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，全球對儲能容量的總需求約在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、儲能機組二次調頻、大容量儲能電站調峰、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)調峰、調頻、調壓、緊急功率支撐等電網(wǎng)側應用功能；用戶側/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峰、調頻資源，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，基于儲能與新能源相融合的多能互補，構建主動支撐型新能源電源體系；在電網(wǎng)側，開展儲能電站的調峰、調頻、調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，以儲能作為靈活性調節(jié)手段，聚合分布式電源、可調負荷、電動汽車等元素，構建現(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)模化儲能的應用場景分析
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節(jié)功率等特點，具備了參與電力系統(tǒng)運行調控與安全穩(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)模化儲能主要包含大容量集中式儲能電站以及分布式儲能的廣域協(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{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，需要構建基于深度調峰的火電、靈活調節(jié)的抽蓄與燃氣機組、規(guī)模化儲能的新型調峰體系，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)調峰示意圖
二、在峰谷差較大的局部電網(wǎng)，利用規(guī)?；瘍δ軡M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`活調節(jié)能力，為系統(tǒng)提供慣量支撐和一次調頻，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頻能力不能保證，使得系統(tǒng)的頻率支撐和調節(jié)能力難以應對大功率不平衡量的沖擊。規(guī)?；瘍δ芸蔀橄到y(tǒng)提供靈活、可靠、快速的有功調節(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)，構建新的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定調控體系，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，將客戶側可調節(jié)負荷進行聚合，通過源網(wǎng)荷儲協(xié)調互動，充分釋放負荷潛力，解決電網(wǎng)負荷低谷時段供需平衡調節(jié)困難、分布式電源消納不足等問題。
需求響應是調節(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)同用戶側可調節(jié)負荷，聯(lián)合參與價格型和激勵型需求響應，可深度釋放可調節(jié)負荷的潛能，成為電網(wǎng)調峰、新能源消納的巨量調節(jié)資源。
利用儲能資源聚合可調負荷滿足電網(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?！肮?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)模化智慧可調資源，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)調度對象和主要的調節(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)、結構和功能，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。
