「储能在碳中和方面的规模法则」国家可再生能源规模化储能并网工程实验室科陆储能技术研究院首席科学家：阮海明科陆储能储能的碳成本评估TheLifeCycleEnergyConsumptionandGHGfromESS1不同时间尺度电能时移碳中和效益ReduceCO2footprintindifferenttimescaleofelectricalpower2电能时移在电力各环节的减碳分析OptimizeLowCarbonEconomyintimeshiftingofESS3电储能与新能源融合的规模法则ScalinglawofhowESSbalancingrenewables4科陆储能科陆储能科陆储能大学研究政府机构工业协会02004006008001000120010478959354164233252102710749016855011157039293614106084173358031251351817科陆储能原材料开采Mining电池生产Technology系统应用Technology科陆储能回收recycle生产制造建设施工运营与维护拆除处置90%完整生命周期5个阶段：LCA是对一个产品系统的生命周期中输入、输出及其潜在环境影响的汇编和评价运输科陆储能15(kgCO2-eq/kWh)70~110(kgCO2-eq/kWh)约占据50%60~70(kgCO2-eq/kWh)原材料开采Mining电池级材料生产Compound原材料提纯加工（工业级）Refining电芯生产Cellproduction电池模组生产Modelspack储能安装应用ESSinstall循环效率Roundtripefficiency系统梯次拆除ESSechelon&recycle材料分离Materialseparation科陆储能评估的生命周期部件名称原始材料采矿提炼（kgCO2-eq）电池级材料生产（包括采矿提炼，kgCO2-eq）电池生产和组装（kgCO2-eq）电池回收（kgCO2-eq）阳极（Anode）2-117-25阴极（Cathode）7-1813-20电解液（Electrolyte）4004-13隔膜（Separator）<0,5~1电池壳<0,1~1电池模组壳4-1310-25冷却系统0~32-6电池管理系统<14-30合计18~5048-12120-11015最可能值60-7070-11015总计130-195科陆储能循环效率Roundtripefficiency𝜑=𝛾𝐺×𝑘×𝜌𝐺en(1𝜂𝑇𝐷×𝜂𝑊-1)γE电池的碳强度生产单位电量电池所排放的CO2量(kg/kWh)170N电池等效循环次数电池在全寿命周期内的等效放电量/电池标称容量6000ηΤ/D输配网效率电力输配网络的效率91%~97%ηW循环效率包括将电池能量转化为电力及将电力转化为最终用能这两个过程80%~90%ρGen区域火电发电量占比火电发电量占总发电量比列90%γG火电的碳强度生产单位千瓦时电力CO2排放(CO2-eq/kWh)756k上游排放因子计算煤炭开采、炼化、运输到火电厂这一过程中所产生的排放量1.11科陆储能度电储能的碳排放：𝜳=𝛾𝐸/𝑁+𝜑ESS放出1度电效率损耗的碳排放：科陆储能大学研究政府机构工业协会02004006008001000120010478959354164233252102710749016855011157039293614106084173358031251351817科陆储能稳态机电暂态（electromechanical）电磁暂态（electromagnetic）科陆储能稳态机电暂态（electromechanical）电磁暂态（electromagnetic）𝟏𝟎−𝟕𝟏𝟎−5𝟏𝟎−3𝟏𝟎−1𝟏𝟎1𝟏𝟎3𝟏𝟎5秒𝟏小时𝟏天𝟏μ𝒔𝟏𝒎𝒔𝟏𝒔𝟏𝟎𝟎𝒔𝟏MHz𝟏kHz𝟏𝑯𝒛𝟏𝒎𝑯𝒛20ms50kHz𝟏分钟科陆储能稳态机电暂态（electromechanical）电磁暂态（electromagnetic）𝟏𝟎−𝟕𝟏𝟎−5𝟏𝟎−3𝟏𝟎−1𝟏𝟎1𝟏𝟎3𝟏𝟎5秒𝟏小时𝟏天𝟏μ𝒔𝟏𝒎𝒔𝟏𝒔𝟏𝟎𝟎𝒔𝟏MHz𝟏kHz𝟏𝑯𝒛𝟏𝒎𝑯𝒛20ms50kHz𝟏分钟闪电、脉冲瞬变开关动作暂态振荡次同步谐振发电机控制（AGC）继电保护原动机控制仿真旋备,FACTS等黑启动科陆储能稳态机电暂态（electromechanical）电磁暂态（electromagnetic）𝟏𝟎−𝟕𝟏𝟎−5𝟏𝟎−3𝟏𝟎−1𝟏𝟎1𝟏𝟎3𝟏𝟎5秒𝟏小时𝟏天𝟏μ𝒔𝟏𝒎𝒔𝟏𝒔𝟏𝟎𝟎𝒔𝟏MHz𝟏kHz𝟏𝑯𝒛𝟏𝒎𝑯𝒛20ms50kHz𝟏分钟闪电、脉冲瞬变开关动作暂态振荡次同步谐振发电机控制（AGC）继电保护原动机控制仿真旋备,FACTS等黑启动一次调频二次调频三次调频稳控动作需求响应削峰填谷旋转备用输配电容量缓解传统能源结构电源点具备天然的电磁暂态和机电暂态稳定属性，涵盖微秒级到分钟级的频率稳定特征，但用电结构的变化导致峰谷差率达到40%以上，还在继续增长缺失机电暂态区间的稳定性，需要将时间尺度控制缩小到毫秒甚至微秒级别，可以优选储能解决。电源点的不稳定性、随机性、峰谷差率进一步加大，需要平抑高比列可再生能源、高比列电力电子设备、低旋备能源结构（两高一低）科陆储能科陆储能稳态机电暂态（electromechanical）电磁暂态（electromagnetic）𝟏𝟎−𝟕𝟏𝟎−5𝟏𝟎−3𝟏𝟎−1𝟏𝟎1𝟏𝟎3𝟏𝟎5秒𝟏小时𝟏天𝟏μ𝒔𝟏𝒎𝒔𝟏𝒔𝟏𝟎𝟎𝒔𝟏MHz𝟏kHz𝟏𝑯𝒛𝟏𝒎𝑯𝒛20ms50kHz𝟏分钟闪电、脉冲瞬变开关动作暂态振荡次同步谐振发电机控制（AGC）继电保护原动机控制仿真旋备,FACTS等黑启动一次调频二次调频三次调频稳控动作需求响应削峰填谷旋转备用输配电容量缓解科陆储能按照GB/T38969-2020《电力系统技术导则》规定系统备用容量为最大负荷的2%-5%，事故备用容量为最大负荷的10%，不小于系统中一台最大机组或馈入最大容量直流的单级容量。风电、太阳能等新能源装机较多的地区，需结合风光发电出力特性和参与平衡的比例，额外设置一定的负荷备用容量。到2030年，我国风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上2030年-2060年，我国风光新能源装机规模要达到40%-70%旋转备用机组最小负荷应以满足电网控制区内旋转惯量的最低要求按照24小时风电功率预测准确率80%，旋转备用容量应控制在风电最大出力的20%为宜根据30·60目标的推算旋转备用Spinningreserve热备用Hotstandbyrev.冷备用Coldstandbyrev年、季、月备用全时域备用体系电力备用市场全时域备用体系的建立将电网可靠性提升到新的高度分钟瞬时旋备Instandreserve毫秒~秒小时数小时、天数天、数月科陆储能10%30%~46%能源消费结构引起的峰谷差10%~50%消除风电、光伏额外的随机性、波动性、峰谷差12%~15%补偿风电、光伏缺失的旋备惯量2025年风-光总装机：11亿瓩电源总装机：29.5亿瓩煤电装机：10.8亿瓩调节资源类型燃气单循环尖峰机组低参数燃煤机组和燃气蒸汽联合循环机组需求侧虚拟电厂抽水蓄能电化学储能最大负荷的2%-5%最大负荷的10%年度、季度、月度备用机组风·-光最大负荷科陆储能电源总装机电网负荷风·-光最大负荷100GW+200GW+1000GW+300GW=1.5TW10%30%~46%能源消费结构引起的峰谷差10%~50%消除风电、光伏额外的随机性、波动性、峰谷差12%~15%补偿风电、光伏缺失的旋备惯量2030年风-光总装机：18亿瓩电源总装机：38亿瓩煤电装机：10.5亿瓩最大负荷的2%-5%最大负荷的10%年度、季度、月度备用机组风·-光最大负荷科陆储能电源总装机电网负荷风·-光最大负荷调节资源类型燃气单循环尖峰机组低参数燃煤机组和燃气蒸汽联合循环机组需求侧虚拟电厂抽水蓄能电化学储能200GW+500GW+1000GW+400GW=2.1TW10%30%~46%能源消费结构引起的峰谷差10%~50%消除风电、光伏额外的随机性、波动性、峰谷差12%~15%补偿风电、光伏缺失的旋备惯量2060年风-光总装机：63亿瓩电源总装机：80亿瓩煤电装机：0瓩最大负荷的2%-5%最大负荷的10%年度、季度、月度备用机组风·-光最大负荷科陆储能电源总装机电网负荷风·-光最大负荷调节资源类型燃气单循环尖峰机组低参数燃煤机组和燃气蒸汽联合循环机组需求侧虚拟电厂抽水蓄能电化学储能600GW+1500GW+1000GW+800GW=3.9TW?科陆储能VS电化学储能BESS抽水蓄能Pumpedstorage碳排放及效率建设及度电成本建设周期寿命碳排放及效率建设及度电成本建设周期寿命5600元/kW0.35元/kWh5516元/kW0.3元/kWh29gCO2-eq/Wh85%~92%130gCO2-eq/Wh28gCO2-eq/Wh65~75%308gCO2-eq/Wh~0.5年>20年（电池回收循环）>6年>20年科陆储能4小时调节需求VS电化学储能BESS燃煤火电Coal碳排放成本驱动可再生的配备比例经济成本碳排放成本驱动可再生的配备比例经济成本稳定性方面——1:5错峰时移动方面：0.3~0.4元/kWh稳定性方面——5:1错峰时移动方面：0.3~0.4元/kWh装机碳成本：29g循环效率碳成本：130gCO2-eq/kWh765.04gCO2/kWh2000-6000元/kW科陆储能N1400元/kWhN为持续放电小时数稳态（staticstable）机电暂态（electromechanical）电磁暂态（electromagnetic）𝟏𝟎−𝟕𝟏𝟎−5𝟏𝟎−3𝟏𝟎−1𝟏𝟎1𝟏𝟎3𝟏𝟎5秒𝟏小时𝟏天𝟏μ𝒔𝟏𝒎𝒔𝟏𝒔𝟏𝟎𝟎𝒔𝟏MHz𝟏kHz𝟏𝑯𝒛𝟏𝒎𝑯𝒛20ms50kHz𝟏分钟需求侧响应可靠性服务和弹性用户（ReliabilityandResilience）电能质量服务（Powerquality）分布式线损减少二次调频（AGC）一次调频(PrimaryFreq.resp)快速频率响应急速爬升(Rampingres.)尖峰平谷套利分布式电压支持分布式配电升级延时输电拥挤缓解输电升级延时黑启动电压支持替代非旋备服务偶发性旋转备用(Contingencyspinning)惯性响应(Inertialresponse)固定容量（Firmcapacity）电力现货（Energy）终端用户配电服务输电服务电力辅助服务电量和容量科陆储能科陆储能排名前六位的排放国的绝对温室气体排放量（不包括土地利用变化排放量）科陆储能科陆储能不规则AGC指令具有统计意义下的自相似性时间尺度是秒级到分钟级不光滑性和复杂性往往是随机的调节里程和发电量有一定的关系与海岛周长和面积的关系相似风电光伏越多的时候，复杂性越大、方波变化越频繁。科陆储能风电光伏的“聚集”原理上图：光伏场站叠加数目每升高一个数量级，复杂性和随机将明显减少下图：风机数量每上升一个数量级，时间光滑性尺度将显著增大。科陆储能规模法则的标度率Y=cX𝑘Y正比于X的k次方k=1，线性关系k>1，超线性（supperlinear）k<1，亚线性（sublinear）人的力量∝体重2/3人的基础代谢∝体重3/4船的载货量∝船的动力2/3基础设施∝人口0.85城市产出∝人口1.15城市的面积∝人口总数2/3标度率的主要成果：科陆储能风电光伏可再生能源的波动的分形维度d（d=1.02~1.5）（可再生能源的调节里程）∝（可再生系统发电量）1/d（储能系统的功率需求）∝（可再生能源的调节里程）（储能系统的能量需求）∝（可再生能源波动的时间尺度）+（需求侧响应的时间尺度）（储能系统的循环寿命需求）∝（调节频度）（可再生系统发电量）∝（可再生系统装机容量）1/d……………调节里程电网效率城市规模碳限制因子城市化率因子系统寿命人口因子容量因子规模因子气候因子地理因子需求侧特征因子波动性因子能源结构材料资源限制电网结构科陆储能智慧储能时代储能智能运维、营运储能EPC交钥匙工程储能集成交付储能核心设备生产储能电站拆除回收储能项目可研设计科陆储能11年储能行业历练24年电力系统优质供应商1GWh累计储能交付200GWh累计电量时移44中国北京国际会议中心感谢莅临THANKYOUFORWATCHING储能——奠定了国家“30.60”碳达峰、碳中和、脱离化石能源的基础，来到了历史舞台….