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年風電、光伏裝機年均增速分別為5.6%、8.8%。在我國，2019年，新能源新增裝機為5600萬千瓦，占各類電源新增總裝機容量的一半以上。
如今，當我們談論能源轉(zhuǎn)型時，我們在談論什么？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)能力建設已是能源轉(zhuǎn)型中最關鍵的命題之一。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。中國能源研究會儲能專業(yè)委員會副主任委員、教授級高工裴哲義表示，新能源裝機的快速增長對電網(wǎng)穩(wěn)定運行的影響日益突出。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，一方面需加強系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力建設，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月實施的新版《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則》中提出新能源發(fā)電應具備慣量和短路容量支持能力，在必要時可配置燃氣電站、抽水蓄能電站、儲能等靈活調(diào)節(jié)電源及調(diào)相機、STATCOM等動態(tài)無功調(diào)節(jié)裝置。
對于儲能產(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，而“勢”中所包含的內(nèi)容，既包括儲能本身的技術積累與突破，也包括市場環(huán)境與政策機制的構建與完善。
新能源快速增長
電網(wǎng)迫切需要加強調(diào)節(jié)能力
新能源的快速增長給電力系統(tǒng)儲能發(fā)展帶來了機遇。目前，我國風電、光伏裝機容量均穩(wěn)居世界之首，截至2019年底，我國新能源裝機規(guī)模達到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)公司裝機增長的情況來看，我國目前新能源總裝機比例達到了20%，這只是全國平均數(shù)，某些局部地區(qū)新能源發(fā)電滲透率甚至達到30%~40%，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的影響日益突出?！迸嵴芰x表示。
裴哲義認為，新能源發(fā)展進入了新的階段。過去，由于新能源消納矛盾突出，棄風、棄光現(xiàn)象較為嚴重，新能源利用效率不高，但如今新能源利用率已達到95%以上，其發(fā)展的主要矛盾已從本身的經(jīng)濟性問題轉(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%以上的陸地風能、60%以上的太陽能，而全國70%的負荷集中在中、東部地區(qū)，新能源資源遠離負荷中心，必須借助大電網(wǎng)，構建大市場，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考驗。
同時，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)運行，使供需雙側都呈現(xiàn)隨機波動的特性，常規(guī)電源的出力不僅要跟隨負荷變化，還要平衡新能源的出力波動，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，使得該省凈負荷呈“鴨子”曲線，中午腰荷甚至低于夜間，常規(guī)電源機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)，風電大出力時，系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)能力顯著下降。以西北電網(wǎng)為例，仿真結果顯示，在6800萬千瓦負荷水平下，損失350萬的千瓦功率來看，若網(wǎng)內(nèi)無風電，頻率下跌0.65赫茲；若風電出力1200萬千瓦，頻率下跌0.95赫茲，比無風電時增加0.3赫茲。隨著未來風機和新能源裝機規(guī)模的進一步擴大，當西北風電規(guī)模達到1億千瓦時，系統(tǒng)抗干擾能力調(diào)頻能力將進一步降低。
有關測算顯示，我國新能源裝機到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)。預計2035年，風、光裝機規(guī)模分別達到7億、6.5億千瓦，全國風電、太陽能日最大功率波動預計分別達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，電網(wǎng)迫切需要重新構建調(diào)峰體系，以應對新能源5億千瓦左右的日功率波動。
轉(zhuǎn)型的大勢不可逆，但轉(zhuǎn)型是否會增加安全風險？這一問題如同一把達摩克利斯之劍，時時懸在電力行業(yè)的頭頂。
今年8月，加州電力系統(tǒng)運營商發(fā)布了三級緊急狀態(tài)，這是自本世紀初加州電力危機之后，加州電力系統(tǒng)運營商首次發(fā)布如此高級別的預警。他們預計，在用電高峰期間，加州的電力缺口為440萬千瓦。
儲能為能源轉(zhuǎn)型的深入推進提供了技術保障，也可在事故發(fā)生后提供應急電源。2019年7月13日，紐約曼哈頓發(fā)生大停電事件，停電時長5小時，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吉瓦時電網(wǎng)側儲能項目。美國國家可再生能源實驗室研究發(fā)現(xiàn)，部署50吉瓦4小時儲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組調(diào)節(jié)深度大約可以達到60%乃至70%，但從“十三五”期間火電機組靈活性改造的進展來看，實際情況遠遠滯后于規(guī)劃目標，而其他的靈活性資源如氣電價格昂貴且資源稀缺，抽水蓄能的建設受限于地勢條件。基于以上分析，電化學儲能必將在我國未來電力系統(tǒng)中扮演重要的角色。
完善政策機制
增強儲能市場內(nèi)驅(qū)力
儲能的未來或許值得憧憬，但當下的現(xiàn)實卻有幾分慘淡。經(jīng)過多年的發(fā)展，儲能成本有了明顯的下降，也基本上具備了商業(yè)化應用的基礎，但要實現(xiàn)大規(guī)模發(fā)展，亟待解決的是商業(yè)模式及投資回報機制等問題。
近年來，電化學儲能已應用于電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)：用戶側通過峰谷差套利進行需求響應，其應用主要分布于經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)；電源側的主要商業(yè)模式是與火電或新能源電站聯(lián)合參與輔助服務，如青海、新疆等地區(qū)是新能源+儲能的重點應用市場，可促進新能源電站增發(fā)電量。而廣東和山西火儲聯(lián)合調(diào)頻服務的模式較為普遍；電網(wǎng)側儲能主要分布在江蘇和河南、遼寧等地。過去，電網(wǎng)側儲能商業(yè)模式以租賃為主，但隨著新的《輸配電價成本監(jiān)審辦法》的出臺這一模式已難以為繼。
盡管各種應用場景下的儲能商業(yè)模式都在積極探索，但就目前來看，效果并不如人意。由于當前電力市場缺乏反映儲能多重價值的價格機制和市場環(huán)境，使得儲能成本難以有效疏導，無論是在發(fā)電側、用戶側還是電網(wǎng)側，配置儲能都很難獲得可預期的穩(wěn)定收益，這導致“誰來為儲能買單”成為各方都不愿去面對的問題。今年上半年，數(shù)十省份出臺鼓勵新能源發(fā)電側配置儲能的政策，儲能的商業(yè)應用逐漸轉(zhuǎn)移至發(fā)電側的趨勢明顯。
最近，新版《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則》實施，要求電源應具備足夠的調(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)定運行的要求?！秾t》的實施和相關要求的提出，使新能源場站配置儲能成為滿足《導則》要求的重要選擇。部分地區(qū)也出臺了相關規(guī)定鼓勵新能源場站配置一定的儲能?！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)電源來配合它運行。當然，在商業(yè)模式和分攤機制上，還需要政策和市場的進一步完善，將儲能所發(fā)揮的綜合效益合理體現(xiàn)在收益回報上?！迸嵴芰x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能參與調(diào)峰、調(diào)頻、備用等輔助服務的市場主體定位，同時在國家層面對儲能給與兩部制電價、容量電價等明確的電價機制，各地方政府也需根據(jù)當?shù)貎δ軕们闆r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，價格機制的缺失讓現(xiàn)階段的儲能市場缺乏內(nèi)驅(qū)力?！迸嵴芰x說。
盡管我國儲能商業(yè)化道路頗為坎坷，但在實踐探索中仍出現(xiàn)了一些可圈可點的創(chuàng)新模式，如青海的共享儲能商業(yè)模式為全國推進“共享儲能”提供了一個可參考的樣本。為深挖儲能電站調(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。共享儲能服務的不是單一的新能源場站，而是多個不同類型的發(fā)電主體。2019年4月，國網(wǎng)青海電力新能源建設重點項目魯能海西州多能互補集成優(yōu)化示范工程儲能電站進行了共享儲能交易試運營，拉開了共享儲能模式應用的序幕。
相對于儲能分散地分布在各個新能源場站，共享儲能最大的優(yōu)勢在于可降低邊際成本、提高設備利用率、縮短投資回收期?！皟δ艿墓蚕砗捅娀I都是具有普遍推廣價值的商業(yè)模式，同時對于儲能企業(yè)所需要具備的技術手段、計量方式、系統(tǒng)測算也提出了更高的要求?！迸嵴芰x說。
目前，儲能市場競逐者資質(zhì)參差不齊，賽道擁擠，既有深耕儲能技術的優(yōu)質(zhì)企業(yè)，也有存在投機心理的玩票選手。由于新能源發(fā)電側配置儲能經(jīng)濟性欠佳，低價中標的現(xiàn)象普遍存在，而質(zhì)量好、價格貴的儲能產(chǎn)品拿不到市場份額，從而導致劣幣驅(qū)逐良幣?！皟δ馨惭b上去之后，如果質(zhì)量很差，不僅不能起到應有的作用，還會對新能源場站自身產(chǎn)生安全風險，一旦故障發(fā)生，還可能會對電力系統(tǒng)造成一定的影響。”裴哲義說。
裴哲義表示，儲能未來發(fā)展需要高度重視電化學儲能的安全問題，這包括深入開展電池系統(tǒng)火災蔓延的影響規(guī)律研究，建立電池熱失控預警模型，制定電池系統(tǒng)安全防護體系和防護裝置關聯(lián)控制策略，開發(fā)清潔高效的電池安全防護裝置，有效抑制電池熱失控擴散及火災蔓延，加快制定和完善電化學儲能電站消防安全有關標準等。“從電池本體到BMS再到系統(tǒng)集成，從場地的設計到施工運維，每個環(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目從場地設計都開始考慮消防的問題，說明消防安全意識在儲能的實踐中已經(jīng)有了明顯提升，這就是一個很大的進步?！迸嵴芰x說，“同時，電化學儲能的發(fā)展伴隨著電動汽車的興起而實現(xiàn)了成本快速下降，但電力系統(tǒng)中的儲能系統(tǒng)規(guī)模較大，對于集成技術和安全消防要求更高，需要針對電池模塊缺陷、BMS缺陷、充放電時間、充放電功率達不到設計值、電池一致性差等問題，在技術上不斷優(yōu)化、提出改進措施。”
本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》2020年08期，作者系本刊記者
