時(shí)智勇 王彩霞
（國(guó)網(wǎng)能源研究院有限公司新能源與統(tǒng)計(jì)研究所）
“雙碳”目標(biāo)的確立為新能源發(fā)展按下了加速鍵。2020年12月，我國(guó)在氣候雄心峰會(huì)上宣布，到2030年，風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億千瓦以上。然而，新能源具有隨機(jī)性和波動(dòng)性，未來(lái)大規(guī)模、高比例新能源并網(wǎng)將對(duì)電力系統(tǒng)規(guī)劃、運(yùn)行帶來(lái)更大挑戰(zhàn)。儲(chǔ)能作為優(yōu)質(zhì)的靈活調(diào)節(jié)資源，可以在不同時(shí)間尺度提供多種價(jià)值的服務(wù)，必然伴隨著新能源發(fā)電同步發(fā)展。當(dāng)前，電力系統(tǒng)儲(chǔ)能已頗具規(guī)模，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，成為電力系統(tǒng)規(guī)劃、運(yùn)行不可或缺的元素，相關(guān)的示范應(yīng)用、價(jià)格機(jī)制、參與電力市場(chǎng)等應(yīng)用和研究不斷深入。隨著儲(chǔ)能的快速發(fā)展，與其相關(guān)的基礎(chǔ)性、原則性、角色定位等問(wèn)題還有待明確。
一、儲(chǔ)能大規(guī)模應(yīng)用的基礎(chǔ)性問(wèn)題
一是電力系統(tǒng)儲(chǔ)能的基本概念需要明確。儲(chǔ)能的種類龐雜，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）對(duì)儲(chǔ)能的定義為：通過(guò)設(shè)備或者物理介質(zhì)，將能量存儲(chǔ)起來(lái)，并在需要時(shí)釋放出來(lái)。電能屬于二次能源，國(guó)內(nèi)外尚未對(duì)電力系統(tǒng)儲(chǔ)能做出明確的定義，從功能上看，電力系統(tǒng)儲(chǔ)能可以定義為：通過(guò)一種介質(zhì)或者設(shè)備，把電力系統(tǒng)的電能存儲(chǔ)起來(lái)，在電力系統(tǒng)需要能量或功率支撐時(shí)，以電能的形式釋放到電力系統(tǒng)的循環(huán)過(guò)程。電力系統(tǒng)儲(chǔ)能的基本特征應(yīng)該是雙向的，基本形式為電能，存儲(chǔ)形式可以多樣化，通常所說(shuō)的儲(chǔ)熱、儲(chǔ)氫、蓄冷等最終以熱、氫、冷形式釋放更適合歸為電力負(fù)荷。
二是電力系統(tǒng)儲(chǔ)能的單位表述應(yīng)更加準(zhǔn)確。傳統(tǒng)電力設(shè)施的裝機(jī)容量通常以功率來(lái)表征，如瓦、千瓦。然而儲(chǔ)能與常規(guī)電力設(shè)施不同，不僅具有電力屬性還具有能量屬性，二者不可分離，缺失任何一個(gè)參數(shù)都不能準(zhǔn)確表達(dá)儲(chǔ)能的基本性能。目前，對(duì)儲(chǔ)能單位的描述比較混亂，如諸多資料將儲(chǔ)能容量描述為千瓦時(shí)或者兆瓦時(shí)等能量單位，與電力系統(tǒng)裝機(jī)容量定義相反。因此，電力系統(tǒng)儲(chǔ)能無(wú)論從裝機(jī)、規(guī)模、還是容量上看都應(yīng)該同時(shí)標(biāo)稱電力和能量?jī)蓚€(gè)參數(shù)。
三是電力系統(tǒng)儲(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域的合理劃分有利于分類施策。儲(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，涵蓋了電力系統(tǒng)發(fā)輸配用各個(gè)環(huán)節(jié)，從功能特征來(lái)看，包括調(diào)峰、調(diào)頻、備用、延緩輸配電網(wǎng)改造等；從應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)看，包括新能源并網(wǎng)、輔助服務(wù)、火電機(jī)組配置儲(chǔ)能、戶用儲(chǔ)能等。在美國(guó)，一般采用表前（Front of the Meter，F(xiàn)TM）和表后（Behind the Meter，BTM）對(duì)儲(chǔ)能進(jìn)行區(qū)分，美國(guó)儲(chǔ)能協(xié)會(huì)定義表前儲(chǔ)能主要是連接到輸配電網(wǎng)或發(fā)電資產(chǎn)，可獨(dú)立參加批發(fā)市場(chǎng)；表后主要在商業(yè)、工業(yè)或居民用戶表計(jì)之后，主要參與零售交易。從我國(guó)當(dāng)前電力管理體制出發(fā)，按電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)分類相對(duì)清晰，其中電源側(cè)主要為各類電源表計(jì)之前配置的儲(chǔ)能，電網(wǎng)側(cè)主要為接入公用電網(wǎng)的儲(chǔ)能，用戶側(cè)主要為用戶表計(jì)之后配置的儲(chǔ)能。合理劃分儲(chǔ)能有利于分類施策、分類管理。
四是電力系統(tǒng)儲(chǔ)能的身份和屬性宜明確認(rèn)定。儲(chǔ)能具有充電、放電特性，具有電源和負(fù)荷的雙重屬性，對(duì)儲(chǔ)能身份和屬性的認(rèn)定直接關(guān)系到儲(chǔ)能應(yīng)用。如2017年，英國(guó)發(fā)布“英國(guó)智能靈活能源系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略”對(duì)儲(chǔ)能進(jìn)行了明確定義，將儲(chǔ)能的市場(chǎng)身份由此前歸屬的終端負(fù)荷改為發(fā)電資源，由此結(jié)束了對(duì)儲(chǔ)能充電和放電的雙重收費(fèi)。目前，電源側(cè)、用戶側(cè)儲(chǔ)能身份界定相對(duì)明確，對(duì)于接入公用電網(wǎng)的儲(chǔ)能，其電源、負(fù)荷屬性尚需明確，這直接關(guān)系到該類儲(chǔ)能應(yīng)當(dāng)履行的責(zé)任、并網(wǎng)管理、調(diào)度運(yùn)行以及電價(jià)政策等，具體作為單一身份或者雙重身份可根據(jù)管理要求加以確定。
二、高比例新能源電力系統(tǒng)中儲(chǔ)能的應(yīng)用
從規(guī)劃方面看，保障高比例新能源電力系統(tǒng)的電力可靠供應(yīng)和安全穩(wěn)定運(yùn)行宜按各類靈活性資源必要性、安全性、經(jīng)濟(jì)性排序，合理制定儲(chǔ)能發(fā)展規(guī)模。儲(chǔ)能雖然可以廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)，但從功能和成本上看具有可替代性。靈活性資源主要包括：燃煤機(jī)組、燃?xì)鈾C(jī)組、抽水蓄能、電化學(xué)儲(chǔ)能、電網(wǎng)輸電通道、需方響應(yīng)資源等。當(dāng)前，儲(chǔ)能成本仍然不具備競(jìng)爭(zhēng)力。在進(jìn)行靈活性資源規(guī)劃時(shí)，應(yīng)與新能源和傳統(tǒng)電源協(xié)調(diào)發(fā)展，優(yōu)先挖掘存量靈活性資源潛力，加快推動(dòng)火電靈活性改造、需求側(cè)響應(yīng)、通道靈活運(yùn)行等見(jiàn)效快、成本低、影響范圍廣的措施，在現(xiàn)有靈活性資源不能滿足系統(tǒng)運(yùn)行需要時(shí)可新增電化學(xué)儲(chǔ)能等，實(shí)現(xiàn)規(guī)模、結(jié)構(gòu)和布局的綜合優(yōu)化。
從調(diào)度運(yùn)行方面看，接入公用電網(wǎng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)參考傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組實(shí)行“統(tǒng)一調(diào)度、分級(jí)管理”。在按照儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模進(jìn)行分級(jí)管理、分級(jí)調(diào)度的基礎(chǔ)上，可分場(chǎng)景、分目標(biāo)實(shí)行儲(chǔ)能優(yōu)先調(diào)度?？紤]電網(wǎng)整體運(yùn)行效率及局部調(diào)節(jié)需求，用于保障局部尖峰供電、緩解線路設(shè)備過(guò)載、保障配電網(wǎng)供電可靠性等功能的儲(chǔ)能由地調(diào)（縣調(diào)）優(yōu)先調(diào)度；用于系統(tǒng)調(diào)頻、調(diào)峰以及電網(wǎng)暫態(tài)控制的儲(chǔ)能由省調(diào)優(yōu)先控制；用于跨省跨區(qū)調(diào)峰、保障直流輸電等功能的儲(chǔ)能可由網(wǎng)調(diào)優(yōu)先控制。
從電力市場(chǎng)建設(shè)方面看，秉持技術(shù)中立，建立公平的儲(chǔ)能參與電力市場(chǎng)準(zhǔn)入規(guī)則。對(duì)于能夠通過(guò)市場(chǎng)盈利的應(yīng)用領(lǐng)域，應(yīng)建立和完善市場(chǎng)機(jī)制，確立儲(chǔ)能市場(chǎng)主體地位，給予儲(chǔ)能與市場(chǎng)其他主體同臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)的公平環(huán)境。市場(chǎng)建設(shè)也并非一蹴而就，如2018年美國(guó)聯(lián)邦能源管理委員會(huì)（FERC）發(fā)布841號(hào)法令，目的是消除儲(chǔ)能進(jìn)入容量、能量和輔助服務(wù)市場(chǎng)的障礙，法令發(fā)布后遭到了全美公用事業(yè)監(jiān)管委員協(xié)會(huì)（NARUC）、愛(ài)迪生電力研究所等機(jī)構(gòu)上訴，經(jīng)過(guò)兩年多的時(shí)間才得以通過(guò)。英國(guó)從2016年開(kāi)始允許包括電化學(xué)儲(chǔ)能在內(nèi)的新興儲(chǔ)能參與容量市場(chǎng)競(jìng)拍，經(jīng)過(guò)兩輪拍賣(mài)后，由于市場(chǎng)歧視問(wèn)題，歐洲法院裁定暫停英國(guó)容量市場(chǎng)競(jìng)拍。不過(guò)，儲(chǔ)能進(jìn)入市場(chǎng)的趨勢(shì)是不變的。2020年10月，F(xiàn)ERC發(fā)布2222號(hào)法令，允許分布式光伏、用戶側(cè)儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車(chē)和智能電器等各類分布式資源進(jìn)入批發(fā)市場(chǎng)。我國(guó)中長(zhǎng)期電力市場(chǎng)、部分現(xiàn)貨市場(chǎng)、調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)、絕大數(shù)調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)均將儲(chǔ)能納入交易市場(chǎng)成員。
從安全管理方面看，高度重視儲(chǔ)能消防安全，將儲(chǔ)能設(shè)備列為特定消防對(duì)象。全球儲(chǔ)能電站火災(zāi)事故統(tǒng)計(jì)顯示，電池電芯缺陷以及電池管理系統(tǒng)的不可靠是導(dǎo)致事故的主要原因，隨著電池老化、環(huán)境變化，以鋰離子電池為代表的部分電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)生火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)一直存在并可能持續(xù)提升。一方面，制定并實(shí)施嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)規(guī)范可大大降低火災(zāi)事故發(fā)生概率，如美國(guó)儲(chǔ)能系統(tǒng)和設(shè)備的安全標(biāo)準(zhǔn)UL9540，以及評(píng)價(jià)儲(chǔ)能系統(tǒng)熱失控?cái)U(kuò)散危險(xiǎn)性和消防措施有效性的大規(guī)模火燒測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)UL9540A等，對(duì)儲(chǔ)能安裝參數(shù)、間距、通風(fēng)、產(chǎn)生的熱量和氣體等方面進(jìn)行了規(guī)范。另一方面，構(gòu)建電力儲(chǔ)能安全管理體系，將儲(chǔ)能設(shè)備劃定為特定消防對(duì)象，制定儲(chǔ)能滅火的標(biāo)準(zhǔn)操作程序等。
三、新能源配置儲(chǔ)能的發(fā)展趨勢(shì)
自2020年開(kāi)始，河南、內(nèi)蒙古、遼寧、湖南等省份均提出了優(yōu)先支持配置儲(chǔ)能的新能源發(fā)電項(xiàng)目。隨著國(guó)家“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的提出，各省加大了對(duì)新能源場(chǎng)站配置儲(chǔ)能的支持力度，山東、海南、貴州、寧夏等省份在2021年風(fēng)電、光伏項(xiàng)目競(jìng)爭(zhēng)性配置辦法中明確要求配置一定容量的儲(chǔ)能設(shè)施，新疆、廣西、江西等省份優(yōu)先支持承諾配置儲(chǔ)能設(shè)施的新能源電站開(kāi)發(fā)。儲(chǔ)能伴隨新能源的發(fā)展而發(fā)展，從最初的鼓勵(lì)配置儲(chǔ)能到當(dāng)前的要求配置儲(chǔ)能，隨著新能源并網(wǎng)比例的提升，預(yù)計(jì)越來(lái)越多的新能源將自發(fā)配置儲(chǔ)能或購(gòu)買(mǎi)儲(chǔ)能的相關(guān)服務(wù)。
一是配置儲(chǔ)能可降低新能源發(fā)電的系統(tǒng)成本。近年來(lái)，隨著新能源接入電網(wǎng)的比例提升，新能源系統(tǒng)成本逐漸被關(guān)注。新能源系統(tǒng)成本一般認(rèn)為是新能源接入后相較于無(wú)新能源系統(tǒng)額外增加的投資及運(yùn)行成本，包括備用電源配置成本、平衡成本、電網(wǎng)成本等。初步研究顯示，新能源電量滲透率超過(guò)15%后，系統(tǒng)成本進(jìn)入快速增長(zhǎng)臨界點(diǎn)。風(fēng)電、光伏不再享受中央財(cái)政補(bǔ)貼后，為提高上網(wǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，可通過(guò)配置儲(chǔ)能有效提升新能源的可調(diào)度性，降低系統(tǒng)成本。
二是配置儲(chǔ)能是新能源履行系統(tǒng)責(zé)任的重要技術(shù)路徑。構(gòu)建新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，需要新能源承擔(dān)作為主力電源的系統(tǒng)責(zé)任，2019年修訂頒布的《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)》由電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，提出新能源場(chǎng)站應(yīng)提高調(diào)節(jié)能力，必要時(shí)應(yīng)配置燃?xì)怆娬?、抽水蓄能電站、?chǔ)能電站等靈活調(diào)節(jié)資源。部分省份已經(jīng)要求新能源機(jī)組具備一次調(diào)頻等常規(guī)機(jī)組具備的能力，電源同質(zhì)化是未來(lái)發(fā)展的基本趨勢(shì)。新能源配置儲(chǔ)能可有效履行系統(tǒng)責(zé)任，減少考核，避免預(yù)留發(fā)電容量。
三是配置儲(chǔ)能可有效提升新能源參與現(xiàn)貨市場(chǎng)盈利水平。由于新能源發(fā)電具有隨機(jī)性，難以實(shí)時(shí)跟隨現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)調(diào)整發(fā)電出力，實(shí)現(xiàn)利益最大化。通過(guò)配置儲(chǔ)能可靈活參與市場(chǎng)并提升履約能力，在現(xiàn)貨價(jià)格較低或者未能出清情況下給儲(chǔ)能充電，在現(xiàn)貨價(jià)格較高時(shí)放電獲得收益。如澳大利亞現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)劇烈，限價(jià)范圍大，新能源場(chǎng)站通常配置大容量?jī)?chǔ)能裝置，如315兆瓦的Hornsdale風(fēng)電場(chǎng)，2017年配置了100兆瓦/129兆瓦時(shí)的特斯拉電池，2019年，儲(chǔ)能擴(kuò)展到150兆瓦/194兆瓦時(shí)。儲(chǔ)能充分利用了新能源發(fā)電邊際成本低的特點(diǎn)，在現(xiàn)貨價(jià)格較低時(shí)充電，在用電高峰現(xiàn)貨價(jià)格較高時(shí)放電，極大提升了新能源電站的盈利能力。
高比例新能源電力系統(tǒng)的儲(chǔ)能應(yīng)用由成本、技術(shù)、市場(chǎng)、管理等多項(xiàng)因素綜合決定，是一個(gè)不斷探索、不斷調(diào)整、不斷豐富的過(guò)程，契合電力系統(tǒng)運(yùn)行需求，找準(zhǔn)功能定位，將在高比例新能源電力系統(tǒng)中扮演越來(lái)越重要的角色。
