儲能在能源體系變革及能源互聯(lián)網(wǎng)建設中占據(jù)重要地位，是未來提升電力系統(tǒng)靈活性、經(jīng)濟性和安全性，解決新能源消納的重要手段，也是促進能源生產(chǎn)消費開放共享、靈活交易，實現(xiàn)多能協(xié)同的核心要素。
01
儲能技術及應用發(fā)展趨勢
近年來，全球儲能技術發(fā)展迅速。在儲能本體技術方面：以鋰離子電池為代表的電化學儲能進步顯著，電池壽命大幅提升，成本快速下降，儲能系統(tǒng)等效度電成本由2015年的1.50元/千瓦時·次下降至2019年的0.50元/千瓦時·次，突破盈虧平衡點。在英國，針對調(diào)峰應用場景，電池儲能系統(tǒng)已初步具備與燃氣機組相競爭的技術經(jīng)濟性條件。百兆瓦級儲能電站系統(tǒng)集成技術已實現(xiàn)突破，但系統(tǒng)安全和性能過早老化問題仍有待改進。物理儲能技術方面：壓縮空氣儲能、飛輪儲能實現(xiàn)了10兆瓦級的示范應用；儲熱、氫儲能技術不斷突破，引發(fā)了行業(yè)關注；大功率重力儲能技術在國外開始試驗，但離實用仍有差距。在儲能裝機方面：截至2019年底，全球已投運儲能項目的累計裝機規(guī)模183.1GW，抽水蓄能累計裝機規(guī)模最大，約171GW；其次為電化學儲能和物理儲能，累計裝機規(guī)模約9GW，其中電化學儲能約6.9GW。我國已投運抽水蓄能約30.3GW，電化學和物理儲能累計裝機約1.6GW，其中電化學儲能約1.43GW。在支撐體系方面：以中國電力科學研究院（國網(wǎng)能源互聯(lián)網(wǎng)技術研究院）為掛靠單位的全國電力儲能標準化技術委員會，發(fā)布國家標準13項，能源行業(yè)標準25項；主導發(fā)布IEEE標準1項，主持發(fā)布IEC《大規(guī)模新能源與儲能技術白皮書》，正在主持IEC標準3項；建成CNAS儲能設備性能檢測及儲能產(chǎn)品認證平臺，依托國家能源智能電網(wǎng)研發(fā)（實驗）中心儲能分中心，建成大容量儲能系統(tǒng)并網(wǎng)適應性（試驗）檢測平臺。
未來儲能的技術成熟度和技術經(jīng)濟性仍將大幅度提升。根據(jù)多國制定的儲能戰(zhàn)略發(fā)展路線圖，電化學儲能的低成本、高安全、高效率是未來重點突破方向。2025年，鋰離子電池儲能系統(tǒng)的等效度電成本有望降至0.20元/千瓦時·次，2030年有望降至0.10～0.15元/千瓦時·次，光/儲能聯(lián)合發(fā)電成本低于傳統(tǒng)火電機組標桿電價。國際能源署(IEA)預測，未來三十年，全球?qū)δ苋萘康目傂枨蠹s在3000GW～4000GW。
不同類型儲能技術應用成本趨勢預測圖
注：成本均折算為4小時儲能的功率成本。
數(shù)據(jù)來源：《2018儲能產(chǎn)業(yè)應用研究報告》《適用于電網(wǎng)的先進大容量儲能技術發(fā)展路線圖》
儲能技術在電力系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。近年來，我國開展了大容量儲能提升新能源并網(wǎng)友好性、儲能機組二次調(diào)頻、大容量儲能電站調(diào)峰、分布式儲能提升微電網(wǎng)運行可靠性、儲能電站共享等多樣性示范工程，包括：國家風光儲輸示范工程，儲能電站23MW/89MWh，提升了風光互補并網(wǎng)友好性；江蘇儲能電站101MW/202MWh，實現(xiàn)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓、緊急功率支撐等電網(wǎng)側(cè)應用功能；用戶側(cè)/微電網(wǎng)儲能用于促進分布式電源的靈活高效應用。未來20年，隨著儲能技術經(jīng)濟性進步，儲能裝機規(guī)模大幅度提升，高比例儲能將成為重要的調(diào)峰、調(diào)頻資源，極大提升電網(wǎng)靈活性。儲能在電力系統(tǒng)中廣泛布局，可實現(xiàn)以儲能為協(xié)同要素的能源互聯(lián)：在電源側(cè)，基于儲能與新能源相融合的多能互補，構(gòu)建主動支撐型新能源電源體系；在電網(wǎng)側(cè)，開展儲能電站的調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓及緊急功率支撐等應用，著力開展基于儲能“釋放輸配電通道輸送能力”的應用，提升電網(wǎng)的靈活性；在負荷側(cè)，以儲能作為靈活性調(diào)節(jié)手段，聚合分布式電源、可調(diào)負荷、電動汽車等元素，構(gòu)建現(xiàn)代綜合能源服務、需求響應、虛擬電廠等新業(yè)態(tài)，實現(xiàn)新能源的有效消納和終端能源的高效利用。
02
規(guī)?；瘍δ艿膽脠鼍胺治?/strong>
儲能系統(tǒng)具有精準控制、快速響應、靈活配置和四象限靈活調(diào)節(jié)功率等特點，具備了參與電力系統(tǒng)運行調(diào)控與安全穩(wěn)定控制的能力，2019年新修訂發(fā)布的《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則》中，已明確把儲能電站列為重要的靈活調(diào)節(jié)資源。儲能需要達到一定的裝機規(guī)模才能在電力系統(tǒng)中發(fā)揮顯著作用。規(guī)?；瘍δ苤饕笕萘考惺絻δ茈娬疽约胺植际絻δ艿膹V域協(xié)同聚合等兩種形式。
一、在高比例新能源接入地區(qū)，利用規(guī)?；瘍δ茏鳛檎{(diào)峰資源，有效提高新能源電力消納水平。
新能源具有隨機波動性和反調(diào)峰特性，高比例新能源接入電力系統(tǒng)后，電網(wǎng)電力電量在空間和時間上的平衡難度進一步加大，需要構(gòu)建基于深度調(diào)峰的火電、靈活調(diào)節(jié)的抽蓄與燃氣機組、規(guī)?；瘍δ艿男滦驼{(diào)峰體系，以滿足電網(wǎng)電力功率平衡，有力促進高比例新能源消納利用。經(jīng)初步測算，在高比例新能源接入地區(qū)配置規(guī)?；笕萘績δ?，或廣域聚合規(guī)?；瘍δ軈⑴c系統(tǒng)調(diào)峰可有效減少新能源棄電。2019年，青海開展了利用 “共享儲能”減少棄光的示范應用。
儲能參與系統(tǒng)調(diào)峰示意圖
二、在峰谷差較大的局部電網(wǎng)，利用規(guī)模化儲能滿足尖峰負荷供電需求，可減少電網(wǎng)投資，提高電網(wǎng)設備的利用率。
未來我國電網(wǎng)最大負荷增速仍高于用電量增速，負荷峰谷差呈增大趨勢，尖峰負荷短而高，以滿足尖峰負荷需求為目標進行電網(wǎng)規(guī)劃和建設是不經(jīng)濟的，而儲能則可成為保障未來電網(wǎng)尖峰負荷供電的有效手段。以某省網(wǎng)為例，2018年超過9500萬千瓦（95%最大負荷）的尖峰負荷持續(xù)時間49小時（出現(xiàn)天數(shù)為7天），尖峰電量9447萬千瓦時。若依靠調(diào)峰電源和配套輸變電設備來滿足尖峰負荷的供電需求，投資約400億元。若利用500萬千瓦/2小時的電化學儲能電站來保障尖峰負荷供電，投資約200億元，可節(jié)省大量投資。
某省全年高峰負荷曲線圖
三、在高比例新能源和大容量直流接入地區(qū)，利用規(guī)?；瘍δ艿撵`活調(diào)節(jié)能力，為系統(tǒng)提供慣量支撐和一次調(diào)頻，可有效降低大功率缺額下受端電網(wǎng)頻率失穩(wěn)的風險。
隨著高比例新能源和大容量直流的接入，傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式同步發(fā)電機組占比逐步降低，同步電網(wǎng)的慣量支撐和一次調(diào)頻能力不斷下降，加上多數(shù)采用滑壓控制模式的火電機組在大擾動后期的一次調(diào)頻能力不能保證，使得系統(tǒng)的頻率支撐和調(diào)節(jié)能力難以應對大功率不平衡量的沖擊。規(guī)模化儲能可為系統(tǒng)提供靈活、可靠、快速的有功調(diào)節(jié)和慣量支撐手段，有效降低頻率越限和失穩(wěn)風險。
大電網(wǎng)嚴重功率缺額事故中虛擬同步機不同控制功能作用下系統(tǒng)動態(tài)頻率曲線比較圖
四、將規(guī)?；瘍δ芗{入安控系統(tǒng)，為系統(tǒng)提供緊急功率支援，提高交直流混聯(lián)大區(qū)電網(wǎng)的穩(wěn)定性，替代切負荷措施，同時等效釋放輸電能力。
隨著遠距離大范圍電力輸送規(guī)模的增加，跨區(qū)直流多種故障形式增加了電網(wǎng)安全穩(wěn)定破壞的風險。引入具有快速響應能力的儲能系統(tǒng)，構(gòu)建新的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定調(diào)控體系，可滿足用戶對供電可靠性不斷提高的要求，并能有效釋放跨區(qū)交直流通道的輸電能力。以多回特高壓直流饋入的某大區(qū)電網(wǎng)為例，在一回區(qū)外直流滿功率運行時，發(fā)生雙極閉鎖故障后，需安控系統(tǒng)動作切除網(wǎng)內(nèi)大量負荷，以保證大區(qū)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。若配置一定容量的儲能，故障后提供緊急功率支援，也能達到同樣的安全穩(wěn)定控制效果。
國家電網(wǎng)在建在運特高壓工程示意圖
五、利用分布式儲能資源，將客戶側(cè)可調(diào)節(jié)負荷進行聚合，通過源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)互動，充分釋放負荷潛力，解決電網(wǎng)負荷低谷時段供需平衡調(diào)節(jié)困難、分布式電源消納不足等問題。
需求響應是調(diào)節(jié)電網(wǎng)峰谷負荷、緩解供需矛盾的重要措施，儲能設施已被納入需求響應參與主體。將各類分布式儲能資源進行聚合并協(xié)同用戶側(cè)可調(diào)節(jié)負荷，聯(lián)合參與價格型和激勵型需求響應，可深度釋放可調(diào)節(jié)負荷的潛能，成為電網(wǎng)調(diào)峰、新能源消納的巨量調(diào)節(jié)資源。
利用儲能資源聚合可調(diào)負荷滿足電網(wǎng)供需平衡需求圖
六、在高比例分布式光伏接入的中低壓配電網(wǎng)，利用分布式儲能的靈活調(diào)節(jié)能力，廣泛開展“光+儲”，提升配電網(wǎng)對新能源的接納能力。
大量分布式光伏接入配電網(wǎng)，易引起配電系統(tǒng)功率失衡、線路過載和節(jié)點電壓越限等問題，制約了分布式新能源的消納。“光+儲”是未來可持續(xù)發(fā)展路徑。以安徽金寨電網(wǎng)為例，大量分布式光伏接入金寨縣域電網(wǎng)造成配電網(wǎng)電壓升高，線路末端電壓最高約1.3倍額定電壓，頻繁發(fā)生逆變器脫網(wǎng)事件。2019年4月，通過在光伏電站加裝分布式儲能裝置，有效改善了配電網(wǎng)電能質(zhì)量，光伏消納量增長13%。未來，發(fā)展應用獨立“光+儲”模式，及分布式儲能聚合分布式電源模式，在配電網(wǎng)形成規(guī)?；腔劭烧{(diào)資源，進一步提升新能源高效消納空間。
儲能提升配電網(wǎng)接納新能源能力
03
未來展望
儲能技術是推動世界能源清潔化、電氣化和高效化，破解能源資源和環(huán)境約束，實現(xiàn)全球能源轉(zhuǎn)型升級的核心技術之一。十四五期間是儲能技術研發(fā)的關鍵期，也是儲能應用推廣的窗口期。一方面，聚焦所確定的技術路線，深化儲能技術研究，全面提升儲能（物理儲能、電化學儲能等）本體技術、儲能系統(tǒng)集成技術、工程設計技術、運維技術和評估技術，帶動儲能關聯(lián)產(chǎn)業(yè)核心裝備制造和系統(tǒng)技術水平升級。同時，兼顧儲能前沿技術，夯實技術儲備。另一方面，計及儲能技術成熟度和技術經(jīng)濟性的不斷進步，依據(jù)電力系統(tǒng)形態(tài)的演變，把握儲能應用場景、著力培育儲能應用生態(tài)。
未來，基于邊界成本低且性能優(yōu)異的儲能技術，構(gòu)建高比例、廣泛布局、可廣域協(xié)同的儲能形態(tài)，使其成為完全可觀、可測、可控的電力系統(tǒng)調(diào)度對象和主要的調(diào)節(jié)資源，從而突破傳統(tǒng)電力在時間與空間上的供需矛盾，變革電網(wǎng)形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能，全面支撐未來電力系統(tǒng)智能、堅強、靈活、廣泛互聯(lián)的發(fā)展。
