中國儲能網訊：能源安全是關系國家經濟社會發(fā)展的全局性、戰(zhàn)略性問題。2014年6月13日，習近平總書記提出“四個革命、一個合作”能源安全新戰(zhàn)略，推動了新時代能源革命發(fā)展進程。我國能源轉型以保障能源安全、踐行綠色發(fā)展為核心，其中，高比例新能源的供給與消納是新型電力系統(tǒng)建設的主線任務，是實現“雙碳”目標的關鍵。我國新能源發(fā)電量和裝機占比持續(xù)提升，截至2023年底，全國并網風電和太陽能發(fā)電合計裝機規(guī)模達到10.5億千瓦，在我國電力裝機總規(guī)模中占比36%，發(fā)電量占比超過15%。由于新能源發(fā)電具有隨機性、波動性和間歇性特點，系統(tǒng)調節(jié)資源需求大，對電力系統(tǒng)的安全和高效運行帶來了新挑戰(zhàn)。儲能能夠為電網運行提供調峰、調頻、調壓、備用、黑啟動等多種服務，是提升傳統(tǒng)電力系統(tǒng)靈活性、穩(wěn)定性和安全性的重要手段。截至2023年底，全國已投運抽水蓄能50.6吉瓦，新型儲能31.39吉瓦，其中，鋰離子電池占新型儲能絕對主導地位，其他類型的新型儲能技術也不斷涌現，總體呈現多元化發(fā)展態(tài)勢。新型儲能通過科技創(chuàng)新引領產業(yè)發(fā)展，為構建安全可靠、清潔低碳、經濟高效的新型能源體系提供助力，成為發(fā)展能源新質生產力的一個重要內容。
儲能定位：新型電力系統(tǒng)的“調節(jié)器”
近年來，我國政府出臺了一系列利好政策支持儲能產業(yè)發(fā)展。早在2014年，國務院就發(fā)布了《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃（2014~2020年）》，指出儲能是未來重點創(chuàng)新領域之一。2017年，我國大規(guī)模儲能技術及應用發(fā)展的首個指導性政策《關于促進儲能產業(yè)與技術發(fā)展的指導意見》（發(fā)改能源〔2017〕1701號）正式發(fā)布。2021年，“十四五”期間首個國家層面的綜合性儲能政策《關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》（發(fā)改能源規(guī)〔2021〕1051號）出臺，規(guī)劃了新型儲能在未來十年的總體發(fā)展目標。2024年，“發(fā)展新型儲能”首次納入政府工作報告。相關政策大力推動了新型儲能產業(yè)的發(fā)展：2018年，新型儲能累計裝機規(guī)模首次突破“吉瓦”大關，2022年累計裝機突破10吉瓦，2023年累計裝機突破30吉瓦，新型儲能產業(yè)邁入加速發(fā)展期。
火電是傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的“壓艙石”，儲能是新型電力系統(tǒng)的“壓艙石”。盡管火電同樣具有靈活性調節(jié)功能，但若新能源大規(guī)模發(fā)展，僅僅依靠火電的調節(jié)是遠遠不夠的，必須要有具備“儲電”和“放電”功能的儲能技術參與調節(jié)。另外，火電與新能源發(fā)電存在發(fā)電量占比的直接競爭關系。因此，隨著儲能成本的快速下降，火電的有序退出（但不是完全退出）是新能源大規(guī)模發(fā)展的必然要求和結果。
儲能可分別應用于電源側、電網側和用戶側，具有不同的功能定位。在電源側，儲能能夠平滑功率輸出波動，儲存高峰電力，降低其對電力系統(tǒng)的沖擊，提高新能源場站跟蹤計劃出力的能力，為新能源場站的建設和運行提供備用能源。在電網側，儲能在提高電網調頻能力方面，可減少因頻繁切換造成的傳統(tǒng)調頻電源損耗；在提升電網調峰能力方面，可根據電源和負荷變化及時可靠地響應調度指令，并根據指令改變其出力水平。在用戶側，儲能可以為用戶提供可靠的應急電源，改善電能質量；或者利用峰谷電價的差價，為用戶節(jié)省開支。
盡管有上述重要作用，但目前新型儲能尚存在成本疏導和并網調度問題，儲能電站的盈利情況普遍不及預期，新型儲能的性能水平也有待進一步提升，因此，需要我們推進儲能產業(yè)的技術創(chuàng)新和機制創(chuàng)新，為新能源的大規(guī)模安全發(fā)展和“雙碳”目標的順利實現提供重要支撐。
技術創(chuàng)新：安全是基礎，經濟是核心，綠色是保障
新型儲能的安全解決方案
安全是儲能應用的基礎。儲能設備作為含能載體，不可能做到絕對安全，但是有可能達到本質安全，也就是在正常工況或規(guī)定濫用條件下均不會發(fā)生熱失控。而非本質安全是：當儲能載體發(fā)生熱失控后，通過外部滅火、降溫等安全措施阻止進一步的熱蔓延或爆炸。
儲能載體的本質安全包含系統(tǒng)、模組和電芯三個不同級別的本質安全。其中，系統(tǒng)級別的本質安全最容易做到，只要求儲能系統(tǒng)內電池模組熱失控后不能蔓延到整個系統(tǒng)；模組級別的本質安全則要求更高：若模組內某個電池單體發(fā)生了熱失控，必須有措施確保熱失控不會蔓延到模組里的其他電池；而電芯級別的本質安全最難達到：要求電芯單體在正常工況及一定濫用條件下，不會發(fā)生熱失控。
目前，電芯級別的本質安全技術有三個主要方向：水系電解液技術、固態(tài)電解質技術和安全劑注入電芯內部技術。前兩者是將易燃電解液改性為非易燃，從而大幅提高電池熱失控臨界溫度；后者是在不改變有機電解液屬性的前提下，通過把安全劑注入電池內部方式，在電池故障早期就切斷電池內部反應，防止其發(fā)生熱失控。只有做到電芯級別的本質安全，新型電化學儲能才有“資格”支撐新能源的大規(guī)模發(fā)展。
新型儲能的成本下降趨勢
成本是儲能應用的核心。如果儲能的度電成本過高，那么寧愿選擇棄風棄光，也不會采用儲能設備儲存電量。
2023年，受上游原材料成本下跌及產業(yè)規(guī)模擴大等因素的影響，鋰離子電池價格不斷下行，目前國內電芯價格已低于0.4元/瓦時，綜合考慮系統(tǒng)效率和運維成本等因素，鋰電儲能的全生命周期度電成本已經降至0.40~0.45元的水平。
2023年，儲能電池價格大幅下降對上游和中游企業(yè)造成了一定競爭壓力，但同時也為電池儲能提供了進一步降本增效的基礎。除了降低電池制造成本以外，采用創(chuàng)新技術提高電池循環(huán)壽命是降低儲能度電成本的另一個重要方向。未來，隨著電池補鋰和修復再生技術的開發(fā)和應用，新型儲能專用鋰離子電池預計儲能壽命可達15年以上，儲能度電成本在2026年可降至0.30元，2030年前降至0.20元，低于抽水蓄能的度電成本。
2023年，光伏和風力發(fā)電的平均度電成本已經低于0.3元。在一類光照地區(qū)，光伏發(fā)電的度電成本甚至低于0.2元。因此，在2030年之前，一類光照地區(qū)“分布式光伏+儲能”的平均度電成本將有極大的概率降至0.3元的綜合利用水平。在新型儲能的加持下，分布式能源的發(fā)展將勢不可擋。
新型儲能的綠色發(fā)展之路
綠色是儲能可持續(xù)發(fā)展的保障。2023年8月，歐盟《電池與廢電池法規(guī)》正式生效，對電池企業(yè)提出電池護照、電池回收以及碳足跡的強制性要求。因此，進行全生命周期碳排放管理，是企業(yè)應對綠色貿易壁壘、增強產品競爭力的必要途徑。綠色儲能產品的開發(fā)應從電池設計環(huán)節(jié)即考慮全生命周期的碳排放影響因素，盡量采用綠色材料和可再生材料、縮短生產工藝流程、延長電池使用壽命、采用易于拆解和回收的電池結構等。制造技術的升級是新型儲能綠色化發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，生產效率和管理水平的提高、綠色電力使用比例的提升都有助于降低電池生產過程的碳排放。此外，綠色儲能標準體系的建立有助于推動儲能產業(yè)加強綠色發(fā)展理念，構建完善的市場評價和選擇依據，更好地與國際市場接軌。
鋰離子電池產業(yè)的發(fā)展加劇了全球各國對鋰資源的爭奪，中、日、美、歐、澳相繼將鋰列為戰(zhàn)略性金屬。全球鋰資源豐富，但分布不均，從儲量來說可以滿足全球動力和儲能鋰離子電池生產需求，但我國是全球最大的鋰離子電池生產國和出口國，鋰資源的供應受全球形勢影響較大。因此，保障鋰資源安全穩(wěn)定供應具有重要意義，除加強鋰資源的開采和布局外，必須對鋰離子電池材料的回收和利用率予以高度重視，開發(fā)易回收的儲能專用電池。目前，我國鋰離子電池回收利用市場整體還處于初級發(fā)展階段，電池回收率和材料再生率不高，綠色回收產業(yè)技術有待突破，同時需要進一步健全回收網絡和市場監(jiān)管，落實生產者責任延伸機制，保障電池資源可持續(xù)發(fā)展。
體制創(chuàng)新：新質生產力決定新型生產關系的發(fā)展
新型能源體系的變化趨勢
在“新能源發(fā)電+儲能”度電成本快速下降的驅動下，能源電力系統(tǒng)正在發(fā)生以下變化：
發(fā)電側：已有火電機組逐步由主力電源向調峰電源過渡，更多的光伏和風力發(fā)電機組將涌入發(fā)電環(huán)節(jié)。與此同時，以電化學儲能為代表的新型儲能系統(tǒng)，以及以就地消納新能源為主要目的的新質生產力產業(yè)（例如算力中心、新型制造業(yè)、可再生能源制氫等）將會圍繞新能源發(fā)電側布局，形成多能互補的局面，傳統(tǒng)意義上的發(fā)電側將逐漸由以虛擬電廠為代表的分布式能源替代。
輸電側：我國幅員遼闊，能源生產和消費存在地理空間上的錯位，國內新能源豐富地區(qū)基本上在“胡煥庸線”的西部和北部地區(qū)，而能源消費則以東南地區(qū)為主，東西部之間的資源稟賦與能源消費需求存在巨大差異，因此大電網架構將一直存在，并將持續(xù)推進柔性電網技術的發(fā)展，包括超高壓和特高壓輸電網絡的智能控制技術改造，以及電網側抽水蓄能電站和大型的、獨立新型儲能電站的建設與調用。
用電側：傳統(tǒng)的用電側也將因地制宜地引入分布式電源和儲能設施，在配電網基礎上發(fā)展以工商業(yè)微電網為代表的分布式能源系統(tǒng)，并與輸電網進行雙向互動。通過峰谷價差等價格信號實施需求響應，微電網的電力用戶可根據電力價格信號和有關激勵機制以及電網對負荷調整的需求做出響應，電動汽車及工商業(yè)儲能系統(tǒng)也可根據需要參與系統(tǒng)的削峰填谷。
上述能源電力系統(tǒng)發(fā)展趨勢正是未來能源革命的趨勢，體現了能源新質生產力的崛起和發(fā)展?！吧a力決定生產關系”，為了適應新質生產力的發(fā)展要求，生產關系也必須隨之發(fā)生變化。
“管住中間，放開兩頭”
“中間”是包含電網側儲能在內的輸電網，“兩頭”在傳統(tǒng)意義上是指發(fā)電側和用戶側，在新型電力系統(tǒng)中還包含了新能源和儲能在內的分布式能源系統(tǒng)（虛擬電廠和工商業(yè)微電網）。
“管住中間”的目的是打破電網壟斷，確保電網企業(yè)不參與市場競爭性業(yè)務，保證電網運營的公正性和透明度。新能源電力的并網調度和新型儲能電站的調用是新型電力系統(tǒng)建設面臨的重要挑戰(zhàn)。新能源發(fā)電比例的提升增加了電網調度的難度，分布式電源和新型儲能快速發(fā)展帶來大量分散調控對象的接入需求，同時終端用電負荷呈現增長快、變化大、多樣化的新趨勢，使電力負荷預測和協(xié)調難度加大。另外，在電力體制方面，電網企業(yè)作為輸配電環(huán)節(jié)的主體機構，缺乏主動調用新能源電力和新型儲能的底層動力，電力市場化程度有待提高。為了適應未來的能源發(fā)展需求，應在全國統(tǒng)一電力市場體系的基礎上，持續(xù)推進區(qū)域電網建設和輸配電分離體制改革，改變傳統(tǒng)大電網集中調度模式，建立適應分布式能源系統(tǒng)的輸電、配電和售電機制。通過壟斷性業(yè)務（輸電網）和競爭性業(yè)務（配售電公司）的徹底分離，鼓勵配電網投資建設運營的市場化競爭，基于配電網的需求響應價格機制，引導分布式能源、虛擬電廠等向電網滲透，通過市場價格反映真實供求關系，為新能源市場交易創(chuàng)造條件。
“放開兩頭”是引入市場競爭機制，形成多元化的供電和售電主體結構，增強電力市場的活力和效率。新能源發(fā)電側，需抓緊修訂《可再生能源法》，出臺考慮儲能在內的新能源發(fā)電并網指導規(guī)范。結合陸地“一帶一路”建設發(fā)展分布式能源，推動制造業(yè)和能耗產業(yè)向西部和北部等富能地區(qū)轉移，突破能源“胡煥庸線”，在新能源豐富地區(qū)積極引入新質生產力產業(yè)（如算力中心、新型制造業(yè)等）。用戶側儲能的核心價值在于用電的應急需求，以及與分布式光伏、風電匹配的支撐價值，因此，需打破隔墻售電壁壘，推進輸配分離，因地制宜、因時制宜發(fā)展以工商業(yè)微網為代表的分布式能源系統(tǒng)，加大推動“分布式光伏+儲能”、臺區(qū)配儲、離網配儲、海島多能互補、園區(qū)微電網、光儲充、通信基站、數據中心等典型細分應用場景建設。
“還原能源的商品屬性”
得益于我國能源保供能力的不斷提升和強大的宏觀調控能力，我國電力價格長期穩(wěn)定，為用戶提供了相對穩(wěn)定的能源供應環(huán)境。但同時行政干預未完全破除，導致市場缺乏充分競爭，非公資本在能源市場中處于不公平競爭狀態(tài)，能源行業(yè)市場集中度高、壟斷等現象依舊存在。未來，新能源發(fā)電占比大幅提升，包括新型儲能在內的靈活性調節(jié)資源將成為新型電力系統(tǒng)的重要支撐，分布式能源系統(tǒng)的建設也將加快發(fā)展。
當前，我國電力市場靈活性調節(jié)資源價值還沒有充分體現，為了加快推進新能源和新型儲能參與電力市場交易，應加快推動形成由市場決定能源價格的交易機制，完善電力現貨市場和輔助服務市場的建設，促進市場主體多元化競爭，充分發(fā)揮市場化價格機制對電力資源的配置作用。分布式能源的建設應考慮其單體容量小、數量多、布點分散的特點，積極探索創(chuàng)新商業(yè)模式和多元化盈利模式，以虛擬電廠、工商業(yè)微電網等形式進行能源的有效聚合和集中調控，提供靈活多樣的供需資源匹配服務。
在市場主導的交易體系中，能源價格充分反映自身的稀缺程度和供需關系，同時也要滿足綠色發(fā)展的需求。目前，新能源的綠色價值還沒有充分體現，綠證自愿認購的激勵機制不足、綠色電力消費的環(huán)境溢價效用未能得到體現，因此，應盡快建立和完善體現新能源綠色價值的政策體系，實現電力市場和碳市場的協(xié)同發(fā)展。
前景展望：“新能源發(fā)電+儲能”，春天即將到來
根據國家能源局發(fā)布數據，2023年，中國火力發(fā)電仍然是絕對的主力，占據了全國發(fā)電量的69.95%，發(fā)電量高達62318億千瓦時，不降反升，同比增長了6.10%。而太陽能發(fā)電產出2939.68億千瓦時，雖然同比增長了17.17%，但總發(fā)電量只占3.3%。新能源發(fā)展任重道遠。因此，在光伏和儲能成本迅速下降的產業(yè)背景下，以及近幾年極端天氣風險和地緣政治沖突風險驟升的情況下，希望火電的有序退出能夠成為戰(zhàn)略性的能源發(fā)展方向，從政策方向上推動包含儲能和就地消納因素在內的分布式能源的發(fā)展。
最近三年，各地在“全面開花”建設抽水蓄能電站，電站建設成本也由早期的50~65億元/吉瓦，上升到70~80億元/吉瓦，換算成全生命周期度電成本，已經接近0.30元了。考慮新型儲能度電成本的快速下降（2026年約0.30元，2030年約0.20元），以及新型儲能安全性和綠色度的提升，預計在2030年碳達峰之前，新型儲能的優(yōu)勢將超過抽水蓄能，成為新能源大規(guī)模發(fā)展、特別是分布式能源發(fā)展的支撐技術。因此，需要我們前瞻性考慮抽水蓄能的建設規(guī)模和合理布局，避免造成2030年后抽水蓄能產能的結構性過剩。
對于能源革命，我們要有信心，千萬不能以“能源安全”為由，拒絕調整生產關系，阻礙新質生產力的發(fā)展。與能源行業(yè)同等重要的糧食食品行業(yè)在上世紀九十年代完成了市場改革，并在過去的30年里持續(xù)改進和完善，很好地支撐了中國式現代化的進程。在儲能、特別是新型儲能的支持下，新能源的大規(guī)模發(fā)展是必然趨勢，這需要我們從技術創(chuàng)新和體制創(chuàng)新兩方面做好準備，推動能源領域新質生產力和新型生產關系的協(xié)調發(fā)展，順利實現“雙碳”目標。
本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》（上旬刊）2024年第5期，作者單位：陳永翀、馮彩梅、何穎源（清華四川能源互聯網研究院綠色儲能研究所），劉勇（中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應用分會）
