儲(chǔ)能是全球各國(guó)共同關(guān)注的戰(zhàn)略性新興技術(shù),我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)高度重視儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展,自2017年國(guó)家五部委發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》以來(lái),儲(chǔ)能呈現(xiàn)良好發(fā)展態(tài)勢(shì),特別是碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)提出后,新型儲(chǔ)能發(fā)展步伐提速。國(guó)家能源局公開(kāi)數(shù)據(jù)顯示,截至2023年6月底,全國(guó)已建成投運(yùn)新型儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模超過(guò)1733萬(wàn)千瓦/3580萬(wàn)千瓦時(shí),平均儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)2.1小時(shí),其中2023年新投運(yùn)裝機(jī)約863萬(wàn)千瓦/1772萬(wàn)千瓦時(shí),相當(dāng)于此前歷年累計(jì)裝機(jī)規(guī)??偤?。在儲(chǔ)能規(guī)模增速超常規(guī)發(fā)展的過(guò)程中也伴隨著利用成本高、應(yīng)用效果小、使用效率低等諸多問(wèn)題的產(chǎn)生。要解決儲(chǔ)能發(fā)展的多重矛盾,需要認(rèn)識(shí)其根本性的驅(qū)動(dòng)因素,明確階段性功能定位,需要抓住儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用的本質(zhì),回歸電力系統(tǒng)發(fā)展儲(chǔ)能的初心。
新型儲(chǔ)能伴隨著新能源的發(fā)展具有階段性的功能定位
驅(qū)動(dòng)儲(chǔ)能發(fā)展的根本因素是新能源的大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用。在常規(guī)電源占主導(dǎo)的電力系統(tǒng)中,系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力充裕,儲(chǔ)能僅作為輔助性的調(diào)節(jié)設(shè)施。在能源轉(zhuǎn)型的大背景下,新能源大規(guī)模并網(wǎng)導(dǎo)致棄電矛盾突出,在系統(tǒng)調(diào)峰資源緊張時(shí),儲(chǔ)能調(diào)峰成為一種可選擇的技術(shù)手段。在高比例新能源并網(wǎng)且煤電建設(shè)受限的情況下,電力供需緊張和峰谷差價(jià)推動(dòng)了儲(chǔ)能在電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)的利用。“雙碳”目標(biāo)提出后,我國(guó)不再限制各地新能源發(fā)展規(guī)模,實(shí)施可再生能源電力配額制下的保障性并網(wǎng)和市場(chǎng)化并網(wǎng)機(jī)制,新能源配建儲(chǔ)能成為主流。當(dāng)前,儲(chǔ)能憑借其優(yōu)越的特性廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)發(fā)輸配用各個(gè)環(huán)節(jié),發(fā)展與利用的矛盾也在各個(gè)領(lǐng)域體現(xiàn),因此往往忽略了推動(dòng)儲(chǔ)能發(fā)展的根本性因素,那就是新能源的大規(guī)模發(fā)展。儲(chǔ)能應(yīng)緊密地與新能源相結(jié)合,要回歸到解決新能源發(fā)展利用過(guò)程中帶來(lái)的問(wèn)題和矛盾上來(lái)。
能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略下儲(chǔ)能的發(fā)展利用具有階段性定位。國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局《關(guān)于加快推進(jìn)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》(發(fā)改能源規(guī)〔2021〕1051號(hào))對(duì)抽水蓄能和新型儲(chǔ)能做了總體定位,是支撐新型電力系統(tǒng)的重要技術(shù)和基礎(chǔ)裝備,對(duì)推動(dòng)能源綠色轉(zhuǎn)型、應(yīng)對(duì)極端事件、保障能源安全、促進(jìn)能源高質(zhì)量發(fā)展、支撐應(yīng)對(duì)氣候變化目標(biāo)實(shí)現(xiàn)具有重要意義。推進(jìn)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)是一項(xiàng)長(zhǎng)期性、系統(tǒng)性、戰(zhàn)略性的任務(wù),儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用伴隨著能源轉(zhuǎn)型的不同階段具有不同的歷史使命。一方面,要著眼于系統(tǒng)需求。電力保供、新能源消納是當(dāng)前階段下的主要矛盾,系統(tǒng)迫切需要可靠的容量和深度的靈活調(diào)峰能力。另一方面,電力系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能的利用要結(jié)合儲(chǔ)能自身技術(shù)的發(fā)展程度來(lái)把握。長(zhǎng)周期、大容量、高安全、低成本的儲(chǔ)能技術(shù)短期內(nèi)難以突破,煤電仍然是基礎(chǔ)保障性和系統(tǒng)調(diào)節(jié)性電源主力。面對(duì)系統(tǒng)級(jí)保供、大容量調(diào)峰要求,新型儲(chǔ)能在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性還達(dá)不到大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的條件,只能作為系統(tǒng)調(diào)節(jié)的輔助措施。當(dāng)前,新能源正由不可調(diào)電源向可調(diào)電源過(guò)渡,由新興電源向主力電源過(guò)渡、由保障性收購(gòu)向市場(chǎng)化交易過(guò)渡,由集中式開(kāi)發(fā)向集中式與分布式并舉過(guò)渡,因此,新型儲(chǔ)能應(yīng)找到當(dāng)前階段下的自身定位,即發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)重點(diǎn)滿足過(guò)渡期內(nèi)新能源發(fā)展利用的需求。
新型儲(chǔ)能技術(shù)特點(diǎn)與新能源開(kāi)發(fā)利用模式高度契合
在技術(shù)層面,我國(guó)堅(jiān)持儲(chǔ)能技術(shù)多元化發(fā)展,鼓勵(lì)通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新探索適應(yīng)系統(tǒng)需求的儲(chǔ)能技術(shù)類型,目前形成了鋰離子電池、先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能、液流電池儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、固態(tài)電池儲(chǔ)能等多種技術(shù)路線的儲(chǔ)能。鋰離子電池儲(chǔ)能具有響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)精度高、單體容量小、配置靈活、建設(shè)周期短、技術(shù)相對(duì)成熟等特點(diǎn),在各類新型儲(chǔ)能技術(shù)中占主導(dǎo)地位,占比超過(guò)90%。與鋰離子電池儲(chǔ)能等新型儲(chǔ)能技術(shù)特征類似,以風(fēng)電、光伏為主的新能源電站呈現(xiàn)單站容量小、項(xiàng)目數(shù)量大、開(kāi)發(fā)周期短、布局分散、發(fā)電隨機(jī)波動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。新型儲(chǔ)能與新能源發(fā)電在技術(shù)特性上具有高度的契合互補(bǔ)優(yōu)勢(shì),是其他靈活性資源難以在個(gè)性化、獨(dú)立化、規(guī)模化方面兼具進(jìn)行替代的有效調(diào)節(jié)手段。
經(jīng)濟(jì)性層面,早期,為爭(zhēng)取新能源開(kāi)發(fā)指標(biāo),規(guī)避投資風(fēng)險(xiǎn),新能源電站多選擇租賃儲(chǔ)能,部分場(chǎng)站自建儲(chǔ)能,但總體利用效率偏低。“十四五”以來(lái),風(fēng)電機(jī)組、光伏組件、鋰離子電池造價(jià)持續(xù)降低,部分地區(qū)“新能源+儲(chǔ)能”已具備平價(jià)上網(wǎng)條件。電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立儲(chǔ)能電站、用戶側(cè)儲(chǔ)能主要以盈利為目的的商業(yè)化行為,市場(chǎng)化程度高、功能明確,權(quán)責(zé)利清晰。與電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)儲(chǔ)能不同,新能源場(chǎng)站側(cè)儲(chǔ)能是新能源電站的成本性投入,充分發(fā)揮儲(chǔ)能作用、服務(wù)新能源高質(zhì)量發(fā)展、提高新能源整體效益,是儲(chǔ)能價(jià)值的集中體現(xiàn)。
新能源配建儲(chǔ)能應(yīng)當(dāng)回歸到服務(wù)新能源高質(zhì)量發(fā)展上
一是新型儲(chǔ)能應(yīng)成為輔助新能源納入電力平衡的必要設(shè)施。新型電力系統(tǒng)的建設(shè)要在新能源安全可靠替代的基礎(chǔ)上實(shí)施,安全可靠替代的前提是新能源具備可調(diào)度性和穩(wěn)定可靠的容量輸出能力。美國(guó)加州、得州,我國(guó)東北、湖南等地均出現(xiàn)過(guò)極端天氣下或用電高峰時(shí)段新能源出力不足的情況,新能源發(fā)電不確定性導(dǎo)致的大裝機(jī)、小電力已成為調(diào)度計(jì)劃安排必須考慮的因素。目前新能源已分地區(qū)按不同容量比例納入系統(tǒng)平衡,出力曲線主要依賴氣象預(yù)測(cè)和歷史數(shù)據(jù),日前預(yù)測(cè)精度不足85%。高峰時(shí)段新能源納入平衡值均低于預(yù)測(cè)值,主要目的是為防止新能源出力偏低,造成上備用不足,影響電力供應(yīng);低谷時(shí)段新能源納入平衡值等于或略高于預(yù)測(cè)值,主要目的是防止新能源出力偏高,造成下備用不足,影響新能源消納。冗余的開(kāi)機(jī)不僅增加了電力系統(tǒng)運(yùn)行成本,也增加了新能源的消納壓力。新能源配置儲(chǔ)能可提高新能源發(fā)電的可計(jì)劃性、可調(diào)度性,通過(guò)氣象預(yù)測(cè)與可控調(diào)節(jié)相結(jié)合,使得納入平衡的新能源發(fā)電容量由不確定到相對(duì)確定,在此基礎(chǔ)上安排機(jī)組組合可最大程度實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)調(diào)度并保障系統(tǒng)運(yùn)行安全。若每個(gè)新能源電站均能夠提供可信的發(fā)電容量,極端情況下電力可靠供應(yīng)、常規(guī)情況下電力經(jīng)濟(jì)供應(yīng)均可得到有效保障,新能源才能實(shí)現(xiàn)真正意義上的安全可靠替代。
二是新型儲(chǔ)能應(yīng)成為助力新能源履行主體電源責(zé)任的重要手段。2023年我國(guó)可再生能源裝機(jī)歷史性超過(guò)煤電裝機(jī),根據(jù)國(guó)家能源局發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),截至2023年10月底,太陽(yáng)能和風(fēng)電裝機(jī)容量約9.4億千瓦,占全國(guó)累計(jì)發(fā)電裝機(jī)容量33.5%,預(yù)計(jì)2030年前,風(fēng)電、光伏將成為發(fā)電裝機(jī)的主體、發(fā)電量增量主體。新能源作為裝機(jī)主體應(yīng)承擔(dān)主力電源相應(yīng)的責(zé)任,在《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中提出新能源場(chǎng)站應(yīng)提供必要的慣量與短路容量支撐,35千伏及以上電壓等級(jí)并網(wǎng)的風(fēng)電、光伏均應(yīng)具備一次調(diào)頻功能。新版“兩個(gè)細(xì)則”已將省級(jí)及以上電力調(diào)度機(jī)構(gòu)直接調(diào)度的風(fēng)電、光伏發(fā)電納入與火電、水電同等的并網(wǎng)調(diào)度管理要求。以電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)的新能源場(chǎng)站為滿足并網(wǎng)要求,需要進(jìn)行技術(shù)改造和降容量運(yùn)行,發(fā)電效果效益均受到影響。為最大化提升新能源場(chǎng)站發(fā)電效率并兼顧并網(wǎng)管理要求,應(yīng)充分發(fā)揮儲(chǔ)能的作用。儲(chǔ)能具有四象限電力輸出特性,可提供必要的容量支撐和一次調(diào)頻能力,在協(xié)助新能源場(chǎng)站履行電源義務(wù)的同時(shí),還可實(shí)現(xiàn)電壓無(wú)功調(diào)節(jié)、抑制功率波動(dòng)、優(yōu)化電能質(zhì)量,真正助力新能源場(chǎng)站實(shí)現(xiàn)友好型并網(wǎng)。
三是新型儲(chǔ)能應(yīng)成為支撐新能源全面參與電力市場(chǎng)的關(guān)鍵工具。國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局《關(guān)于加快建設(shè)全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)體系的指導(dǎo)意見(jiàn)》(發(fā)改體改〔2022〕118號(hào))提出構(gòu)建適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的市場(chǎng)機(jī)制,到2030年,新能源全面參與市場(chǎng)交易。新能源參與電力市場(chǎng)是全球各個(gè)國(guó)家共同面對(duì)的難題,一方面,新能源發(fā)電具有隨機(jī)波動(dòng)性,市場(chǎng)交易組織困難,實(shí)際出力曲線與計(jì)劃曲線偏差大,導(dǎo)致考核費(fèi)用或履約成本較高;另一方面,新能源出力多集中在午時(shí)或夜間等負(fù)荷低谷時(shí)段,市場(chǎng)出清價(jià)格低甚至出現(xiàn)負(fù)電價(jià),大大降低新能源發(fā)電收益。盈利能力直接關(guān)系到新能源的可持續(xù)發(fā)展,關(guān)系到能源轉(zhuǎn)型的步伐,這也是謹(jǐn)慎推進(jìn)新能源參與電力市場(chǎng)的重要原因。隨著新能源成本快速下降以及裝機(jī)規(guī)模的提升,推動(dòng)新能源參與電力市場(chǎng)是大勢(shì)所趨。新能源場(chǎng)站配建新型儲(chǔ)能可有效提升發(fā)電計(jì)劃準(zhǔn)確性,減小新能源實(shí)時(shí)出力與計(jì)劃曲線的偏差,可根據(jù)電力供需情況和氣候變化靈活安排發(fā)電計(jì)劃并調(diào)整市場(chǎng)報(bào)價(jià)。真正的市場(chǎng)主體是要成為市場(chǎng)活動(dòng)的主動(dòng)參與者和競(jìng)價(jià)者,做好儲(chǔ)能的充放電策略,可化被動(dòng)為主動(dòng),在一定程度上提升新能源電站入市交易的自主決策能力,微觀上可實(shí)現(xiàn)新能源電站收益最大化,宏觀上更是可推動(dòng)整個(gè)電力市場(chǎng)建設(shè)。
四是新型儲(chǔ)能應(yīng)成為解決分布式電源并網(wǎng)消納的重要措施。近年來(lái),光伏組件成本大幅下降,分布式光伏開(kāi)發(fā)流程簡(jiǎn)單,非技術(shù)成本低,裝機(jī)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。2023年1~10月,我國(guó)新增分布式光伏裝機(jī)6700萬(wàn)千瓦,同比增長(zhǎng)90%,占光伏新增裝機(jī)的52%。分布式光伏大量集中并網(wǎng),部分地區(qū)午間時(shí)段出力占負(fù)荷比重超過(guò)40%,系統(tǒng)調(diào)峰壓力激增,分布式光伏棄電、限電已不可避免。此外,分布式光伏多安裝于配網(wǎng)末端,超配和電力返送導(dǎo)致配電變壓器、配電線路過(guò)載,設(shè)備損耗加大,電能質(zhì)量問(wèn)題突出。系統(tǒng)調(diào)峰和配電網(wǎng)承載力已成為分布式光伏開(kāi)發(fā)的雙重約束。從能源開(kāi)發(fā)利用來(lái)看,分布式發(fā)電就地消納是最經(jīng)濟(jì)最高效的利用方式,一味地依靠大電網(wǎng)調(diào)峰和配網(wǎng)擴(kuò)容升級(jí)改造勢(shì)必增加整個(gè)系統(tǒng)調(diào)峰壓力和供電成本。在配電網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、關(guān)鍵線路上配置儲(chǔ)能可充分發(fā)揮其杠桿調(diào)節(jié)作用,也更有利于發(fā)揮儲(chǔ)能配置靈活的技術(shù)優(yōu)勢(shì),減少占用大電網(wǎng)調(diào)峰資源,減少電能向上一級(jí)變壓器返送,最大限度實(shí)現(xiàn)就地平衡,真正提高資源就地開(kāi)發(fā)、就地就近利用水平。
推動(dòng)儲(chǔ)能發(fā)展的根本因素是新能源的大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用,我國(guó)“雙碳”目標(biāo)縱深推進(jìn),解決大規(guī)模、高比例新能源并網(wǎng)消納問(wèn)題需要從源、網(wǎng)、荷不同環(huán)節(jié)共同發(fā)力,儲(chǔ)能的作用貫穿各環(huán)節(jié)之中,儲(chǔ)能的利用既要落地系統(tǒng)層面更要落到新能源本身。當(dāng)前,新能源配建儲(chǔ)能已成為新型儲(chǔ)能增量主體,應(yīng)充分發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì),著眼未來(lái)應(yīng)用需求,回歸到服務(wù)我國(guó)新能源高質(zhì)量發(fā)展這一根本目的上。
本文刊載于《中國(guó)電力企業(yè)管理》2023年12期,作者單位:國(guó)網(wǎng)能源研究院有限公司
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