儲(chǔ)能在能源體系變革及能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中占據(jù)重要地位，是未來(lái)提升電力系統(tǒng)靈活性、經(jīng)濟(jì)性和安全性，解決新能源消納的重要手段，也是促進(jìn)能源生產(chǎn)消費(fèi)開放共享、靈活交易，實(shí)現(xiàn)多能協(xié)同的核心要素。
01
儲(chǔ)能技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)
近年來(lái)，全球儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展迅速。在儲(chǔ)能本體技術(shù)方面：以鋰離子電池為代表的電化學(xué)儲(chǔ)能進(jìn)步顯著，電池壽命大幅提升，成本快速下降，儲(chǔ)能系統(tǒng)等效度電成本由2015年的1.50元/千瓦時(shí)·次下降至2019年的0.50元/千瓦時(shí)·次，突破盈虧平衡點(diǎn)。在英國(guó)，針對(duì)調(diào)峰應(yīng)用場(chǎng)景，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)已初步具備與燃?xì)鈾C(jī)組相競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性條件。百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站系統(tǒng)集成技術(shù)已實(shí)現(xiàn)突破，但系統(tǒng)安全和性能過早老化問題仍有待改進(jìn)。物理儲(chǔ)能技術(shù)方面：壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)了10兆瓦級(jí)的示范應(yīng)用；儲(chǔ)熱、氫儲(chǔ)能技術(shù)不斷突破，引發(fā)了行業(yè)關(guān)注；大功率重力儲(chǔ)能技術(shù)在國(guó)外開始試驗(yàn)，但離實(shí)用仍有差距。在儲(chǔ)能裝機(jī)方面：截至2019年底，全球已投運(yùn)儲(chǔ)能項(xiàng)目的累計(jì)裝機(jī)規(guī)模183.1GW，抽水蓄能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模最大，約171GW；其次為電化學(xué)儲(chǔ)能和物理儲(chǔ)能，累計(jì)裝機(jī)規(guī)模約9GW，其中電化學(xué)儲(chǔ)能約6.9GW。我國(guó)已投運(yùn)抽水蓄能約30.3GW，電化學(xué)和物理儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)約1.6GW，其中電化學(xué)儲(chǔ)能約1.43GW。在支撐體系方面：以中國(guó)電力科學(xué)研究院（國(guó)網(wǎng)能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究院）為掛靠單位的全國(guó)電力儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，發(fā)布國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)13項(xiàng)，能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)25項(xiàng)；主導(dǎo)發(fā)布IEEE標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)，主持發(fā)布IEC《大規(guī)模新能源與儲(chǔ)能技術(shù)白皮書》，正在主持IEC標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng)；建成CNAS儲(chǔ)能設(shè)備性能檢測(cè)及儲(chǔ)能產(chǎn)品認(rèn)證平臺(tái)，依托國(guó)家能源智能電網(wǎng)研發(fā)（實(shí)驗(yàn)）中心儲(chǔ)能分中心，建成大容量?jī)?chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng)適應(yīng)性（試驗(yàn)）檢測(cè)平臺(tái)。
未來(lái)儲(chǔ)能的技術(shù)成熟度和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性仍將大幅度提升。根據(jù)多國(guó)制定的儲(chǔ)能戰(zhàn)略發(fā)展路線圖，電化學(xué)儲(chǔ)能的低成本、高安全、高效率是未來(lái)重點(diǎn)突破方向。2025年，鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的等效度電成本有望降至0.20元/千瓦時(shí)·次，2030年有望降至0.10～0.15元/千瓦時(shí)·次，光/儲(chǔ)能聯(lián)合發(fā)電成本低于傳統(tǒng)火電機(jī)組標(biāo)桿電價(jià)。國(guó)際能源署(IEA)預(yù)測(cè)，未來(lái)三十年，全球?qū)?chǔ)能容量的總需求約在3000GW～4000GW。
不同類型儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用成本趨勢(shì)預(yù)測(cè)圖
注：成本均折算為4小時(shí)儲(chǔ)能的功率成本。
數(shù)據(jù)來(lái)源：《2018儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)應(yīng)用研究報(bào)告》《適用于電網(wǎng)的先進(jìn)大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)發(fā)展路線圖》
儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。近年來(lái)，我國(guó)開展了大容量?jī)?chǔ)能提升新能源并網(wǎng)友好性、儲(chǔ)能機(jī)組二次調(diào)頻、大容量?jī)?chǔ)能電站調(diào)峰、分布式儲(chǔ)能提升微電網(wǎng)運(yùn)行可靠性、儲(chǔ)能電站共享等多樣性示范工程，包括：國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程，儲(chǔ)能電站23MW/89MWh，提升了風(fēng)光互補(bǔ)并網(wǎng)友好性；江蘇儲(chǔ)能電站101MW/202MWh，實(shí)現(xiàn)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓、緊急功率支撐等電網(wǎng)側(cè)應(yīng)用功能；用戶側(cè)/微電網(wǎng)儲(chǔ)能用于促進(jìn)分布式電源的靈活高效應(yīng)用。未來(lái)20年，隨著儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)步，儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模大幅度提升，高比例儲(chǔ)能將成為重要的調(diào)峰、調(diào)頻資源，極大提升電網(wǎng)靈活性。儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)中廣泛布局，可實(shí)現(xiàn)以儲(chǔ)能為協(xié)同要素的能源互聯(lián)：在電源側(cè)，基于儲(chǔ)能與新能源相融合的多能互補(bǔ)，構(gòu)建主動(dòng)支撐型新能源電源體系；在電網(wǎng)側(cè)，開展儲(chǔ)能電站的調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓及緊急功率支撐等應(yīng)用，著力開展基于儲(chǔ)能“釋放輸配電通道輸送能力”的應(yīng)用，提升電網(wǎng)的靈活性；在負(fù)荷側(cè)，以儲(chǔ)能作為靈活性調(diào)節(jié)手段，聚合分布式電源、可調(diào)負(fù)荷、電動(dòng)汽車等元素，構(gòu)建現(xiàn)代綜合能源服務(wù)、需求響應(yīng)、虛擬電廠等新業(yè)態(tài)，實(shí)現(xiàn)新能源的有效消納和終端能源的高效利用。
02
規(guī)?；瘍?chǔ)能的應(yīng)用場(chǎng)景分析
儲(chǔ)能系統(tǒng)具有精準(zhǔn)控制、快速響應(yīng)、靈活配置和四象限靈活調(diào)節(jié)功率等特點(diǎn)，具備了參與電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)控與安全穩(wěn)定控制的能力，2019年新修訂發(fā)布的《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》中，已明確把儲(chǔ)能電站列為重要的靈活調(diào)節(jié)資源。儲(chǔ)能需要達(dá)到一定的裝機(jī)規(guī)模才能在電力系統(tǒng)中發(fā)揮顯著作用。規(guī)?；瘍?chǔ)能主要包含大容量集中式儲(chǔ)能電站以及分布式儲(chǔ)能的廣域協(xié)同聚合等兩種形式。
一、在高比例新能源接入地區(qū)，利用規(guī)?；瘍?chǔ)能作為調(diào)峰資源，有效提高新能源電力消納水平。
新能源具有隨機(jī)波動(dòng)性和反調(diào)峰特性，高比例新能源接入電力系統(tǒng)后，電網(wǎng)電力電量在空間和時(shí)間上的平衡難度進(jìn)一步加大，需要構(gòu)建基于深度調(diào)峰的火電、靈活調(diào)節(jié)的抽蓄與燃?xì)鈾C(jī)組、規(guī)?；瘍?chǔ)能的新型調(diào)峰體系，以滿足電網(wǎng)電力功率平衡，有力促進(jìn)高比例新能源消納利用。經(jīng)初步測(cè)算，在高比例新能源接入地區(qū)配置規(guī)?；笕萘?jī)?chǔ)能，或廣域聚合規(guī)?；瘍?chǔ)能參與系統(tǒng)調(diào)峰可有效減少新能源棄電。2019年，青海開展了利用 “共享儲(chǔ)能”減少棄光的示范應(yīng)用。
儲(chǔ)能參與系統(tǒng)調(diào)峰示意圖
二、在峰谷差較大的局部電網(wǎng)，利用規(guī)?；瘍?chǔ)能滿足尖峰負(fù)荷供電需求，可減少電網(wǎng)投資，提高電網(wǎng)設(shè)備的利用率。
未來(lái)我國(guó)電網(wǎng)最大負(fù)荷增速仍高于用電量增速，負(fù)荷峰谷差呈增大趨勢(shì)，尖峰負(fù)荷短而高，以滿足尖峰負(fù)荷需求為目標(biāo)進(jìn)行電網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)是不經(jīng)濟(jì)的，而儲(chǔ)能則可成為保障未來(lái)電網(wǎng)尖峰負(fù)荷供電的有效手段。以某省網(wǎng)為例，2018年超過9500萬(wàn)千瓦（95%最大負(fù)荷）的尖峰負(fù)荷持續(xù)時(shí)間49小時(shí)（出現(xiàn)天數(shù)為7天），尖峰電量9447萬(wàn)千瓦時(shí)。若依靠調(diào)峰電源和配套輸變電設(shè)備來(lái)滿足尖峰負(fù)荷的供電需求，投資約400億元。若利用500萬(wàn)千瓦/2小時(shí)的電化學(xué)儲(chǔ)能電站來(lái)保障尖峰負(fù)荷供電，投資約200億元，可節(jié)省大量投資。
某省全年高峰負(fù)荷曲線圖
三、在高比例新能源和大容量直流接入地區(qū)，利用規(guī)?；瘍?chǔ)能的靈活調(diào)節(jié)能力，為系統(tǒng)提供慣量支撐和一次調(diào)頻，可有效降低大功率缺額下受端電網(wǎng)頻率失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。
隨著高比例新能源和大容量直流的接入，傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式同步發(fā)電機(jī)組占比逐步降低，同步電網(wǎng)的慣量支撐和一次調(diào)頻能力不斷下降，加上多數(shù)采用滑壓控制模式的火電機(jī)組在大擾動(dòng)后期的一次調(diào)頻能力不能保證，使得系統(tǒng)的頻率支撐和調(diào)節(jié)能力難以應(yīng)對(duì)大功率不平衡量的沖擊。規(guī)模化儲(chǔ)能可為系統(tǒng)提供靈活、可靠、快速的有功調(diào)節(jié)和慣量支撐手段，有效降低頻率越限和失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。
大電網(wǎng)嚴(yán)重功率缺額事故中虛擬同步機(jī)不同控制功能作用下系統(tǒng)動(dòng)態(tài)頻率曲線比較圖
四、將規(guī)?；瘍?chǔ)能納入安控系統(tǒng)，為系統(tǒng)提供緊急功率支援，提高交直流混聯(lián)大區(qū)電網(wǎng)的穩(wěn)定性，替代切負(fù)荷措施，同時(shí)等效釋放輸電能力。
隨著遠(yuǎn)距離大范圍電力輸送規(guī)模的增加，跨區(qū)直流多種故障形式增加了電網(wǎng)安全穩(wěn)定破壞的風(fēng)險(xiǎn)。引入具有快速響應(yīng)能力的儲(chǔ)能系統(tǒng)，構(gòu)建新的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定調(diào)控體系，可滿足用戶對(duì)供電可靠性不斷提高的要求，并能有效釋放跨區(qū)交直流通道的輸電能力。以多回特高壓直流饋入的某大區(qū)電網(wǎng)為例，在一回區(qū)外直流滿功率運(yùn)行時(shí)，發(fā)生雙極閉鎖故障后，需安控系統(tǒng)動(dòng)作切除網(wǎng)內(nèi)大量負(fù)荷，以保證大區(qū)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。若配置一定容量的儲(chǔ)能，故障后提供緊急功率支援，也能達(dá)到同樣的安全穩(wěn)定控制效果。
國(guó)家電網(wǎng)在建在運(yùn)特高壓工程示意圖
五、利用分布式儲(chǔ)能資源，將客戶側(cè)可調(diào)節(jié)負(fù)荷進(jìn)行聚合，通過源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)互動(dòng)，充分釋放負(fù)荷潛力，解決電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)段供需平衡調(diào)節(jié)困難、分布式電源消納不足等問題。
需求響應(yīng)是調(diào)節(jié)電網(wǎng)峰谷負(fù)荷、緩解供需矛盾的重要措施，儲(chǔ)能設(shè)施已被納入需求響應(yīng)參與主體。將各類分布式儲(chǔ)能資源進(jìn)行聚合并協(xié)同用戶側(cè)可調(diào)節(jié)負(fù)荷，聯(lián)合參與價(jià)格型和激勵(lì)型需求響應(yīng)，可深度釋放可調(diào)節(jié)負(fù)荷的潛能，成為電網(wǎng)調(diào)峰、新能源消納的巨量調(diào)節(jié)資源。
利用儲(chǔ)能資源聚合可調(diào)負(fù)荷滿足電網(wǎng)供需平衡需求圖
六、在高比例分布式光伏接入的中低壓配電網(wǎng)，利用分布式儲(chǔ)能的靈活調(diào)節(jié)能力，廣泛開展“光+儲(chǔ)”，提升配電網(wǎng)對(duì)新能源的接納能力。
大量分布式光伏接入配電網(wǎng)，易引起配電系統(tǒng)功率失衡、線路過載和節(jié)點(diǎn)電壓越限等問題，制約了分布式新能源的消納?！肮?儲(chǔ)”是未來(lái)可持續(xù)發(fā)展路徑。以安徽金寨電網(wǎng)為例，大量分布式光伏接入金寨縣域電網(wǎng)造成配電網(wǎng)電壓升高，線路末端電壓最高約1.3倍額定電壓，頻繁發(fā)生逆變器脫網(wǎng)事件。2019年4月，通過在光伏電站加裝分布式儲(chǔ)能裝置，有效改善了配電網(wǎng)電能質(zhì)量，光伏消納量增長(zhǎng)13%。未來(lái)，發(fā)展應(yīng)用獨(dú)立“光+儲(chǔ)”模式，及分布式儲(chǔ)能聚合分布式電源模式，在配電網(wǎng)形成規(guī)?；腔劭烧{(diào)資源，進(jìn)一步提升新能源高效消納空間。
儲(chǔ)能提升配電網(wǎng)接納新能源能力
03
未來(lái)展望
儲(chǔ)能技術(shù)是推動(dòng)世界能源清潔化、電氣化和高效化，破解能源資源和環(huán)境約束，實(shí)現(xiàn)全球能源轉(zhuǎn)型升級(jí)的核心技術(shù)之一。十四五期間是儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)的關(guān)鍵期，也是儲(chǔ)能應(yīng)用推廣的窗口期。一方面，聚焦所確定的技術(shù)路線，深化儲(chǔ)能技術(shù)研究，全面提升儲(chǔ)能（物理儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能等）本體技術(shù)、儲(chǔ)能系統(tǒng)集成技術(shù)、工程設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)維技術(shù)和評(píng)估技術(shù)，帶動(dòng)儲(chǔ)能關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)核心裝備制造和系統(tǒng)技術(shù)水平升級(jí)。同時(shí)，兼顧儲(chǔ)能前沿技術(shù)，夯實(shí)技術(shù)儲(chǔ)備。另一方面，計(jì)及儲(chǔ)能技術(shù)成熟度和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的不斷進(jìn)步，依據(jù)電力系統(tǒng)形態(tài)的演變，把握儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景、著力培育儲(chǔ)能應(yīng)用生態(tài)。
未來(lái)，基于邊界成本低且性能優(yōu)異的儲(chǔ)能技術(shù)，構(gòu)建高比例、廣泛布局、可廣域協(xié)同的儲(chǔ)能形態(tài)，使其成為完全可觀、可測(cè)、可控的電力系統(tǒng)調(diào)度對(duì)象和主要的調(diào)節(jié)資源，從而突破傳統(tǒng)電力在時(shí)間與空間上的供需矛盾，變革電網(wǎng)形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能，全面支撐未來(lái)電力系統(tǒng)智能、堅(jiān)強(qiáng)、靈活、廣泛互聯(lián)的發(fā)展。
