引言:隨著可再生能源規(guī)模逐漸增大,可再生能源正逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)化石能源成為我國主體能源之一,為了推動可再生能源高質(zhì)量發(fā)展,緩解“棄風(fēng)”、“棄光”現(xiàn)象,因此,迫切需要加快儲能設(shè)施建設(shè)。2021年7月15日,國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》,指出到2025年,實(shí)現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)模化發(fā)展轉(zhuǎn)變,裝機(jī)規(guī)模達(dá)3000萬千瓦以上。進(jìn)一步明確了儲能是實(shí)現(xiàn)我國“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)、保障我國能源安全的重要裝備基礎(chǔ)和關(guān)鍵支撐技術(shù)。
一、儲能市場發(fā)展?jié)摿捎^
目前,國際公認(rèn)全球80%以上的二氧化碳等溫室氣體排放來自于化石能源的使用,我國作為全球二氧化碳排放總量最高的國家,電力行業(yè)排放占比高達(dá)41%,在國家經(jīng)濟(jì)態(tài)勢快速發(fā)展的情況下,碳排放壓力日益增大,因此擺脫對化石能源的依賴,大力發(fā)展新能源,推動能源清潔低碳高效利用對于我國碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。2022年,我國風(fēng)電、光伏發(fā)電新增裝機(jī)連續(xù)第三年突破1億千瓦,達(dá)到1.25億千瓦,占可再生能源新增裝機(jī)的82.2%,再創(chuàng)歷史新高,已成為我國電力新增裝機(jī)的主體。全年風(fēng)電、光伏發(fā)電量首次突破1萬億千瓦時,達(dá)到1.19萬億千瓦時,同比增長21%。
中國新增風(fēng)光發(fā)電裝機(jī)容量圖
(數(shù)據(jù)來源:國家能源局、中電聯(lián),iFinD)
但風(fēng)電、光伏發(fā)電高度依賴于天氣狀況,具有不穩(wěn)定、波動性大等特點(diǎn),無法匹配用戶側(cè)需求變化,使得電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷峰谷差現(xiàn)象日趨嚴(yán)重,源隨荷動的平衡模式難以為繼,電網(wǎng)系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)能力亟待提升。因此,通過儲能系統(tǒng)與風(fēng)電、光伏等間歇性可再生能源相結(jié)合的應(yīng)用形式,依靠源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)互動,提高清潔能源的利用效率、充分發(fā)揮負(fù)荷側(cè)調(diào)節(jié)能力,打破能源領(lǐng)域低碳清潔、供給充足、成本低廉不可兼得的僵局,已成為新能源領(lǐng)域重要發(fā)展方向。
根據(jù)國家能源局預(yù)測,2025年新型儲能裝機(jī)規(guī)模將超過3000萬千瓦,年均增速達(dá)50%以上。新型儲能將在推動能源領(lǐng)域碳達(dá)峰碳中和過程中發(fā)揮顯著作用。
二、儲能技術(shù)日益成熟
根據(jù)能量存儲的方式,儲能技術(shù)一般可分為機(jī)械儲能、電磁儲能和電化學(xué)儲能三類,其中機(jī)械儲能主要包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等,電化學(xué)儲能主要包括鉛酸電池儲能、鋰離子電池儲能、鈉硫電池儲能、液流電池儲能等,電磁儲能主要包括超級電容器儲能、超導(dǎo)儲能等。各類儲能方式均具有獨(dú)特屬性,儲能原理也有較大差異。
儲能方式分類圖
抽水蓄能是目前最成熟的儲能技術(shù),其利用水資源高低勢能差以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)節(jié),最常見到的應(yīng)用方式是高壩水電站,儲能容量可達(dá)幾千兆瓦特以上,但其受地域情況限制較大。
壓縮空氣儲能是一種基于汽輪機(jī)技術(shù)的能量存儲系統(tǒng),通過將空氣先壓縮,再膨脹做功發(fā)電,在容量、放電時間、功率等級、成本等方面都與抽水蓄能技術(shù)相近,在要求大規(guī)模儲能而抽水蓄能又受地域情況限制的情況下,壓縮空氣儲能將有廣闊的應(yīng)用前景。
飛輪儲能系統(tǒng)利用電動機(jī)帶動飛輪高速旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)電能的存儲和釋放,其能量轉(zhuǎn)化率高,功率密度大,充放電速率高,可以達(dá)到毫秒級響應(yīng),主要應(yīng)用于不間斷電源、制動動能回收、電磁彈射、微電網(wǎng)調(diào)頻等多個領(lǐng)域。
超級電容器通過極化電解質(zhì)儲能,是一種具有大容量儲能能力和快速響應(yīng)能力的電容器,具有高功率、長循環(huán)壽命等優(yōu)勢,目前被廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、電網(wǎng)設(shè)備和工業(yè)等領(lǐng)域。
超導(dǎo)儲能系統(tǒng)是電力電子技術(shù)和超導(dǎo)技術(shù)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物,利用超導(dǎo)磁體環(huán)流在零電阻下無能耗運(yùn)行持久地儲存電磁能,需要時再將電能輸出給負(fù)載,且能夠在短路情況下運(yùn)行,是靈活交流輸電的理想元件之一,對改善現(xiàn)代電網(wǎng)的品質(zhì)意義重大。
電化學(xué)儲能通過鋰離子電池、鈉流電池等不同類型電池完成能量的儲存、釋放和管理過程,其中鋰離子電池占主導(dǎo)地位,約為全球電化學(xué)儲能裝機(jī)規(guī)模的92%,是目前應(yīng)用最廣泛、最重要的電化學(xué)儲能技術(shù)。
三、儲能優(yōu)勢日益凸顯
隨著風(fēng)電、光伏發(fā)電容量在電力系統(tǒng)中所占比例的持續(xù)增加,大規(guī)模隨機(jī)性和難預(yù)測性電力的集中接入使得電網(wǎng)在功率平衡和穩(wěn)定控制等方面的問題日益復(fù)雜,電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行面臨極大的挑戰(zhàn)。而具有快速響應(yīng)能力的儲能技術(shù)的接入能夠有效實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)在各種工況下功率和能量的平衡,從而保障電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,提高風(fēng)電、光伏發(fā)電等的利用效率。
以抽水蓄能為例,其蓄能電站主要由處于高海拔位置的上水庫、低海拔位置的下水庫、輸水系統(tǒng)、發(fā)電裝置和開關(guān)站等部分組成。抽水蓄能電站能夠使電能在時間和空間上得到合理的分配和利用,從而實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)達(dá)安全運(yùn)行,提高電能利用效率的目的,主要表現(xiàn)在以下幾個方面:
消峰填谷:在用電低谷時,利用電能抽水至上水庫,將電能以水的重力勢能形式進(jìn)行存儲,在用電高峰時再放水至下水庫,通過發(fā)電機(jī)將水的重力勢能轉(zhuǎn)換為電能。一抽一放將電網(wǎng)負(fù)荷低時的多余電能,轉(zhuǎn)變?yōu)殡娋W(wǎng)高峰時期的高價值電能,節(jié)約能源,同時實(shí)現(xiàn)峰谷套利。
調(diào)頻功能:抽水蓄能電站機(jī)組能夠?qū)崿F(xiàn)在兩分鐘之內(nèi)從啟動達(dá)到額定功率運(yùn)行,維持電流頻率的穩(wěn)定,并且具有較強(qiáng)可控性。
調(diào)相功能:抽水蓄能電站通過進(jìn)相和遲相兩種運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)相,因?yàn)槠溥x址比一般水電站更接近負(fù)荷,因此具有較好調(diào)相功能。
事故備用功能:抽水蓄能電站一般具有較大容量的水庫庫容,在電網(wǎng)發(fā)生故障時,能夠快速響應(yīng),保證重要用電戶的供電可靠性。
黑啟動功能:當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生大規(guī)模停電事故時,抽水蓄能電站可以在短時間內(nèi)起動,從而快速解決電力系統(tǒng)故障。
四、儲能盈利模式日益清晰
國外儲能市場起步較早,已形成完善的盈利模式。以抽水蓄能電站為例,其盈利模式包括垂直一體化內(nèi)部結(jié)算模式,即電站由一體化的電力公司所有并統(tǒng)一運(yùn)營;獨(dú)立參與市場模式,即在建立了競爭性批發(fā)電力市場的地區(qū)(如英國),抽水蓄能電站產(chǎn)權(quán)獨(dú)立于電網(wǎng),其發(fā)電、配電、售電參與市場化競爭,通過峰谷套利方式實(shí)現(xiàn)的收入約占三至四成,參與輔助服務(wù)獲得的收入約占六至七成;租賃模式,即抽水蓄能電站所有權(quán)亦獨(dú)立于電網(wǎng),抽水蓄能電站產(chǎn)權(quán)的擁有企業(yè)將電站租賃給電網(wǎng)運(yùn)營管理,其盈利來源為電站運(yùn)營權(quán)的讓渡價值。
目前我國的儲能應(yīng)用于電力系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié),從電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)來看,其盈利模式各有不同:
從電源側(cè)來看,是指儲能裝置接入在電源廠站內(nèi)部或匯集站側(cè)的新型儲能系統(tǒng),其主要功能為聯(lián)合可再生能源發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行、聯(lián)合火電機(jī)組調(diào)峰調(diào)頻、獨(dú)立調(diào)峰調(diào)頻等。配置在新能源電站的儲能系統(tǒng),平滑新能源出力,同時實(shí)現(xiàn)暫態(tài)有功出力響應(yīng)、暫態(tài)電壓緊急支撐等,因此,其收益主要來源于參與調(diào)峰和棄電存儲。配置在火電廠的儲能系統(tǒng),通過將火電機(jī)組和儲能設(shè)施進(jìn)行聯(lián)合調(diào)頻,從而提升火電機(jī)組的調(diào)頻性能指標(biāo),收益主要來源于參與調(diào)頻輔助服務(wù)交易獲取的補(bǔ)償性收益。目前國內(nèi)調(diào)頻輔助服務(wù)市場或調(diào)頻需求較大的省份主要為廣東、山西、甘肅。
從電網(wǎng)側(cè)來看,是指建設(shè)在專用站址或已建變電站內(nèi)的直接接入公用電網(wǎng)的儲能系統(tǒng),其功能主要表現(xiàn)為延緩電網(wǎng)投資、參與電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻、承擔(dān)事故備用、改善電能質(zhì)量等。但目前還未形成成熟的盈利模式,其投資主體主要為電網(wǎng)公司的綜合能源公司,投資模式主要為購買儲能服務(wù)模式和租賃模式,收益主要來源于電力輔助服務(wù)交易。
從用戶側(cè)來看,是指建設(shè)在電力用戶內(nèi)部或鄰近場地,并接入用戶內(nèi)部配電網(wǎng)的儲能系統(tǒng),其主要功能為以市場化方式為用戶提供削峰填谷、需求響應(yīng)、備用電源、需量管理等。用戶側(cè)儲能主要應(yīng)用于園區(qū)用戶和大工業(yè)用戶,其主要通過實(shí)施消峰填谷,利用峰谷價差套利降低用電成本;參與需求響應(yīng),通過響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度、幫助改變或推移用電負(fù)荷獲取收益;需量管理,通過削減用電尖峰,降低基本電費(fèi)。
五、儲能行業(yè)存在問題
01缺少政策長效機(jī)制
由于各地市相關(guān)輔助服務(wù)政策不一,且缺乏政策穩(wěn)定性,導(dǎo)致儲能系統(tǒng)投資建設(shè)市場惡性競爭激烈,權(quán)責(zé)不對等,使收益較為局限,難以彌補(bǔ)儲能項(xiàng)目的投資成本。一定程度上制約了投資者參與儲能系統(tǒng)建設(shè)的積極性。
02尚未形成標(biāo)準(zhǔn)體系
儲能標(biāo)準(zhǔn)涉及設(shè)計(jì)、運(yùn)輸、安裝、驗(yàn)收、投運(yùn)、運(yùn)維、災(zāi)后處理、電池回收等多個環(huán)節(jié),由于缺乏儲能技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)體系,儲能系統(tǒng)并網(wǎng)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)不夠完善,缺乏對儲能系統(tǒng)調(diào)度頻次、充放電次數(shù)等的明確規(guī)定,導(dǎo)致儲能產(chǎn)品的質(zhì)量和安全無法保證。
03集成設(shè)計(jì)參差不齊
儲能集成系統(tǒng)包括直流側(cè)管理、電氣安全、系統(tǒng)控制、設(shè)備優(yōu)化匹配、電池健康、安全聯(lián)動保護(hù)管理等多個方面,由于缺乏系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)、電池管理系統(tǒng)、電能管理系統(tǒng)、日常管理技術(shù)等儲能相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),導(dǎo)致儲能集成設(shè)計(jì)參差不齊,阻礙儲能系統(tǒng)高安全、低成本、智能化發(fā)展。
04儲能電站單位成本較高
由于儲能尚未實(shí)現(xiàn)規(guī)?;瘧?yīng)用,儲能技術(shù)成本投入拉高儲能電站項(xiàng)目整體成本。此外,銅、鋁、鋰等各類原材料價格漲幅巨大,儲能電站開發(fā)、土地使用、電網(wǎng)接入、并網(wǎng)驗(yàn)收等也無形拉高了儲能系統(tǒng)的投資成本,成為制約儲能行業(yè)發(fā)展的主要原因之一。
六、儲能行業(yè)發(fā)展建議
01保持儲能政策的穩(wěn)定性和可持續(xù)性
各省市應(yīng)積極響應(yīng)國家儲能的大政方針,結(jié)合本省市固有特征,考慮經(jīng)濟(jì)增長的可持續(xù)性,立足當(dāng)前、著眼長遠(yuǎn),保持儲能政策的連續(xù)性穩(wěn)定性可持續(xù)性,不“急轉(zhuǎn)彎”,形成政策長效機(jī)制,努力為儲能產(chǎn)業(yè)構(gòu)建一個公平的政策環(huán)境,引導(dǎo)市場健康合理發(fā)展。
02完善儲能技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)體系
參考UL9540、NPFA855、VDE2510、IEC62933等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),從儲能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)輸、安裝、驗(yàn)收、投運(yùn)、運(yùn)維、災(zāi)后處理、電池回收等各個環(huán)節(jié)入手,制定儲能系統(tǒng)并網(wǎng)評價標(biāo)準(zhǔn),同時建立嚴(yán)格的驗(yàn)收測試規(guī)范并嚴(yán)格執(zhí)行,確保儲能系統(tǒng)更好地服務(wù)于電網(wǎng)系統(tǒng)。
03嚴(yán)格把控儲能設(shè)計(jì)
從儲能系統(tǒng)直流側(cè)管理、電氣安全、系統(tǒng)控制、設(shè)備優(yōu)化匹配、電池健康、安全聯(lián)動保護(hù)管理等多個方面入手,制定明確且完善的系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)、電池管理系統(tǒng)、電能管理系統(tǒng)、日常管理技術(shù)等的標(biāo)準(zhǔn),加強(qiáng)儲能系統(tǒng)的可調(diào)度性能測試,確保儲能系統(tǒng)更好地支撐電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。
04建立儲能價值評價體系
不斷完善市場機(jī)制,體現(xiàn)儲能的多重價值,逐步建立終端峰谷電價動態(tài)調(diào)整機(jī)制,加快探索儲能容量電費(fèi)機(jī)制,試點(diǎn)儲能容量市場。同時要基于儲能受益對象識別方法,研究電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶測等多元受益主體間的價值分?jǐn)偧夹g(shù),提出適合不同儲能應(yīng)用場景的儲能價值評估方法,增加儲能電站投資者收益。
來源:大河財立方
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