無論是在中國，還是世界范圍內(nèi)，新能源都已成為發(fā)電裝機(jī)增長最快的電源類型。根據(jù)國際能源署《世界能源展望2019》的數(shù)據(jù)顯示，2018~2040年風(fēng)電、光伏裝機(jī)年均增速分別為5.6%、8.8%。在我國，2019年，新能源新增裝機(jī)為5600萬千瓦，占各類電源新增總裝機(jī)容量的一半以上。
如今，當(dāng)我們談?wù)撃茉崔D(zhuǎn)型時(shí)，我們在談?wù)撌裁?？在新能源快速增長的趨勢下，系統(tǒng)靈活性資源和調(diào)節(jié)能力建設(shè)已是能源轉(zhuǎn)型中最關(guān)鍵的命題之一。我國電力系統(tǒng)中靈活性資源匱乏，電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力難以適應(yīng)新能源大規(guī)模并網(wǎng)的需求已成為制約我國能源轉(zhuǎn)型的瓶頸之一。中國能源研究會(huì)儲(chǔ)能專業(yè)委員會(huì)副主任委員、教授級高工裴哲義表示，新能源裝機(jī)的快速增長對電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響日益突出。隨著能源轉(zhuǎn)型的持續(xù)深入，新能源最終要從替代能源走向主體能源，一方面需加強(qiáng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力建設(shè)，另一方面，新能源發(fā)電自身也需要具備一定程度的可調(diào)節(jié)能力。今年7月實(shí)施的新版《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》中提出新能源發(fā)電應(yīng)具備慣量和短路容量支持能力，在必要時(shí)可配置燃?xì)怆娬?、抽水蓄能電站、?chǔ)能等靈活調(diào)節(jié)電源及調(diào)相機(jī)、STATCOM等動(dòng)態(tài)無功調(diào)節(jié)裝置。
對于儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)而言，箭已上弦，蓄勢待發(fā)。蓄多大的勢決定了它能夠發(fā)得多遠(yuǎn)，而“勢”中所包含的內(nèi)容，既包括儲(chǔ)能本身的技術(shù)積累與突破，也包括市場環(huán)境與政策機(jī)制的構(gòu)建與完善。
新能源快速增長
電網(wǎng)迫切需要加強(qiáng)調(diào)節(jié)能力
新能源的快速增長給電力系統(tǒng)儲(chǔ)能發(fā)展帶來了機(jī)遇。目前，我國風(fēng)電、光伏裝機(jī)容量均穩(wěn)居世界之首，截至2019年底，我國新能源裝機(jī)規(guī)模達(dá)到4.1億千瓦，同比增長16%，是世界上新能源并網(wǎng)容量最大的國家，新能源裝機(jī)已成為我國第二大電源，在局部地區(qū)如冀北、甘肅、青海等新能源已成為第一大電源。“從國家電網(wǎng)公司裝機(jī)增長的情況來看，我國目前新能源總裝機(jī)比例達(dá)到了20%，這只是全國平均數(shù)，某些局部地區(qū)新能源發(fā)電滲透率甚至達(dá)到30%~40%，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響日益突出?！迸嵴芰x表示。
裴哲義認(rèn)為，新能源發(fā)展進(jìn)入了新的階段。過去，由于新能源消納矛盾突出，棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象較為嚴(yán)重，新能源利用效率不高，但如今新能源利用率已達(dá)到95%以上，其發(fā)展的主要矛盾已從本身的經(jīng)濟(jì)性問題轉(zhuǎn)向由其帶來的系統(tǒng)安全性問題。
我國新能源資源與負(fù)荷中心呈逆向分布。我國西部、北部地區(qū)擁有80%以上的陸地風(fēng)能、60%以上的太陽能，而全國70%的負(fù)荷集中在中、東部地區(qū)，新能源資源遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，必須借助大電網(wǎng)，構(gòu)建大市場，從而在全國范圍內(nèi)消納新能源，這對于電網(wǎng)的長距離輸送是一個(gè)考驗(yàn)。
同時(shí)，新能源高比例接入電網(wǎng)后，增加了電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻的壓力。新能源大規(guī)模的并網(wǎng)運(yùn)行，使供需雙側(cè)都呈現(xiàn)隨機(jī)波動(dòng)的特性，常規(guī)電源的出力不僅要跟隨負(fù)荷變化，還要平衡新能源的出力波動(dòng)，既加大了常規(guī)電源的調(diào)節(jié)壓力，也增加了電網(wǎng)的平衡難度。在北方某省，由于光伏不穩(wěn)定的出力特性，使得該省凈負(fù)荷呈“鴨子”曲線，中午腰荷甚至低于夜間，常規(guī)電源機(jī)組需要在中午壓低出力，增加了電網(wǎng)調(diào)峰的難度。
另一方面，新能源的大規(guī)模接入也降低了系統(tǒng)的抗干擾能力，在送端系統(tǒng)，風(fēng)電大出力時(shí)，系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)能力顯著下降。以西北電網(wǎng)為例，仿真結(jié)果顯示，在6800萬千瓦負(fù)荷水平下，損失350萬的千瓦功率來看，若網(wǎng)內(nèi)無風(fēng)電，頻率下跌0.65赫茲；若風(fēng)電出力1200萬千瓦，頻率下跌0.95赫茲，比無風(fēng)電時(shí)增加0.3赫茲。隨著未來風(fēng)機(jī)和新能源裝機(jī)規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大，當(dāng)西北風(fēng)電規(guī)模達(dá)到1億千瓦時(shí)，系統(tǒng)抗干擾能力調(diào)頻能力將進(jìn)一步降低。
有關(guān)測算顯示，我國新能源裝機(jī)到2035年將超過煤電成為全國第一大電源，煤電與新能源發(fā)電量的占比將在2050年出現(xiàn)反轉(zhuǎn)。預(yù)計(jì)2035年，風(fēng)、光裝機(jī)規(guī)模分別達(dá)到7億、6.5億千瓦，全國風(fēng)電、太陽能日最大功率波動(dòng)預(yù)計(jì)分別達(dá)2億和4億千瓦左右，這將超出靈活電源的調(diào)節(jié)能力，此時(shí)，電網(wǎng)迫切需要重新構(gòu)建調(diào)峰體系，以應(yīng)對新能源5億千瓦左右的日功率波動(dòng)。
轉(zhuǎn)型的大勢不可逆，但轉(zhuǎn)型是否會(huì)增加安全風(fēng)險(xiǎn)？這一問題如同一把達(dá)摩克利斯之劍，時(shí)時(shí)懸在電力行業(yè)的頭頂。
今年8月，加州電力系統(tǒng)運(yùn)營商發(fā)布了三級緊急狀態(tài)，這是自本世紀(jì)初加州電力危機(jī)之后，加州電力系統(tǒng)運(yùn)營商首次發(fā)布如此高級別的預(yù)警。他們預(yù)計(jì)，在用電高峰期間，加州的電力缺口為440萬千瓦。
儲(chǔ)能為能源轉(zhuǎn)型的深入推進(jìn)提供了技術(shù)保障，也可在事故發(fā)生后提供應(yīng)急電源。2019年7月13日，紐約曼哈頓發(fā)生大停電事件，停電時(shí)長5小時(shí)，致使7.2萬市民陷入黑暗；7月21日，在連續(xù)三天熱浪襲擊下，紐約地區(qū)再次受到影響，超過5萬戶居民斷電。在慘痛的停電事故發(fā)生后，涉事的愛迪生聯(lián)合電氣公司開始規(guī)劃310兆瓦/1.21吉瓦時(shí)電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能項(xiàng)目。美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室研究發(fā)現(xiàn)，部署50吉瓦4小時(shí)儲(chǔ)能便可以滿足美國的峰值容量。
裴哲義表示，受限于資源稟賦的約束，我國電力系統(tǒng)靈活性資源十分有限。常規(guī)的火電機(jī)組調(diào)節(jié)深度一般在50%左右，經(jīng)過靈活性改造的火電機(jī)組調(diào)節(jié)深度大約可以達(dá)到60%乃至70%，但從“十三五”期間火電機(jī)組靈活性改造的進(jìn)展來看，實(shí)際情況遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于規(guī)劃目標(biāo)，而其他的靈活性資源如氣電價(jià)格昂貴且資源稀缺，抽水蓄能的建設(shè)受限于地勢條件?；谝陨戏治?，電化學(xué)儲(chǔ)能必將在我國未來電力系統(tǒng)中扮演重要的角色。
完善政策機(jī)制
增強(qiáng)儲(chǔ)能市場內(nèi)驅(qū)力
儲(chǔ)能的未來或許值得憧憬，但當(dāng)下的現(xiàn)實(shí)卻有幾分慘淡。經(jīng)過多年的發(fā)展，儲(chǔ)能成本有了明顯的下降，也基本上具備了商業(yè)化應(yīng)用的基礎(chǔ)，但要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模發(fā)展，亟待解決的是商業(yè)模式及投資回報(bào)機(jī)制等問題。
近年來，電化學(xué)儲(chǔ)能已應(yīng)用于電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)：用戶側(cè)通過峰谷差套利進(jìn)行需求響應(yīng)，其應(yīng)用主要分布于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)；電源側(cè)的主要商業(yè)模式是與火電或新能源電站聯(lián)合參與輔助服務(wù)，如青海、新疆等地區(qū)是新能源+儲(chǔ)能的重點(diǎn)應(yīng)用市場，可促進(jìn)新能源電站增發(fā)電量。而廣東和山西火儲(chǔ)聯(lián)合調(diào)頻服務(wù)的模式較為普遍；電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能主要分布在江蘇和河南、遼寧等地。過去，電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能商業(yè)模式以租賃為主，但隨著新的《輸配電價(jià)成本監(jiān)審辦法》的出臺這一模式已難以為繼。
盡管各種應(yīng)用場景下的儲(chǔ)能商業(yè)模式都在積極探索，但就目前來看，效果并不如人意。由于當(dāng)前電力市場缺乏反映儲(chǔ)能多重價(jià)值的價(jià)格機(jī)制和市場環(huán)境，使得儲(chǔ)能成本難以有效疏導(dǎo)，無論是在發(fā)電側(cè)、用戶側(cè)還是電網(wǎng)側(cè)，配置儲(chǔ)能都很難獲得可預(yù)期的穩(wěn)定收益，這導(dǎo)致“誰來為儲(chǔ)能買單”成為各方都不愿去面對的問題。今年上半年，數(shù)十省份出臺鼓勵(lì)新能源發(fā)電側(cè)配置儲(chǔ)能的政策，儲(chǔ)能的商業(yè)應(yīng)用逐漸轉(zhuǎn)移至發(fā)電側(cè)的趨勢明顯。
最近，新版《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》實(shí)施，要求電源應(yīng)具備足夠的調(diào)頻、快速提壓、調(diào)峰能力，新能源場站以及分布式電源的電壓和頻率耐受能力原則上與同步發(fā)電機(jī)組的電壓和頻率耐受能力一致，確保各類電源性能滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的要求。《導(dǎo)則》的實(shí)施和相關(guān)要求的提出，使新能源場站配置儲(chǔ)能成為滿足《導(dǎo)則》要求的重要選擇。部分地區(qū)也出臺了相關(guān)規(guī)定鼓勵(lì)新能源場站配置一定的儲(chǔ)能?！靶履茉吹某隽μ匦詻Q定了它客觀上需要配置一定的靈活調(diào)節(jié)電源來配合它運(yùn)行。當(dāng)然，在商業(yè)模式和分?jǐn)倷C(jī)制上，還需要政策和市場的進(jìn)一步完善，將儲(chǔ)能所發(fā)揮的綜合效益合理體現(xiàn)在收益回報(bào)上。”裴哲義說。
裴哲義表示，探索完善成熟的商業(yè)模式需要深入研究儲(chǔ)能參與調(diào)峰、調(diào)頻、備用等輔助服務(wù)的市場主體定位，同時(shí)在國家層面對儲(chǔ)能給與兩部制電價(jià)、容量電價(jià)等明確的電價(jià)機(jī)制，各地方政府也需根據(jù)當(dāng)?shù)貎?chǔ)能應(yīng)用情況量身定制可落地的支持政策?！澳壳昂芏嗟胤街挥姓{(diào)峰有政策，調(diào)頻的政策在一些省份陸陸續(xù)續(xù)地推出，備用現(xiàn)在基本上還沒有，價(jià)格機(jī)制的缺失讓現(xiàn)階段的儲(chǔ)能市場缺乏內(nèi)驅(qū)力?！迸嵴芰x說。
盡管我國儲(chǔ)能商業(yè)化道路頗為坎坷，但在實(shí)踐探索中仍出現(xiàn)了一些可圈可點(diǎn)的創(chuàng)新模式，如青海的共享儲(chǔ)能商業(yè)模式為全國推進(jìn)“共享儲(chǔ)能”提供了一個(gè)可參考的樣本。為深挖儲(chǔ)能電站調(diào)峰潛力，2018年，國網(wǎng)青海電力公司首次創(chuàng)新提出了“共享”理念。共享儲(chǔ)能服務(wù)的不是單一的新能源場站，而是多個(gè)不同類型的發(fā)電主體。2019年4月，國網(wǎng)青海電力新能源建設(shè)重點(diǎn)項(xiàng)目魯能海西州多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程儲(chǔ)能電站進(jìn)行了共享儲(chǔ)能交易試運(yùn)營，拉開了共享儲(chǔ)能模式應(yīng)用的序幕。
相對于儲(chǔ)能分散地分布在各個(gè)新能源場站，共享儲(chǔ)能最大的優(yōu)勢在于可降低邊際成本、提高設(shè)備利用率、縮短投資回收期。“儲(chǔ)能的共享和眾籌都是具有普遍推廣價(jià)值的商業(yè)模式，同時(shí)對于儲(chǔ)能企業(yè)所需要具備的技術(shù)手段、計(jì)量方式、系統(tǒng)測算也提出了更高的要求?！迸嵴芰x說。
目前，儲(chǔ)能市場競逐者資質(zhì)參差不齊，賽道擁擠，既有深耕儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)質(zhì)企業(yè)，也有存在投機(jī)心理的玩票選手。由于新能源發(fā)電側(cè)配置儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性欠佳，低價(jià)中標(biāo)的現(xiàn)象普遍存在，而質(zhì)量好、價(jià)格貴的儲(chǔ)能產(chǎn)品拿不到市場份額，從而導(dǎo)致劣幣驅(qū)逐良幣?！皟?chǔ)能安裝上去之后，如果質(zhì)量很差，不僅不能起到應(yīng)有的作用，還會(huì)對新能源場站自身產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)，一旦故障發(fā)生，還可能會(huì)對電力系統(tǒng)造成一定的影響。”裴哲義說。
裴哲義表示，儲(chǔ)能未來發(fā)展需要高度重視電化學(xué)儲(chǔ)能的安全問題，這包括深入開展電池系統(tǒng)火災(zāi)蔓延的影響規(guī)律研究，建立電池?zé)崾Э仡A(yù)警模型，制定電池系統(tǒng)安全防護(hù)體系和防護(hù)裝置關(guān)聯(lián)控制策略，開發(fā)清潔高效的電池安全防護(hù)裝置，有效抑制電池?zé)崾Э財(cái)U(kuò)散及火災(zāi)蔓延，加快制定和完善電化學(xué)儲(chǔ)能電站消防安全有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等。“從電池本體到BMS再到系統(tǒng)集成，從場地的設(shè)計(jì)到施工運(yùn)維，每個(gè)環(huán)節(jié)都要考慮消防安全問題。最近青海和甘肅一些集中式的項(xiàng)目從場地設(shè)計(jì)都開始考慮消防的問題，說明消防安全意識在儲(chǔ)能的實(shí)踐中已經(jīng)有了明顯提升，這就是一個(gè)很大的進(jìn)步?！迸嵴芰x說，“同時(shí)，電化學(xué)儲(chǔ)能的發(fā)展伴隨著電動(dòng)汽車的興起而實(shí)現(xiàn)了成本快速下降，但電力系統(tǒng)中的儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)模較大，對于集成技術(shù)和安全消防要求更高，需要針對電池模塊缺陷、BMS缺陷、充放電時(shí)間、充放電功率達(dá)不到設(shè)計(jì)值、電池一致性差等問題，在技術(shù)上不斷優(yōu)化、提出改進(jìn)措施。”
