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未來電力系統中,各類儲能的發力重點應該放在哪?

關注:69 發表時間:2019-11-15 10:55:26 來源:國家電網報

近年來,隨著能源清潔低碳轉型的深入推進,各種新型能源形式不斷涌現。其中,儲能是提升傳統電力系統靈活性、經濟性和安全性的重要手段。

傳統的抽水蓄能和以電化學儲能為主的非抽蓄儲能,在電力系統中發揮著調峰、調頻、備用、黑啟動、需求響應支撐等多種作用。當前,儲能市場的發展現狀及前景如何?在不同的應用場景下,各類儲能未來又將怎樣實現更優發展?

多因素疊加驅動,儲能市場規模高速增長

近年來,我國儲能市場規模保持高速增長,2011~2018年年均增長率約為50%。

從裝機規模看,目前我國儲能仍以抽水蓄能為主。截至2018年年底,我國投運的儲能項目累計裝機約3120萬千瓦,其中,抽水蓄能裝機為2999萬千瓦,占儲能總裝機規模的96%;電化學儲能裝機約為103萬千瓦。

從地域分布看,抽水蓄能主要分布在華東地區、南方電網經營區內各省份和華北地區,分別占全國抽水蓄能總規模的34%、26%和18%;電化學儲能則主要集中于新能源富集地區和負荷中心地區。

從應用場景看,抽水蓄能主要在電網側承擔調頻、事故備用、黑啟動等任務;電化學儲能則在電源側、電網側和用戶側都有應用。

儲能的迅速發展主要受系統平衡需求、政策體系及儲能技術進步等因素驅動。

電力系統平衡特征發生新變化,靈活性資源需求為儲能發展提供了新契機。從電源側看,大規模新能源接入后,電力系統峰谷差的持續增大使系統平衡對靈活性資源的需求增加。從需求側看,夏季用電高峰期負荷需求持續增長,已有的靈活性資源已難以滿足電網靈活運行的潛在需求。這都需要儲能作為靈活性資源的有益補充,參與電力系統調控運行,支撐電力系統安全穩定運行。

產業政策環境的不斷優化為儲能發展提供了堅實基礎。自儲能被寫入國家“十二五”規劃綱要以來,國家相繼出臺政策、文件等,重點在能源發展規劃、電力輔助服務、價格機制設計等方面予以扶持,以促進儲能產業健康持續發展。

2017年,國家發展改革委等五部委聯合印發《關于促進儲能技術與產業發展的指導意見》。
 2018年發布的《國家發展改革委關于創新和完善促進綠色發展價格機制的意見》提出,利用峰谷電價差、輔助服務補償等市場化機制,促進儲能發展。 近期,國家四部委聯合印發的《貫徹落實〈關于促進儲能技術與產業發展的指導意見〉2019~2020年行動計劃》更是從裝備制造、示范應用、標準體系等維度細化了具體任務。

技術的不斷進步也使儲能規模化商用成為可能。動力電池制造業研發水平的提升及產能的擴大使儲能產業從中受益。同時,各方研究機構正致力于海水蓄能、新型液流電池、有機鈉離子電池等新型儲能技術的研發,以滿足不同應用場景的需求。

作為靈活調節資源,可促進提高新能源利用效率

作為電力系統的重要靈活調節資源,抽水蓄能和非抽蓄儲能技術的不同特點決定了各自在電力系統中不同的發展定位。

抽水蓄能的技術經濟性相對成熟。綜合各權威研究機構的預測來看,盡管非抽蓄儲能的技術逐步成熟、成本穩步下降,但預計到2035年,其單位造價、壽命和安全性等指標仍弱于抽水蓄能。因此,從經濟性判斷,建設大容量系統級儲能時,仍應優先發展抽水蓄能。

對于以電化學儲能為代表的非抽蓄儲能而言,目前其發展由市場驅動,更適合分散式、小規模應用。未來,隨技術經濟性更加成熟和新能源更大規模并網,也可視需要推動大容量系統級電化學儲能建設。

在傳統的電力系統規劃中,人們主要重視電力電量平衡,對系統靈活調節能力的關注較少。在新能源大規模發展的趨勢下,靈活調節能力的提升將成為電力規劃和運行的重要內容。

從當前實踐來看,儲能的運行方式以配合負荷或配合新能源運行為主。為充分發揮靈活調節作用,儲能將由單純跟隨負荷或新能源運行向跟隨凈負荷曲線波動轉變——儲能在系統凈負荷高峰時段放電,低谷時刻充電;充電電量大部分來自新能源和水電,個別時段來自火電(如為應對即將到來的負荷高峰提前儲備電量)。

據相關研究計算,至2035年,儲能可增加新能源消納電量2100億千瓦時。同時,儲能可降低火電裝機容量需求、提高火電利用效率。在消納同等規模新能源的條件下,如果儲能規模減少3000萬千瓦,則火電裝機需相應提高6000萬千瓦,利用小時數降低200~300小時。由此可見,在電力系統中裝備儲能,可以有效提高新能源利用效率,促進新能源對火電的清潔替代。

聚焦關鍵問題,在不同場景實現更好應用

在電源側、電網側、用戶側各應用環節中,儲能發揮的功能及其對電力系統的影響各不相同。在不同場景中,儲能的發力重點應放在哪些方面?

電源側儲能主要通過與火電或新能源發電等機組出力互補,使這些電源呈現更加穩定可控的特性,從而提高電力系統的安全穩定性。從市場規模看,聯合火電調頻的市場空間有限,未來電源側儲能市場空間主要集中在配合新能源消納部分。由于光伏發電晝夜特性明顯,相較季節性特性更為突出的風電而言,光伏發電配置儲能設施的經濟性更佳。因此,“光伏+儲能”更具備發展潛力。

為促進新能源和儲能協調發展,調度機構可加強對新能源電站出力外特性的考核;電網企業、政府可為加裝儲能的新能源電站爭取傾斜政策,引導電源側儲能向新能源富集地區布局。與此同時,推動建立輔助服務市場和補償機制,鼓勵電源側儲能通過市場化手段回收投資。

電網側儲能相比其他應用領域,技術標準要求更嚴,研發、建設、集成、并網和運行投入門檻高,其集中調控模式更利于發揮源網荷儲的協調作用和對大電網的緊急支撐作用。

為有效發揮電網側儲能對電力系統安全運行的支撐作用、實現源網荷儲協調發展,在規劃方面,需要加強儲能與源網荷協調規劃研究,根據不同地區對靈活調節資源的需求、發展定位和特點,明確儲能發展規模和布局;在技術創新方面,應精準定位電力系統需求,引導儲能廠家的技術研發朝著適合電力系統應用方向轉型升級;投資方面,探索多種渠道投融資方式,通過積極引入社會資本實現抽水蓄能和非抽蓄儲能的協調發展;在成本疏導方面,統籌結合儲能的公共產品屬性和電力市場建設的推進程度,完善市場化成本疏導機制,實現儲能資源的優化配置。

用戶側儲能直接面對終端用戶,具有規模小、數量大、接入靈活、布局分散等特點,利用峰谷價差等方式盈利的模式較為清晰。然而,由于峰谷電價受政策影響較大,該模式盈利的不確定性較強。結合用戶側儲能自身特點和商業模式來看,當前,建議通過價格信號引導用戶側儲能高效參與系統調節。用戶側儲能的“互聯網+”特征和共享潛力強,可考慮積極探索綜合能源服務、綠電交易、需求響應、能源托管、融資租賃等新型商業模式,充分挖掘用戶數據資源價值,開發儲能、能源大數據和金融服務等新型能源服務業務及綜合解決方案。

隨著滿足電力系統應用需求的儲能技術研發的推進,以及市場機制的逐步完善,儲能對系統安全高質量運行的價值將被充分激發。未來,伴隨新能源的大規模發展、儲能的技術突破和成本快速下降,儲能對電力系統安全高效運行、能源互聯網創新業態發展將發揮越來越重要的作用。

(作者:徐志成、王芃、元博、楊捷,作者單位:國網能源研究院)


 

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