“磷酸鐵鋰電池+超級(jí)電容器”新型混合儲(chǔ)能技術(shù)調(diào)頻項(xiàng)目運(yùn)行7個(gè)月以來，廣東珠海金灣發(fā)電有限公司（以下簡稱“金灣發(fā)電公司”AGC調(diào)頻累計(jì)收益3069萬元，而此前，該公司的AGC調(diào)頻收益不足10萬元/月。

作為南方區(qū)域首個(gè)將“磷酸鐵鋰電池”與“超級(jí)電容器”混合儲(chǔ)能的項(xiàng)目，其投運(yùn)既促進(jìn)發(fā)電機(jī)機(jī)組節(jié)能降耗提質(zhì)增效，為電網(wǎng)新能源消納和安全穩(wěn)定運(yùn)行提供強(qiáng)有力技術(shù)支撐，又有效提升了區(qū)域電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)能力，為混合儲(chǔ)能和超級(jí)電容器技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入新動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)新質(zhì)生產(chǎn)力促進(jìn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。

率先探索“鋰電+超級(jí)電容器”混合儲(chǔ)能調(diào)頻應(yīng)用

“儲(chǔ)能項(xiàng)目投運(yùn)后，調(diào)頻性能指標(biāo)及調(diào)頻收益均大幅提升，按目前數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，預(yù)計(jì)2年內(nèi)可收回成本。”面對項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告，金灣發(fā)電公司首席總工程師劉志東懸著的心終于安定下來了。他介紹，當(dāng)時(shí)公司策劃實(shí)施儲(chǔ)能項(xiàng)目時(shí)，國資、外資兩方股東是存在分歧的，主要集中在對項(xiàng)目投資與收益的考量上。

隨著清潔能源迅猛發(fā)展，我國電源結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了重大變化，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前風(fēng)、光等清潔能源累計(jì)裝機(jī)占比超過20%，預(yù)計(jì)“十四五”將達(dá)到40%。而為了保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，電力系統(tǒng)需要更多的靈活調(diào)頻資源來提升自身調(diào)節(jié)能力。國家發(fā)展改革委、國家能源局明確要求現(xiàn)有火電機(jī)組調(diào)節(jié)性能改造，提高電力系統(tǒng)靈活性和調(diào)節(jié)能力，鼓勵(lì)電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)儲(chǔ)能應(yīng)用，鼓勵(lì)多元化的社會(huì)資源投資儲(chǔ)能建設(shè)。

“作為傳統(tǒng)的火力發(fā)電廠，金灣發(fā)電公司早在2019年就有上馬儲(chǔ)能項(xiàng)目的意向，一直在探索具體的實(shí)施路徑。”金灣發(fā)電公司負(fù)責(zé)人表示。

“要保證投資收益就要技術(shù)上領(lǐng)先，技術(shù)上要領(lǐng)先就必須創(chuàng)新、有突破。”劉志東以創(chuàng)新技術(shù)立論，讓公司下定了決心，他帶領(lǐng)項(xiàng)目組排除干擾，專心致志研究技術(shù)創(chuàng)新方案。

項(xiàng)目組在探求創(chuàng)新突破過程中，了解到南方電網(wǎng)電力科技股份有限公司（以下簡稱“南網(wǎng)科技”）曾承擔(dān)國家“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的超級(jí)電容研究項(xiàng)目，經(jīng)過兩個(gè)企業(yè)的研究團(tuán)隊(duì)頭腦風(fēng)暴，迸發(fā)了“磷酸鐵鋰電池”加“超級(jí)電容器”混合儲(chǔ)能的創(chuàng)新念頭，隨后開始深入論證。

經(jīng)過反復(fù)論證，超級(jí)電容器較傳統(tǒng)火儲(chǔ)調(diào)頻用的磷酸鐵鋰電池，有著突出優(yōu)點(diǎn)：功率密度高、充放電速度快、使用壽命長、高低溫性能優(yōu)越、安全、環(huán)保等特性，與儲(chǔ)能輔助調(diào)頻工況十分契合，“磷酸鐵鋰電池+超級(jí)電容器”混合儲(chǔ)能的創(chuàng)新技術(shù)路線由此誕生。在2021年項(xiàng)目開展該項(xiàng)目可行性研究時(shí)，全國尚未有“鋰電+超級(jí)電容器”混合儲(chǔ)能輔助調(diào)頻的應(yīng)用先例。

儲(chǔ)能調(diào)頻項(xiàng)目遠(yuǎn)景圖

節(jié)能降耗促進(jìn)新能源 助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)

2023年4月10日，“磷酸鐵鋰電池+超級(jí)電容器”混合儲(chǔ)能調(diào)頻項(xiàng)目在金灣發(fā)電公司開工建設(shè)，由金灣發(fā)電公司與南網(wǎng)科技合作完成，投資約7380萬元。歷時(shí)7個(gè)月的建設(shè)、調(diào)試和試運(yùn)，于2023年11月1日正式投入商業(yè)運(yùn)行。

金灣發(fā)電公司A級(jí)點(diǎn)檢工程師、電氣主任技師林鎮(zhèn)鈺介紹，項(xiàng)目充分利用超級(jí)電容充放電快、循環(huán)壽命長的特點(diǎn)，將其引入到需要頻繁快速充放電的電網(wǎng)調(diào)頻領(lǐng)域，開拓了超級(jí)電容一個(gè)全新的應(yīng)用領(lǐng)域；同時(shí)通過與磷酸鐵鋰電池的耦合，成功回避了當(dāng)前超級(jí)電容單位成本較高的弱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了綜合最優(yōu)。

與同類型電廠磷酸鐵鋰電池調(diào)頻項(xiàng)目對比：常規(guī)磷酸鐵鋰電池調(diào)頻的綜合K值一般為1.0～1.3，平均月度調(diào)頻收益為250萬元左右，“磷酸鐵鋰+超級(jí)電容”調(diào)頻綜合K值可達(dá)1.3～1.6，平均月度收益可達(dá)500萬元以上。

截至2024年4月30日，項(xiàng)目運(yùn)行情況良好。儲(chǔ)能項(xiàng)目投運(yùn)后超級(jí)電容器等效循環(huán)次數(shù)約7200次，磷酸鐵鋰電池等效循環(huán)次數(shù)約1200次，平均綜合調(diào)頻性能指標(biāo)K值為1.381，日最高K值為1.92，月平均調(diào)頻里程為331GW（吉瓦）。項(xiàng)目累計(jì)收益3069萬元，月最高585萬，月最低收益280萬，月均收益438萬元。

與此同時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)異的調(diào)頻性能，幫助燃煤機(jī)組更好地參與 AGC 調(diào)頻市場，減少了發(fā)電機(jī)組煤耗和快速動(dòng)作引起的部件老化，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組節(jié)能降耗提質(zhì)增效。

“項(xiàng)目一方面通過減少煤耗，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排，另一方面也有效緩解了大量新能源接入電網(wǎng)帶來的頻率波動(dòng)影響，從而促進(jìn)新能源的發(fā)展，兩方面都積極推動(dòng)我國‘雙碳’目標(biāo)實(shí)現(xiàn) 。”珠海市生態(tài)環(huán)境局相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，為助力項(xiàng)目早日投產(chǎn)，2023年以來，珠海市生態(tài)環(huán)境局金灣分局結(jié)合日常檢查工作，到金灣發(fā)電公司幫扶指導(dǎo)企業(yè)10余次，積極為企業(yè)提供從項(xiàng)目落地、動(dòng)工、投產(chǎn)到達(dá)產(chǎn)的“全鏈條”“全生命周期”環(huán)保服務(wù)，及時(shí)協(xié)調(diào)解決制約企業(yè)和項(xiàng)目建設(shè)運(yùn)營中的突出環(huán)保問題，助力企業(yè)健康發(fā)展。

拓寬應(yīng)用場景 帶動(dòng)超級(jí)電容器產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)量發(fā)展

“超級(jí)電容器作為電化學(xué)儲(chǔ)能器件，較磷酸鐵鋰電池等其他能量型電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)有著非常明顯的優(yōu)勢，此前主要在風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)后備電源、軌道交通等場景開展應(yīng)用，單個(gè)項(xiàng)目應(yīng)用規(guī)模小，最高也就幾百千瓦，此次應(yīng)用于電力儲(chǔ)能是一次新的探索創(chuàng)新。”南網(wǎng)科技該項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人、南方電網(wǎng)三級(jí)領(lǐng)軍技術(shù)專家王超表示，隨著未來新能源占比和終端電能比例的提升，源荷雙端不平衡將會(huì)加大電網(wǎng)對于靈活性調(diào)頻資源的需求，這也為超級(jí)電容開拓了一個(gè)更廣闊的應(yīng)用市場，將會(huì)加快超級(jí)電容的技術(shù)迭代升級(jí)和規(guī)模提升，從而實(shí)現(xiàn)降本增效，給超級(jí)電容行業(yè)帶來新質(zhì)動(dòng)能。

項(xiàng)目作為國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“高功率低成本規(guī)模超級(jí)電容器的基礎(chǔ)科學(xué)與前瞻技術(shù)研究”成果落地示范的驗(yàn)證基地，創(chuàng)新地采用了“超級(jí)電容器+”混合儲(chǔ)能技術(shù)，實(shí)施過程中攻克了兆瓦級(jí)超容系統(tǒng)集成、“磷酸鐵鋰電池+超級(jí)電容器+機(jī)組”協(xié)同控制、現(xiàn)場并網(wǎng)試驗(yàn)等技術(shù)難題，形成了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“超級(jí)電容+”混合儲(chǔ)能解決方案，推動(dòng)超級(jí)電容產(chǎn)品和關(guān)鍵材料的全面國產(chǎn)化和“超級(jí)電容器+”混合儲(chǔ)能協(xié)同控制技術(shù)推廣，為混合儲(chǔ)能和超級(jí)電容器技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入新動(dòng)力，從而帶動(dòng)超級(jí)電容器產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)量發(fā)展。

該項(xiàng)目完成儲(chǔ)能領(lǐng)域發(fā)明專利底稿7項(xiàng)，實(shí)用新型專利底稿7項(xiàng)，計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)7項(xiàng)，參與制訂行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《DL/T 2581-2022參與輔助調(diào)頻的電源側(cè)電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)試導(dǎo)則》，發(fā)表/錄用論文5篇，其中SCI論文1篇。

“我們有益的探索也為其他電廠儲(chǔ)能建設(shè)提供了經(jīng)驗(yàn)， 新建‘火-儲(chǔ)聯(lián)調(diào)’項(xiàng)目可以借鑒本技術(shù)路線，實(shí)現(xiàn)更快速高效的電網(wǎng)調(diào)頻，延長磷酸鋰電的壽命，加快投資回報(bào)。對于目前在運(yùn)的常規(guī)磷酸鐵鋰電池調(diào)頻項(xiàng)目，在3～5年后鋰電池更換時(shí)，可以采用‘磷酸鐵鋰電池+超級(jí)電容’的技術(shù)路線進(jìn)行改造，以提升性能和收益。”劉志東表示，通過此類大規(guī)模的應(yīng)用，將會(huì)加快推動(dòng)超級(jí)電容的技術(shù)發(fā)展，進(jìn)一步拓寬超級(jí)電容的應(yīng)用領(lǐng)域。