一個是在發(fā)電側(cè)新能源場站的一次調(diào)頻。新能源的快速發(fā)展給電網(wǎng)業(yè)帶來了一個極大的挑戰(zhàn)，各地也陸續(xù)出臺政策，要求新能源具備一次調(diào)頻功能，與此同時，各種標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)地出臺。新能源廠站的調(diào)頻功率需求是分鐘級、MW級，需求配置大功率的儲能，即我們的虛擬同步發(fā)電技術(shù)（VSG）。現(xiàn)階段存在的問題是，單一形式的儲能是無法解決功率密度和能量密度的矛盾。行業(yè)上現(xiàn)在比較常見的做法，就是用這種混合型儲能，比如說鉛酸電池加超級電容器，或者磷酸電池加飛能的混合形式，這種混合儲能也面臨著一個問題，配置比例以及協(xié)調(diào)控制的難度較大；另外隨著光伏子陣和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的單機(jī)的規(guī)模也不斷增大的，對于這種高成本的功率型儲能配比和能量型全生命周期的循環(huán)壽命，也是提出了一個更高的要求。這對混合型儲能經(jīng)濟(jì)性和性價比也是一個非常大的考驗。
下面兩張圖是我司采集的某風(fēng)電廠七天內(nèi)發(fā)電功率曲線和24小時內(nèi)的調(diào)頻功率需求。圖中我們也可以明顯看到，儲能系統(tǒng)日均的充放電轉(zhuǎn)換次數(shù)是10到50次，轉(zhuǎn)換到年充放電次數(shù)是3000到15000次（淺充淺放），因此，對儲能系統(tǒng)全生命周期的循環(huán)壽命提出了一個更高的要求。
不同特性的儲能限值將決定VSG的控制參數(shù)邊界。這張表可以看到，在一次調(diào)頻的領(lǐng)域，在鈦酸鋰的儲能系統(tǒng)能夠很好的兼顧能量密度和功率密度。
這個是我們的應(yīng)用案例，跟中車這邊合作的3.3MW風(fēng)力配置360kW/89.42kWh（4P）鈦酸鋰儲能系統(tǒng)，測試效果良好，下一步計劃將儲能系統(tǒng)裝入風(fēng)機(jī)塔筒，實現(xiàn)一機(jī)一儲。
第二個案例是全球首個光伏、儲能戶外實證試驗平臺，配置了150kW/33kWh（4P）的鈦酸鋰儲能系統(tǒng)，目前運(yùn)行狀況良好，該項目已經(jīng)做到了第三期，三期規(guī)模將會進(jìn)一步擴(kuò)大。
第二個應(yīng)用領(lǐng)域是電網(wǎng)側(cè)的應(yīng)用：AGC調(diào)頻，通過儲能參與AGC調(diào)頻，大幅提升機(jī)組調(diào)頻性能，提高調(diào)頻收益。下圖我們可以看到某個電廠2h內(nèi)的調(diào)頻指令，在一個調(diào)度周期內(nèi)，最大爬坡功率2853 kW，累計轉(zhuǎn)換電量僅73 kWh，這就是屬于典型的功率型的應(yīng)用，這種場景下，我們應(yīng)該重點(diǎn)考慮的功率成本。下圖為我司某電廠調(diào)頻儲能系統(tǒng)傳回的運(yùn)行數(shù)據(jù)，圖中可以發(fā)現(xiàn)調(diào)頻儲能系統(tǒng)電池SOC運(yùn)行區(qū)間只占整個電池系統(tǒng)電量的25%-40%，即對電量需求并不高，一般儲能時長配置為15~30min。鈦酸鋰電池在1C、4C至6C倍率范圍內(nèi)，不需通過超配電量來滿足調(diào)頻倍率的需求，兼顧大倍率充放電的同時仍能滿足較長的充放電循環(huán)壽命。右下角的檢測報告我們也可以看到，鈦酸鋰電池4C循環(huán)測試，16000次后容量保持率在83%以上。
在AGC調(diào)頻領(lǐng)域，我們經(jīng)常需要考慮的是里程成本。在這里我們對磷酸鐵鋰和鈦酸鋰兩種儲能系統(tǒng)做了一個對比。一個1MWh的電池系統(tǒng)，磷酸鐵鋰最大可以做到2MW，而鈦酸鋰儲能系統(tǒng)可以做到4MW，每年調(diào)頻里程，鈦酸鋰是磷酸鐵鋰的兩倍，循環(huán)壽命，鈦酸鋰是磷酸鐵鋰的3倍，即使鈦酸鋰的成本是磷酸鐵鋰的2-3倍，但是綜合算下來，高功率鈦酸鋰?yán)锍坛杀救缘陀诹姿徼F鋰，不超過鐵鋰的1/2，優(yōu)勢較為明顯。
下圖為不同類型的儲能系統(tǒng)里程成本的對比（對比數(shù)據(jù)來源：《電工電能新技術(shù)》），我們也可以看到，鈦酸鋰儲能是有一個非常明顯的優(yōu)勢。
以下為我司在發(fā)電廠配套的調(diào)頻儲能系統(tǒng)的幾個典型的應(yīng)用，一個是我們的珠海橫琴的熱電廠，鈦酸鋰儲能系統(tǒng)規(guī)模為8MW/3.2MWh；另外一個是在內(nèi)蒙古的烏拉特，配置了10MW/4MWh的鈦酸鋰儲能系統(tǒng)，這兩個相對目前運(yùn)行的非常好，收益也是很好。
第三個應(yīng)用是在用電側(cè)，對于功率型的配電擴(kuò)容。隨著新能源產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，我們新能源汽車也是越來越普及。新能源汽車的增多，必然會對我們充電提出了一個更高的要求。對配電也是提出了巨大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的方案都是通過變壓器的擴(kuò)容來解決這個問題，但是很多地方的配電擴(kuò)容難度是非常大的，而且配電的改造的成本也是相當(dāng)高。我們通過配套功率型的儲能系統(tǒng)，能夠很好的解決這個問題。
以下為我司在首都機(jī)場做的項目，大家坐飛機(jī)的時候可以看到1號門，2號門，T3D和T3E這幾個站點(diǎn)都配了我司的光儲充系統(tǒng)，很好的解決了首都機(jī)場車的充電問題，目前運(yùn)行狀態(tài)良好，可以滿足全天176臺次的充電需求。
除上述應(yīng)用場景及案例外，利用鈦酸鋰電池的安全性和倍率性，我司鈦酸鋰產(chǎn)品管道閥室和國防設(shè)備等場景得到很好應(yīng)用。
格力鈦儲能產(chǎn)品已經(jīng)在全球30多個國家和地區(qū)投入運(yùn)行，早在2014年，我司的鈦酸鋰調(diào)頻儲能產(chǎn)品就已經(jīng)在美國以及北歐的一些國家投入使用，近些年，隨著國內(nèi)儲能市場的發(fā)展，公司也在國內(nèi)大力布局儲能項目，以下為我司成功投運(yùn)的部分典型項目案例。這里由于時間關(guān)系就不一一介紹了。
最后如果大家感興趣的話，歡迎大家接下來一起交流分享，謝謝。
