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摘要：抽水蓄能和新型儲(chǔ)能協(xié)同發(fā)展對(duì)實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型有積極推動(dòng)作用，但適應(yīng)新型電力系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)程的抽水蓄能和新型儲(chǔ)能如何協(xié)同發(fā)展尚無定論。結(jié)合新型電力系統(tǒng)不同時(shí)間尺度儲(chǔ)能需求和儲(chǔ)能發(fā)展現(xiàn)狀分析明確抽水蓄能和新型儲(chǔ)能功能定位和發(fā)展趨勢(shì)，并適應(yīng)新型電力系統(tǒng)建設(shè)需求基于規(guī)劃定位—技術(shù)創(chuàng)新—運(yùn)維管理—運(yùn)營策略架構(gòu)提出抽水蓄能和新型儲(chǔ)能協(xié)同發(fā)展建議，為推動(dòng)儲(chǔ)能行業(yè)發(fā)展決策制定、促進(jìn)儲(chǔ)能行業(yè)良性發(fā)展提供戰(zhàn)略支撐。
0 引言
新型電力系統(tǒng)構(gòu)建大背景下，風(fēng)電、光伏等可再生能源大規(guī)模高比例發(fā)展，風(fēng)光出力的強(qiáng)隨機(jī)性和波動(dòng)性、用電負(fù)荷的日益尖峰化、極端氣候影響等給電力電量平衡帶來巨大困難，源、荷實(shí)時(shí)平衡模式愈發(fā)困難。高比例電力電子裝備導(dǎo)致系統(tǒng)的慣量、短路容量、調(diào)頻調(diào)壓能力等關(guān)鍵調(diào)節(jié)能力受到安全性制約，電力系統(tǒng)的電源承載規(guī)模存在飽和效用。“保供應(yīng)”、“保安全”、“保消納”成為貫穿新型電力系統(tǒng)各個(gè)發(fā)展階段的核心問題，著力提升電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)和主動(dòng)支撐能力的充裕度是應(yīng)對(duì)中國能源結(jié)構(gòu)安全轉(zhuǎn)型的有效方式。
儲(chǔ)能是重要的靈活調(diào)節(jié)資源，“十四五”期間中國相繼發(fā)布700余項(xiàng)儲(chǔ)能相關(guān)政策，從規(guī)劃推進(jìn)、示范應(yīng)用、規(guī)范管理、電價(jià)改革、多元應(yīng)用等多層級(jí)推動(dòng)儲(chǔ)能發(fā)展、加快儲(chǔ)能布局提升系統(tǒng)調(diào)蓄能力、滿足系統(tǒng)日益增大的調(diào)蓄需求。且隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)程推進(jìn)，新型儲(chǔ)能成本進(jìn)一步降低，抽水蓄能不再具有絕對(duì)成本優(yōu)勢(shì)，新型儲(chǔ)能和抽水蓄能并重發(fā)展成為趨勢(shì)。抽水蓄能和新型儲(chǔ)能在調(diào)節(jié)能力、響應(yīng)速度、建設(shè)條件、建設(shè)規(guī)模等方面具有一定互補(bǔ)性，明確抽水蓄能和新型儲(chǔ)能的規(guī)劃定位，針對(duì)電力系統(tǒng)的不同調(diào)節(jié)需求，融合各項(xiàng)儲(chǔ)能技術(shù)特性協(xié)同配置，可以優(yōu)化不同儲(chǔ)能技術(shù)布局規(guī)模，避免冗余配置和資源浪費(fèi)。
然而單從規(guī)劃角度考慮抽水蓄能和新型儲(chǔ)能協(xié)同配置，受市場(chǎng)環(huán)境變化、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)缺失等因素影響，部分新型儲(chǔ)能項(xiàng)目盈利水平不高，存在新型儲(chǔ)能規(guī)劃與實(shí)際裝機(jī)差距較大、“建而不用”等問題。實(shí)際運(yùn)營困境極大地削減了社會(huì)面的新型儲(chǔ)能投資積極性，僅依靠政策配儲(chǔ)終究不是長久之計(jì)，難以脫離儲(chǔ)能理想與現(xiàn)實(shí)差距過大困境，無法最大化發(fā)揮儲(chǔ)能調(diào)節(jié)作用。為促進(jìn)儲(chǔ)能行業(yè)良性發(fā)展，適應(yīng)新型電力系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)程，企業(yè)作為儲(chǔ)能規(guī)?；l(fā)展的根本驅(qū)動(dòng)力，需要融合考慮抽水蓄能和新型儲(chǔ)能在技術(shù)水平、成本水平、收益水平等維度差異，為綜合運(yùn)營抽水蓄能和新型儲(chǔ)能提供多維度決策支撐。通過提升企業(yè)儲(chǔ)能綜合運(yùn)營收益刺激社會(huì)面投資儲(chǔ)能積極性，達(dá)到提升抽水蓄能和新型儲(chǔ)能全方位協(xié)同水平、充分發(fā)揮儲(chǔ)能效用的目的。
針對(duì)抽水蓄能和新型儲(chǔ)能多維度協(xié)同發(fā)展不平衡、不清晰問題，本文首先結(jié)合新型電力系統(tǒng)運(yùn)行特性分析不同時(shí)間尺度儲(chǔ)能的需求差異和不同儲(chǔ)能技術(shù)現(xiàn)狀，明確抽水蓄能和新型儲(chǔ)能在新型電力系統(tǒng)中的功能定位，研判抽水蓄能和新型儲(chǔ)能未來協(xié)同發(fā)展趨勢(shì)；然后從企業(yè)運(yùn)營盈利角度出發(fā)，為適應(yīng)新型電力系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)程，針對(duì)規(guī)劃定位、技術(shù)創(chuàng)新、運(yùn)維管理和運(yùn)營策略4個(gè)維度探索抽水蓄能和新型儲(chǔ)能協(xié)同發(fā)展，并提出可行建議，為企業(yè)運(yùn)營提供決策支撐，為儲(chǔ)能政策制定提供可靠參考，促進(jìn)儲(chǔ)能行業(yè)的良性發(fā)展。
1 新型電力系統(tǒng)儲(chǔ)能協(xié)同發(fā)展需求
分析“雙高”背景下新型電力系統(tǒng)的不確定性、時(shí)變性、非線性及復(fù)雜性增強(qiáng)，電力系統(tǒng)運(yùn)行面臨低慣性、寬頻振蕩、電壓頻率不穩(wěn)定等問題，需著力提升電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力。風(fēng)電、光伏等在不同時(shí)間尺度均存在不穩(wěn)定性，需要擴(kuò)展多時(shí)間尺度儲(chǔ)能需求應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)在不同時(shí)間尺度的調(diào)節(jié)需求。
超短時(shí)間尺度（ms至s級(jí)）通過配置ms級(jí)響應(yīng)能力儲(chǔ)能提高系統(tǒng)一次調(diào)頻能力；短時(shí)間尺度（min至h級(jí)）通過配置min級(jí)響應(yīng)能力儲(chǔ)能重點(diǎn)解決新能源機(jī)組短時(shí)出力波動(dòng)性帶來的系統(tǒng)頻率和潮流控制困難問題；日內(nèi)時(shí)間尺度通過配置可數(shù)h持續(xù)放電儲(chǔ)能重點(diǎn)解決風(fēng)電反調(diào)峰特性造成系統(tǒng)調(diào)峰壓力過大和光伏在負(fù)荷晚高峰無法頂峰等問題；多日、周時(shí)間尺度通過配置可持續(xù)放電1d及以上儲(chǔ)能重點(diǎn)解決新能源受極端氣象影響導(dǎo)致在較長時(shí)間尺度的電力供應(yīng)不足問題。
如圖1所示，以中國碳中和轉(zhuǎn)型路徑為基礎(chǔ)邊界對(duì)低儲(chǔ)能方案、基準(zhǔn)儲(chǔ)能方案和高儲(chǔ)能方案在新型電力系統(tǒng)不同階段的儲(chǔ)能需求進(jìn)行測(cè)算。新型電力系統(tǒng)不同建設(shè)階段和不同儲(chǔ)能方案下電源結(jié)構(gòu)和負(fù)荷特性差異性導(dǎo)致對(duì)不同時(shí)間尺度儲(chǔ)能需求差異明顯，當(dāng)調(diào)整儲(chǔ)能方案時(shí)儲(chǔ)能需求也相應(yīng)調(diào)整。隨著新型電力系統(tǒng)的建設(shè)推進(jìn)，對(duì)短時(shí)、長時(shí)和超長時(shí)儲(chǔ)能需求均呈增長態(tài)勢(shì)，其中短時(shí)儲(chǔ)能需求增勢(shì)明顯，超長時(shí)儲(chǔ)能和長時(shí)儲(chǔ)能增勢(shì)相對(duì)較緩。
2 抽水蓄能和新型儲(chǔ)能協(xié)同發(fā)展分析
2.1 抽水蓄能和新型儲(chǔ)能現(xiàn)狀分析
2.1.1 規(guī)模布局
以新型電力系統(tǒng)儲(chǔ)能調(diào)節(jié)需求為導(dǎo)向推動(dòng)儲(chǔ)能技術(shù)快速發(fā)展和儲(chǔ)能布局快速調(diào)整。如圖2所示，據(jù)中國能源研究會(huì)儲(chǔ)能專委會(huì)統(tǒng)計(jì)：截至2023年底，中國儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)86.5GW，近幾年新型儲(chǔ)能布局呈爆發(fā)式增長，抽水蓄能占比降到60%左右，儲(chǔ)能布局由完全以抽水蓄能為主導(dǎo)逐步向新型儲(chǔ)能傾斜，抽水蓄能和新型儲(chǔ)能并重發(fā)展趨勢(shì)明顯。
2.1.2 技術(shù)特性
儲(chǔ)能作為支撐電力系統(tǒng)的重要技術(shù)和基礎(chǔ)裝備，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展得到高度重視，技術(shù)裝備研發(fā)、示范項(xiàng)目建設(shè)高度活躍，儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)百花齊放的新局面。
如圖3所示，各種儲(chǔ)能技術(shù)特性千差萬別，各有優(yōu)勢(shì)和不足。抽水蓄能持續(xù)放電時(shí)長達(dá)數(shù)h且可實(shí)現(xiàn)min級(jí)快速響應(yīng)，鑒于其顯著技術(shù)成熟度優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)，抽水蓄能已實(shí)現(xiàn)廣泛商業(yè)化應(yīng)用；壓縮空氣儲(chǔ)能布局較抽水蓄能更加靈活，但成本和運(yùn)行效率不占優(yōu)勢(shì)，尚處于推廣應(yīng)用階段；鋰離子電池作為應(yīng)用最為廣泛的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，具有布局靈活、快速響應(yīng)等優(yōu)勢(shì)，但經(jīng)濟(jì)性和安全性是制約其進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵因素；鈉硫電池可快速響應(yīng)且持續(xù)放電時(shí)間較長，其發(fā)展同樣受到經(jīng)濟(jì)性和安全性的制約；液流電池可作為數(shù)十h持續(xù)放電儲(chǔ)能技術(shù)補(bǔ)充，具有快速響應(yīng)和持續(xù)放電時(shí)間長等優(yōu)勢(shì)，主要受成本過高制約仍處于推廣應(yīng)用階段；氫儲(chǔ)能基于其超長時(shí)間可持續(xù)放電優(yōu)勢(shì)將成為未來季節(jié)性能量調(diào)節(jié)的主力軍，當(dāng)前受制于其運(yùn)行效率和運(yùn)行成本制約尚未得到廣泛應(yīng)用；飛輪儲(chǔ)能、超導(dǎo)儲(chǔ)能和超級(jí)電容作為超短時(shí)間尺度儲(chǔ)能代表，均可實(shí)現(xiàn)ms級(jí)快速響應(yīng)，由于成本較高和應(yīng)用場(chǎng)景較少均未得到廣泛應(yīng)用。
2.1.3 商業(yè)模式
為增添儲(chǔ)能投資活力，通過“市場(chǎng)+非市場(chǎng)”手段豐富儲(chǔ)能商業(yè)模式、縮短儲(chǔ)能成本回收周期?；趪野l(fā)展改革委發(fā)布的《關(guān)于進(jìn)一步完善抽水蓄能價(jià)格形成機(jī)制的意見》，抽水蓄能執(zhí)行“容量+電量”的兩部制電價(jià)，其中電量電價(jià)鼓勵(lì)通過競爭性方式形成。新型儲(chǔ)能商業(yè)模式多元，各省結(jié)合各自電力市場(chǎng)建設(shè)情況和“新能源+儲(chǔ)能”配置制定特色化成本疏導(dǎo)機(jī)制，如表1所示。
當(dāng)前新型儲(chǔ)能布局以“新能源+儲(chǔ)能”為主，該模式下新型儲(chǔ)能利用率和收益率相對(duì)較低，不利于新型儲(chǔ)能的規(guī)?；l(fā)展。抽水蓄能盈利情況相對(duì)可觀，有待融合抽水蓄能運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，調(diào)整新型儲(chǔ)能投資建設(shè)模式和運(yùn)營策略。
2.2 抽水蓄能和新型儲(chǔ)能發(fā)展分析
2.2.1 功能定位
當(dāng)前中國儲(chǔ)能布局重心仍為抽水蓄能和鋰離子電池，抽水蓄能主要解決4~10h系統(tǒng)調(diào)節(jié)需求，鋰離子電池主要解決≤4h系統(tǒng)調(diào)節(jié)需求。在未來新型電力系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景復(fù)雜化、種類多樣化趨勢(shì)下，源側(cè)、網(wǎng)側(cè)、荷側(cè)均需擴(kuò)展多時(shí)間尺度儲(chǔ)能需求，僅依靠抽水蓄能和鋰離子電池?zé)o法覆蓋全時(shí)間尺度調(diào)節(jié)需求，需與不同儲(chǔ)能技術(shù)的特性相結(jié)合，明確抽水蓄能和新型儲(chǔ)能在新型電力系統(tǒng)中的功能定位。
如圖4所示，新型電力系統(tǒng)超短時(shí)間尺度應(yīng)用場(chǎng)景包含輔助一次調(diào)頻、提供系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性、提高電能質(zhì)量等，要求儲(chǔ)能具有高功率、高響應(yīng)速度、高存儲(chǔ)/循環(huán)壽命、高功率密度和緊湊型的設(shè)備形態(tài)，重點(diǎn)關(guān)注飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容儲(chǔ)能和超導(dǎo)儲(chǔ)能；新型電力系統(tǒng)短時(shí)間尺度應(yīng)用場(chǎng)景包含平滑風(fēng)光出力、跟蹤發(fā)電計(jì)劃、二次調(diào)頻、緩解設(shè)備堵塞、削峰填谷等，要求儲(chǔ)能具有一定規(guī)模、高循環(huán)壽命和便于集成的設(shè)備形態(tài)，重點(diǎn)關(guān)注電化學(xué)儲(chǔ)能；新型電力系統(tǒng)長時(shí)間尺度應(yīng)用場(chǎng)景主要包含電網(wǎng)削峰填谷、事故備用和負(fù)荷調(diào)節(jié)等，要求儲(chǔ)能規(guī)模較大、可實(shí)現(xiàn)深充深放、成本較低且具資源和環(huán)境友好性能，重點(diǎn)關(guān)注抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、液流電池和氫儲(chǔ)能。
2.2.2 發(fā)展研判
新型電力系統(tǒng)各調(diào)節(jié)需求場(chǎng)景對(duì)儲(chǔ)能性能要求提升，未來推進(jìn)各項(xiàng)儲(chǔ)能技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用尚在安全性、成本、長壽命等維度存在不同程度不足。不同儲(chǔ)能協(xié)同技術(shù)相對(duì)薄弱，儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)中的作用未達(dá)預(yù)期效果。
技術(shù)層面，抽水蓄能主要存在地理?xiàng)l件限制性高和建設(shè)周期過長等問題，針對(duì)地理?xiàng)l件限制問題可創(chuàng)新小型抽水蓄能技術(shù)尤其是小型海水抽蓄技術(shù)，提升其在沿海地區(qū)的競爭力；針對(duì)建設(shè)周期過長問題可創(chuàng)新工程建設(shè)技術(shù)，攻關(guān)復(fù)雜地質(zhì)條件下筑壩成庫和滲流控制等重大技術(shù)。創(chuàng)新抽水蓄能發(fā)展方式，中東部地區(qū)利用流域梯級(jí)水庫電站建設(shè)混合式抽水蓄能電站，探索結(jié)合礦坑治理建設(shè)抽水蓄能電站等形式。抽水蓄能還需攻關(guān)超高水頭、超大容量和大容量變速機(jī)組技術(shù)，提升抽蓄的調(diào)峰、調(diào)頻支撐能力。壓縮空氣儲(chǔ)能需進(jìn)一步攻關(guān)先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)，提升壓縮空氣儲(chǔ)能的轉(zhuǎn)換效率和存儲(chǔ)容量，推進(jìn)百M(fèi)W級(jí)先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的示范應(yīng)用，降低壓縮空氣儲(chǔ)能成本。針對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能的通病—安全性和成本問題，應(yīng)著重攻關(guān)儲(chǔ)能安全技術(shù)和通過產(chǎn)業(yè)鏈降低成本，鋰離子電池通過研發(fā)應(yīng)用新型材料提升其能量密度和安全性能；液流電池重點(diǎn)攻關(guān)百M(fèi)W級(jí)儲(chǔ)能技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用；鈉離子電池則需開展高能量密度儲(chǔ)能技術(shù)試點(diǎn)示范。飛輪儲(chǔ)能需結(jié)合復(fù)合材料飛輪轉(zhuǎn)子提升其經(jīng)濟(jì)性，拓展高速電機(jī)、復(fù)合電力電子控制和陣列式運(yùn)行研究等提升其安全性。超級(jí)電容儲(chǔ)能和超導(dǎo)儲(chǔ)能同樣需進(jìn)一步開展復(fù)合材料應(yīng)用研究，提高其能量密度和功率密度。氫儲(chǔ)能需重點(diǎn)研發(fā)高溫固體氧化物電堆等關(guān)鍵設(shè)備及材料，提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)和集成水平，研發(fā)新型儲(chǔ)氫技術(shù)等。
協(xié)同層面，推進(jìn)新型電力系統(tǒng)建設(shè)需要抽水蓄能和新型儲(chǔ)能多層級(jí)協(xié)同出力，提升系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力。但當(dāng)前抽水蓄能和新型儲(chǔ)能協(xié)同程度較低，基本僅在規(guī)劃層面考慮抽水蓄能和新型儲(chǔ)能的協(xié)同規(guī)劃。新型儲(chǔ)能受技術(shù)水平和成本等因素影響，發(fā)展和布局規(guī)模相對(duì)滯后，為推進(jìn)儲(chǔ)能規(guī)模化、市場(chǎng)化發(fā)展，可結(jié)合抽水蓄能的運(yùn)行和經(jīng)營相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，融合探索新型儲(chǔ)能運(yùn)行和經(jīng)營模式。通過創(chuàng)新發(fā)展多層級(jí)協(xié)同控制技術(shù)，構(gòu)建抽水蓄能和新型儲(chǔ)能多層級(jí)協(xié)同發(fā)展體系，推進(jìn)抽水蓄能和新型儲(chǔ)能同質(zhì)化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)按需調(diào)用儲(chǔ)能，最大化發(fā)揮儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)中的效用。
3 多維度多階段抽水蓄能和新型儲(chǔ)能協(xié)同發(fā)展建議
立足儲(chǔ)能發(fā)展現(xiàn)狀，適應(yīng)新型電力系統(tǒng)不同發(fā)展階段的調(diào)節(jié)需求、市場(chǎng)環(huán)境、儲(chǔ)能技術(shù)水平等多重因素變化，本文基于新型電力系統(tǒng)建設(shè)的3個(gè)階段，從規(guī)劃定位、技術(shù)創(chuàng)新、運(yùn)維管理、運(yùn)營策略4個(gè)方面，針對(duì)抽水蓄能和新型儲(chǔ)能如何協(xié)同提出多維度、多階段發(fā)展建議（如圖5所示），為企業(yè)制定儲(chǔ)能經(jīng)營策略提供戰(zhàn)略支撐，為儲(chǔ)能政策制定提供參考。
當(dāng)前階段到2030年，抽水蓄能仍占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位，規(guī)劃層面系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能的需求重心仍為抽水蓄能，在地理?xiàng)l件和建設(shè)周期受限情況下布局鋰離子電池作為補(bǔ)充；技術(shù)層面突破位置和安全問題，加強(qiáng)鋰離子電池性能、效率以及安全方面的研究，并大力推進(jìn)鈉離子電池、液流電池、壓縮空氣等高安全、長壽命、低成本儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)及示范，開展液態(tài)金屬電池、水系電池、氫儲(chǔ)能等先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)布局；運(yùn)維層面結(jié)合儲(chǔ)能布局和不同儲(chǔ)能電站特性構(gòu)建一體化儲(chǔ)能集控中心，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能群控群調(diào)和集中運(yùn)維；運(yùn)營層面抽水蓄能和新型儲(chǔ)能逐漸增量參與市場(chǎng)，抽水蓄能以兩部制電價(jià)為主逐步探索參與現(xiàn)貨電能量市場(chǎng)和跨省備用輔助服務(wù)市場(chǎng)，新型儲(chǔ)能由容量租賃為主逐步過渡到以提升利用率為目標(biāo)參與現(xiàn)貨電能量市場(chǎng)和調(diào)頻、備用等輔助服務(wù)市場(chǎng)。
2030—2045年，新型儲(chǔ)能呈趕超抽水蓄能趨勢(shì)，規(guī)劃層面系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能的需求重心擴(kuò)展到長時(shí)儲(chǔ)能，長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)聚焦液流電池，并布局壓縮空氣儲(chǔ)能和鈉離子電池儲(chǔ)能分別作為抽水蓄能和鋰離子電池的補(bǔ)充；技術(shù)層面突破成本和長時(shí)問題，積極推動(dòng)超短時(shí)儲(chǔ)能和超長時(shí)儲(chǔ)能布局，重點(diǎn)聚焦飛輪儲(chǔ)能和氫儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)；運(yùn)維層面進(jìn)一步提升儲(chǔ)能電站安全防控及智能運(yùn)維能力，實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)維和常規(guī)運(yùn)維融合；運(yùn)營層面容量市場(chǎng)逐步取代容量電價(jià)核定，擴(kuò)大抽水蓄能和新型儲(chǔ)能參與市場(chǎng)規(guī)模，抽水蓄能和新型儲(chǔ)能以收益最大化為目標(biāo)探索參與容量市場(chǎng)、現(xiàn)貨電能量市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)模式。
2045—2060年，儲(chǔ)能布局滿足全時(shí)段多功能調(diào)節(jié)需求，規(guī)劃層面系統(tǒng)擴(kuò)展對(duì)ms級(jí)響應(yīng)儲(chǔ)能布局，長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)擴(kuò)展聚焦氫儲(chǔ)能，超短時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)聚焦飛輪儲(chǔ)能和超級(jí)電容；技術(shù)層面突破全時(shí)段調(diào)節(jié)問題，實(shí)現(xiàn)各儲(chǔ)能技術(shù)均衡發(fā)展；運(yùn)維層面推進(jìn)人工智能+儲(chǔ)能集控中心建設(shè)，全面優(yōu)化儲(chǔ)能運(yùn)維能力；運(yùn)營層面該階段現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)成熟，抽水蓄能和新型儲(chǔ)能全面參與市場(chǎng)。
3.1 規(guī)劃定位
適應(yīng)新型電力系統(tǒng)階段性電源結(jié)構(gòu)調(diào)整和儲(chǔ)能需求變化，確定對(duì)不同儲(chǔ)能技術(shù)的規(guī)劃定位（如圖6所示）。
當(dāng)前到2030年新能源裝機(jī)比例相對(duì)較低，儲(chǔ)能主要滿足系統(tǒng)日內(nèi)平衡的調(diào)節(jié)需求，對(duì)儲(chǔ)能規(guī)劃聚焦在10h以內(nèi)的儲(chǔ)能技術(shù)。該階段下抽水蓄能在4~10h可持續(xù)放電儲(chǔ)能技術(shù)中具有絕對(duì)的成本和效率優(yōu)勢(shì)；鋰離子電池在≤4h可持續(xù)放電儲(chǔ)能技術(shù)中占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位。該階段儲(chǔ)能投資規(guī)劃主體仍為抽水蓄能和鋰離子電池。
2030—2045年新能源逐步成為主體電源，儲(chǔ)能需要滿足系統(tǒng)日以上時(shí)間尺度的平衡調(diào)節(jié)需求，對(duì)儲(chǔ)能規(guī)劃擴(kuò)充10h以上的儲(chǔ)能技術(shù)。該階段10h以上可持續(xù)放電儲(chǔ)能技術(shù)中液流電池具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)；4~10h可持續(xù)放電儲(chǔ)能技術(shù)中壓縮空氣儲(chǔ)能得到進(jìn)一步發(fā)展，度電成本和效率同抽水蓄能處于相當(dāng)水平；≤4h可持續(xù)放電儲(chǔ)能技術(shù)中鈉離子電池由于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，度電成本和效率同鋰離子電池處于相當(dāng)水平。該階段除需保持抽水蓄能和鋰離子電池的投資規(guī)劃外，需額外擴(kuò)展對(duì)液流電池、壓縮空氣儲(chǔ)能和鈉離子電池的投資規(guī)劃。
2045—2060年新能源逐步成為發(fā)電量結(jié)構(gòu)主體電源，對(duì)儲(chǔ)能快速調(diào)節(jié)性能的要求進(jìn)一步提升，對(duì)儲(chǔ)能規(guī)劃擴(kuò)展可實(shí)現(xiàn)ms級(jí)響應(yīng)的儲(chǔ)能技術(shù)。該階段10h以上可持續(xù)放電儲(chǔ)能技術(shù)中氫儲(chǔ)能作為超長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)代表得到廣泛應(yīng)用；可ms級(jí)快速響應(yīng)儲(chǔ)能技術(shù)中，飛輪儲(chǔ)能和超級(jí)電容與其他儲(chǔ)能技術(shù)混合應(yīng)用更加普遍。該階段除保持抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、鋰離子電池、鈉離子電池、液流電池等儲(chǔ)能技術(shù)投資規(guī)劃外，需額外擴(kuò)展對(duì)氫儲(chǔ)能、超級(jí)電容和飛輪儲(chǔ)能的投資規(guī)劃。
3.2 技術(shù)創(chuàng)新
針對(duì)抽水蓄能與新型儲(chǔ)能技術(shù)、裝備與應(yīng)用等多重需求，以技術(shù)創(chuàng)新為先，融合大數(shù)據(jù)開展儲(chǔ)能前沿技術(shù)攻關(guān)，開展儲(chǔ)能安全關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，開展儲(chǔ)能控制應(yīng)用技術(shù)攻關(guān)，為大規(guī)模發(fā)展儲(chǔ)能提供技術(shù)支撐，如圖7所示。
以“位置和安全”—“成本和長時(shí)”—“全時(shí)段”為導(dǎo)向?qū)崿F(xiàn)儲(chǔ)能技術(shù)問題逐個(gè)突破，研發(fā)變速抽水蓄能、海水抽水蓄能等關(guān)鍵技術(shù)與裝備，研發(fā)液流電池、鈉離子電池、壓縮空氣、液態(tài)金屬電池、氫儲(chǔ)能等新興儲(chǔ)能技術(shù)；研發(fā)抽水蓄能聯(lián)合新型儲(chǔ)能的協(xié)同控制技術(shù)，增強(qiáng)儲(chǔ)能在多場(chǎng)景下的靈活調(diào)度能力，強(qiáng)化多元儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)多場(chǎng)景應(yīng)用，提升抽水蓄能同新型儲(chǔ)能協(xié)同程度；推動(dòng)儲(chǔ)能狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)、大數(shù)據(jù)分析、數(shù)字孿生、故障識(shí)別、安全預(yù)警等技術(shù)研發(fā)，融合數(shù)字化技術(shù)研發(fā)推動(dòng)多元儲(chǔ)能示范應(yīng)用；研發(fā)儲(chǔ)能全壽命周期應(yīng)用安全技術(shù)，開展本質(zhì)安全的儲(chǔ)能系統(tǒng)集成技術(shù)研究，建立健全儲(chǔ)能電站全生命周期安全標(biāo)準(zhǔn)體系，制定儲(chǔ)能裝備安全評(píng)價(jià)與認(rèn)證實(shí)施規(guī)則，促進(jìn)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。
3.3 運(yùn)維管理
按照“精簡、高效、集約”思路，推動(dòng)抽水蓄能和新型儲(chǔ)能電站的集中控制、集中運(yùn)維，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維管理數(shù)字化、智能化，降低運(yùn)維成本，提升效率。
推行集中控制。構(gòu)建抽水蓄能聯(lián)合新型儲(chǔ)能一體化儲(chǔ)能集控中心，實(shí)現(xiàn)所轄儲(chǔ)能電站“全面可觀、精確可測(cè)、高度可控”，助力生產(chǎn)領(lǐng)域運(yùn)行集約化專業(yè)化管理；從“屬地分散”到“遠(yuǎn)程集中”，通過群控群調(diào)，全面提升抽水蓄能和新型儲(chǔ)能聯(lián)合控制效率和響應(yīng)能力。
推行集中運(yùn)維。基于一體化儲(chǔ)能集控中心，通過儲(chǔ)能電站“一體監(jiān)控、群控群調(diào)、智能告警、RCM分析”等關(guān)鍵技術(shù)，優(yōu)化檢修策略，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)、效能和成本的綜合最優(yōu)，降低檢修維護(hù)人員的運(yùn)維難度，提升儲(chǔ)能電站設(shè)備安全生產(chǎn)水平，降低經(jīng)營管理成本。
提升數(shù)智化水平。研究人工智能算法、數(shù)據(jù)可視化分析挖掘、交互等關(guān)鍵技術(shù)，融合人工智能技術(shù)助力儲(chǔ)能集中控制和集中運(yùn)維，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)儲(chǔ)能電站科學(xué)決策，降低儲(chǔ)能電站故障率，減少運(yùn)維檢修成本。
3.4 運(yùn)營策略
抽水蓄能和新型儲(chǔ)能收益來源同電價(jià)機(jī)制和電力市場(chǎng)開展情況密切相關(guān)，基于現(xiàn)貨市場(chǎng)成熟度調(diào)整抽蓄和新型儲(chǔ)能運(yùn)營策略，如圖8所示。
縱觀中國抽水蓄能和新型儲(chǔ)能盈利模式，抽水蓄能采用兩部制電價(jià)獲取收益，新型儲(chǔ)能收益相對(duì)多樣化，“新能源容量租賃+調(diào)峰輔助服務(wù)補(bǔ)償租賃費(fèi)”或“新能源容量租賃+現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)差”為獨(dú)立儲(chǔ)能主流商業(yè)模式，火儲(chǔ)聯(lián)合調(diào)頻收益也相對(duì)可觀。當(dāng)前來看抽水蓄能還應(yīng)以兩部制電價(jià)為主，現(xiàn)貨價(jià)差進(jìn)一步增大情況下逐漸增量探索參與現(xiàn)貨電能量市場(chǎng)和跨省備用輔助服務(wù)市場(chǎng)。
新型儲(chǔ)能方面結(jié)合區(qū)域政策和市場(chǎng)開展情況，當(dāng)前火電廠配儲(chǔ)通過參與調(diào)頻輔助市場(chǎng)盈利，獨(dú)立儲(chǔ)能主要通過容量租賃和參與現(xiàn)貨電能量市場(chǎng)或獲取輔助服務(wù)補(bǔ)償獲利，隨著容量補(bǔ)償機(jī)制進(jìn)一步完善，容量租賃比例降低，逐步轉(zhuǎn)為同步參與現(xiàn)貨電能量市場(chǎng)、調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)、調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)和跨省備用等輔助服務(wù)市場(chǎng)。
4 結(jié)論
本文結(jié)合構(gòu)建新型電力系統(tǒng)背景下電力系統(tǒng)運(yùn)行的儲(chǔ)能協(xié)同需求分析，以抽水蓄能和新型儲(chǔ)能發(fā)展現(xiàn)狀研判未來發(fā)展方向，并就企業(yè)角度如何適應(yīng)新型電力系統(tǒng)建設(shè)展開抽水蓄能和新型儲(chǔ)能協(xié)同發(fā)展提出建議，得出以下結(jié)論。
1）新型電力系統(tǒng)中高比例新能源和電力電子裝備接入，系統(tǒng)復(fù)雜程度加深、不確定性增強(qiáng)，系統(tǒng)運(yùn)行擴(kuò)展多時(shí)間尺度靈活調(diào)節(jié)資源需求；且隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)程推進(jìn)，電力系統(tǒng)電源結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，不同時(shí)間尺度調(diào)節(jié)資源隨之進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。
2）從中國近年抽水蓄能和新型儲(chǔ)能布局規(guī)模趨勢(shì)來看，新型儲(chǔ)能在儲(chǔ)能中的占比逐漸增大，抽水蓄能和新型儲(chǔ)能并重、實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能多元化發(fā)展趨勢(shì)明顯，需要多維度提升抽水蓄能和新型儲(chǔ)能協(xié)同水平，提升儲(chǔ)能在系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)作用。
3）企業(yè)協(xié)同發(fā)展抽水蓄能和新型儲(chǔ)能仍需適應(yīng)新型電力系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)程，立足系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能的規(guī)劃定位，創(chuàng)新發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)，融合數(shù)字化技術(shù)提升運(yùn)維能力和效率，融合市場(chǎng)開展情況和政策情況優(yōu)化運(yùn)營策略，從規(guī)劃、技術(shù)、運(yùn)維、運(yùn)營全方位考慮抽水蓄能和新型儲(chǔ)能協(xié)同，從而達(dá)到提升綜合運(yùn)營收益的目的，助力新型電力系統(tǒng)建設(shè)。
