混合储能：取长补短，实现储能技术的“1+1>2”

储能可以削减大规模可再生能源并网带来的冲击，通过能量的吸收和释放调节系统输出，使其维持在相对稳定的范围内，提高系统一次、二次调频能力，从而增强电力供应的稳定性。

目前常见的储能技术包括容量型的抽水蓄能、锂离子电池储能、压缩空气储能、液流电池储能，功率型的飞轮储能、超级电容储能等，各储能技术特点、适应场景不同。随着系统需求的不断细化，单一类型的储能已难以同时满足建设周期、配置灵活性、安全性、响应速度、储能时长、使用寿命、经济效益等方面的要求。

混合储能系统采用两种或两种以上具有不同性能特点的储能技术组合，以提高储能系统整体性能，从而满足不同场景、用户的细化需求。例如，在目前常见的火储联合调频场景中，使用的基本都是锂离子电池储能。而在实际电厂调频工作中，5分钟以内的电池调用频次占比超过80%，这其中包括相当比例的大倍率充放电。锂离子电池要长期面临大倍率浅充放电，不仅容量得不到有效利用，频繁大倍率充放电还会降低电池的使用寿命。

在锂离子电池储能中引入功率型储能单元，如飞轮储能、超级电容储能等，有助于减少锂离子电池频繁大倍率充放电次数，提高电池使用寿命，降低热失控风险。

同时，由于超级电容分担大量高功率工作，锂离子电池的容量和功率配置均可有效降低，在提高利用效率的同时也减少了系统投入成本。对于功率型储能（无论是飞轮还是超级电容），与锂离子电池相匹配还能克服其能量度低和单位造价高的缺点。

除了火储联合调频，混合储能还可以配置于风、光电厂以提高可再生能源发电利用效率。以风电、光伏为代表的可再生能源发电具有强烈的波动性和间歇性。大规模开发利用可再生能源，将同时面临短时波动对用电质量的冲击和长时间尺度调峰问题，这就需要储能系统兼具大倍率、快速响应、大容量、高安全性等特性。

通过对混合储能系统进行设计，可以将不同储能技术的优势整合，实现性能的飞跃。混合储能系统中的功率单元可以快速响应实现短时波动平抑，容量单元可以实现长时间尺度调峰，从而同时提高可再生能源发电的可控性和利用效率。

由于混合储能系统具有巨大的应用潜力，我国已经逐渐开始进行混合储能的项目应用。

2020年7月，“1兆瓦飞轮+4兆瓦锂电池”混合储能调频项目在山西右玉县老千山风电场建成，成为首个利用飞轮+锂离子电池混合储能技术解决新能源一次调频的应用项目，也证明了混合储能用于平抑可再生能源发电波动的可行性。

2023年4月，山西省朔州市8兆瓦“飞轮+锂离子电池”火储联合调频项目投运。该项目由4台飞轮装置和10组锂电池储能组成，可以提供大容量、高频次的调频服务。

2023年4月，华能罗源发电厂完成“5兆瓦超级电容+15兆瓦锂离子电池”混合储能完成电网调度联合调试并正式投入商业运行。这是目前世界上最大的超级电容储能系统。系统参与调频时，以超级电容为主响应快速波动，锂电池为辅助作为补充容量支撑，有效提高了储能系统的综合性能。

若混合储能实现大规模应用，则可以有效提高可再生能源发电、输配电设备的利用效率。不过混合储能系统大规模应用依然任重道远，其难题包括部分储能技术成熟度不足、价格偏高，混合储能的配置和调用方式有待深入研究等。因此，实现混合储能系统的大规模应用可以从以下方面开展工作：

1.进一步发展各储能单元，单项储能技术越成熟，混合储能系统总体性能越高；

2.进一步确定系统需求，优化混合储能系统配置方式；

3.确立混合储能系统中不同储能单元的工作逻辑和调用优先级，实现1+1>2的效果；

4.明确储能在能源系统中的市场地位，明确储能系统工作目标和盈利机制。

随着技术的进步，各种储能技术已经达到或接近商业化水平，将具有不同特点的储能技术有机组合，有望提高储能系统整体性能和经济效益。相信这一思路将会在大规模开发可再生能源，建设安全、低碳、高效的新能能源结构中扮演重要角色。

作者为北京理工大学化学与化工学院特别副研究员，主要研究方向包括储能、氢能、新型化学电源等。曾为中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司博士后科研工作站博士后科研人员，获中国博士后科学基金第2批特别资助。