中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：根據(jù)我國(guó)能源轉(zhuǎn)型工作的相關(guān)要求，電力系統(tǒng)中風(fēng)、光、核等非化石能源占比將持續(xù)提高。由于核電出力調(diào)節(jié)困難，風(fēng)、光等可再生能源具有間歇性的特點(diǎn)，使得電力系統(tǒng)在調(diào)峰、調(diào)頻等方面所面臨的挑戰(zhàn)將越來越嚴(yán)峻，需要大量創(chuàng)新性技術(shù)如廉價(jià)、環(huán)保、安全的儲(chǔ)能技術(shù)作為有力支撐。
儲(chǔ)能技術(shù)包括物理儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能、相變儲(chǔ)能等多種類型，目前建設(shè)規(guī)模最大的是以傳統(tǒng)抽水蓄能為代表的物理儲(chǔ)能。近年來，其他類型儲(chǔ)能技術(shù)得到了快速發(fā)展，特別是電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，以其響應(yīng)速度快、建設(shè)周期短、能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)勢(shì)逐步開始應(yīng)用于調(diào)峰調(diào)頻領(lǐng)域。近期，新型超級(jí)電容儲(chǔ)能技術(shù)取得了突破性進(jìn)展。但是儲(chǔ)能的大規(guī)模應(yīng)用還面臨一些問題，本文主要從電化學(xué)儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性角度進(jìn)行探討。
（文丨寧光濤 李琳瑋 陳皓勇）
儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)中的作用
儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用場(chǎng)景主要包括發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)。
在發(fā)電側(cè)，儲(chǔ)能設(shè)施可以平抑出力波動(dòng)，改善電能質(zhì)量；調(diào)節(jié)電站出力，減少新能源電廠的棄風(fēng)棄光；參與系統(tǒng)輔助調(diào)頻等。在電網(wǎng)側(cè)，儲(chǔ)能設(shè)施可以減少系統(tǒng)峰谷差，改善負(fù)荷曲線，減少部分峰荷機(jī)組和輸變電工程的建設(shè)；參與系統(tǒng)調(diào)頻；作為黑啟動(dòng)電源和重要負(fù)荷的保安電源等。在用戶側(cè)，儲(chǔ)能設(shè)施可以利用峰谷電價(jià)差降低電度電費(fèi)；減少供電負(fù)荷峰值，降低容量電費(fèi)；為自身敏感設(shè)備提供備用電源等。
儲(chǔ)能面臨的主要問題
儲(chǔ)能技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用還面臨多個(gè)方面的問題，一方面電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)本身還存在成本問題、安全問題和環(huán)保問題，需要不斷地突破和完善，另一方面儲(chǔ)能設(shè)施的投資回收機(jī)制還不明朗，商業(yè)模式尚不完善。
目前，一些省區(qū)的調(diào)峰調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)已逐步開啟，儲(chǔ)能項(xiàng)目通過參與系統(tǒng)調(diào)頻服務(wù)獲利的可能性增大，但是調(diào)峰輔助服務(wù)的相關(guān)政策更多是從發(fā)電廠個(gè)體出發(fā)，缺乏對(duì)電力系統(tǒng)整體經(jīng)濟(jì)性的考慮，同時(shí)《輸配電定價(jià)成本監(jiān)審辦法》明確了儲(chǔ)能投資不得計(jì)入電網(wǎng)輸配電定價(jià)成本，電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能的發(fā)展也受到制約，因此儲(chǔ)能的發(fā)展還需要相應(yīng)政策的進(jìn)一步支持和電價(jià)機(jī)制引導(dǎo)。
儲(chǔ)能對(duì)電力系統(tǒng)的影響
從全社會(huì)的角度出發(fā)，建設(shè)大規(guī)模接至10kV及以下電壓等級(jí)的分布式儲(chǔ)能裝置，可實(shí)現(xiàn)削峰填谷，降低系統(tǒng)最高負(fù)荷和峰谷差。既能減少系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)主力調(diào)峰電廠的建設(shè)，又能減少220kV及110kV變電容量及輸電線路的建設(shè)，降低系統(tǒng)投資。當(dāng)減少的電源及電網(wǎng)側(cè)投資大于增加的儲(chǔ)能投資時(shí)，整體經(jīng)濟(jì)性較好。
以海南遠(yuǎn)景全社會(huì)2000萬kW負(fù)荷水平（電量1120億kWh）為例進(jìn)行測(cè)算，規(guī)劃以氣電、核電為主的裝機(jī)方案作為基準(zhǔn)電源方案，儲(chǔ)能規(guī)模維持現(xiàn)有抽水蓄能裝機(jī)規(guī)模不變，系統(tǒng)總裝機(jī)規(guī)模約2710萬kW。海南遠(yuǎn)景電源裝機(jī)比例(見表1)。
表1 海南遠(yuǎn)景電源裝機(jī)基準(zhǔn)方案
海南遠(yuǎn)景典型日原始負(fù)荷曲線見圖1。
圖1 海南遠(yuǎn)景典型日負(fù)荷曲線（原始值）
▲增加儲(chǔ)能裝置對(duì)負(fù)荷曲線的影響
遠(yuǎn)景夏季日最小負(fù)荷率為0.62，冬季日最小負(fù)荷率為0.46，日峰谷差較大。采取新增大規(guī)模儲(chǔ)能裝置替代同容量氣電機(jī)組，以實(shí)現(xiàn)用電負(fù)荷的削峰填谷，優(yōu)化負(fù)荷曲線。新增儲(chǔ)能規(guī)模及相應(yīng)電源裝機(jī)比例（見表2）。
表2 儲(chǔ)能裝置替代氣電裝機(jī)后機(jī)組占比
通過進(jìn)行全年的電力電量平衡計(jì)算分析，得出如下結(jié)果：
① 當(dāng)增加儲(chǔ)能裝置190萬kW/380萬kWh，替代190萬kW氣電機(jī)組時(shí)，可使夏季日最小負(fù)荷率上升至0.8，冬季日最小負(fù)荷率上升至0.63（見圖2）。在此情景下，火電機(jī)組利用小時(shí)數(shù)得到提升。
圖2 海南遠(yuǎn)景典型日負(fù)荷曲線（增190萬kW儲(chǔ)能替代氣電）
② 當(dāng)增加儲(chǔ)能裝置380萬kW/760萬kWh，替代380萬kW氣電機(jī)組時(shí)，可使夏季日最小負(fù)荷率上升至0.9，冬季日最小負(fù)荷率上升至0.75，(見圖3)。在此情景下，火電機(jī)組利用小時(shí)數(shù)大幅提升，煤電達(dá)到6500多小時(shí)，氣電達(dá)到4000多小時(shí)。
圖3 海南遠(yuǎn)景典型日負(fù)荷曲線（增380萬kW儲(chǔ)能替代氣電）
③ 當(dāng)增加儲(chǔ)能裝置570萬kW/1140萬kWh，替代570萬kW氣電機(jī)組時(shí)，可使夏季和冬季的日最小負(fù)荷率均上升至0.9以上，已趨近于1，（見圖4）。在此裝機(jī)方案下，核電機(jī)組和煤電機(jī)組除停機(jī)檢修時(shí)間外，基本均處于滿發(fā)狀態(tài)，氣電機(jī)組和儲(chǔ)能既承擔(dān)發(fā)電任務(wù)又承擔(dān)系統(tǒng)備用容量。
圖4 海南遠(yuǎn)景典型日負(fù)荷曲線（增570萬kW儲(chǔ)能替代氣電）
▲增加儲(chǔ)能裝置對(duì)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的影響
電源側(cè)經(jīng)濟(jì)性
增加儲(chǔ)能裝置減少了系統(tǒng)內(nèi)調(diào)峰電源裝機(jī)規(guī)模，提高了系統(tǒng)內(nèi)機(jī)組的利用小時(shí)數(shù)，綜合考慮電源建設(shè)投資、運(yùn)營(yíng)年限、燃料費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)等因素后，計(jì)算電源側(cè)年費(fèi)用，結(jié)果見圖5。具體參數(shù)選取如下：
① 燃?xì)怆姀S單位造價(jià)取3000元/kW，經(jīng)營(yíng)期25年，年固定運(yùn)行費(fèi)率取項(xiàng)目建設(shè)投資的3%（不含燃?xì)赓M(fèi)），機(jī)組平均氣耗取0.2 m3/kWh，天然氣氣價(jià)取2.5元/m3；燃煤火電標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)取600元/噸。
② 核電廠單位造價(jià)取15500元/kW，經(jīng)營(yíng)期30年，年固定運(yùn)行費(fèi)率取項(xiàng)目建設(shè)投資的4%（不含核燃料費(fèi)），核燃料單價(jià)取0.06元/千瓦時(shí)。
③ 光伏電站單位造價(jià)取5000元/kW，經(jīng)營(yíng)期取25年，年運(yùn)行費(fèi)取項(xiàng)目建設(shè)投資的2.4%。
④ 儲(chǔ)能電站單位造價(jià)取1000?3000元/kWh，經(jīng)營(yíng)期取10年，年運(yùn)行費(fèi)取項(xiàng)目建設(shè)投資的5%，發(fā)電效率取90%。
圖5 儲(chǔ)能替代氣電對(duì)電源側(cè)經(jīng)濟(jì)性的影響
由圖5可見，當(dāng)儲(chǔ)能綜合造價(jià)降至2500元/kWh及以下時(shí)，以儲(chǔ)能替代氣電裝機(jī)的方式可降低電源側(cè)的總年費(fèi)用。當(dāng)儲(chǔ)能綜合造價(jià)在3000元/kWh及以上時(shí)，以儲(chǔ)能替代氣電裝機(jī)的方式在電源側(cè)的經(jīng)濟(jì)性較差。
當(dāng)通過增加儲(chǔ)能裝置使系統(tǒng)日最小負(fù)荷率趨近于1時(shí)，常規(guī)電源機(jī)組都已得到充分利用，此時(shí)再新增儲(chǔ)能裝置已無法替代氣電機(jī)組，此時(shí)繼續(xù)增加儲(chǔ)能裝置的經(jīng)濟(jì)性將變差。
電網(wǎng)側(cè)經(jīng)濟(jì)性
建設(shè)分布式儲(chǔ)能裝置后，可降低系統(tǒng)最高負(fù)荷，減少高壓電網(wǎng)輸電變工程的建設(shè)，減少電網(wǎng)側(cè)投資。220kV電網(wǎng)變電容載比按1.9計(jì)算，110kV電網(wǎng)變電容載比按2.1計(jì)算，儲(chǔ)能對(duì)電網(wǎng)側(cè)投資的影響結(jié)果(見表3)。
表3 儲(chǔ)能裝置對(duì)電網(wǎng)側(cè)的影響
新增190萬kW/380萬kWh儲(chǔ)能裝置，相比基準(zhǔn)電源方案可減少電網(wǎng)投資22.5億元，年費(fèi)用減少2.7億元；儲(chǔ)能裝置容量增加至570萬kW/1140萬kWh時(shí)，相比基準(zhǔn)電源方案可減少電網(wǎng)投資68.6億元，年費(fèi)用減少8.1億元。
全社會(huì)經(jīng)濟(jì)性
綜合電源側(cè)和電網(wǎng)側(cè)投資后，分析全社會(huì)的經(jīng)濟(jì)性（見圖6）。
圖6 儲(chǔ)能替代氣電對(duì)全社會(huì)經(jīng)濟(jì)性的影響
若儲(chǔ)能綜合造價(jià)為3000元/kWh，新增儲(chǔ)能裝置容量達(dá)到380萬kW/760萬kWh，全社會(huì)總年費(fèi)用可降低7.7億元，平均每度電價(jià)格可降低0.007元/kWh；若儲(chǔ)能綜合造價(jià)降至2500元/kWh，全社會(huì)總年費(fèi)用可降低15.2億元，平均每度電價(jià)格可降低0.014元/kWh。儲(chǔ)能價(jià)格下降越多，全社會(huì)經(jīng)濟(jì)性越好，社會(huì)所有參與者均可以從中獲益，關(guān)鍵在于紅利如何分配。
關(guān)于電價(jià)機(jī)制的建議
在現(xiàn)有的電力體制下，儲(chǔ)能除了通過調(diào)頻輔助服務(wù)獲利、用戶側(cè)儲(chǔ)能通過峰谷電價(jià)差套利等商業(yè)模式較為清晰外，其他應(yīng)用場(chǎng)景的儲(chǔ)能投資回收機(jī)制和商業(yè)模式還不完善。但是我國(guó)的電力體制改革仍然在穩(wěn)步推進(jìn)，各項(xiàng)制度也在不斷創(chuàng)新和完善中，因此我們通過分析對(duì)于未來的電價(jià)策略提出以下建議。
① 通過前面的分析可以看出，大規(guī)模儲(chǔ)能可以減少輸配電網(wǎng)投資，與輸配電服務(wù)有較大的關(guān)聯(lián)性，如果將儲(chǔ)能設(shè)施建設(shè)投資納入輸配電成本，對(duì)于電網(wǎng)降低建設(shè)成本也能起到正向激勵(lì)作用。
但《輸配電定價(jià)成本監(jiān)審辦法》明確電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能投資不能計(jì)入電網(wǎng)輸配電定價(jià)成本，這項(xiàng)規(guī)定的出發(fā)點(diǎn)是考慮到電網(wǎng)公司是提供輸配電服務(wù)的供應(yīng)商，而儲(chǔ)能既可以作為負(fù)荷又可以作為電源，還可以提供輔助服務(wù)，因此儲(chǔ)能的投資與輸配電服務(wù)的相關(guān)性較難界定，需要進(jìn)一步研究。
② 大規(guī)模儲(chǔ)能可以改善系統(tǒng)負(fù)荷曲線，降低系統(tǒng)峰谷差，減少尖峰負(fù)荷值，因此可以減少大型調(diào)峰機(jī)組的建設(shè)，同時(shí)提高已有主力電源裝機(jī)的利用小時(shí)數(shù)，提高已有主力電源的經(jīng)濟(jì)效益，降低發(fā)電成本和上網(wǎng)電價(jià)。
因此可以通過計(jì)劃或市場(chǎng)方式將上網(wǎng)電價(jià)下降總量的一部分用于激勵(lì)儲(chǔ)能設(shè)施的建設(shè)，其余部分可用于降低用戶側(cè)終端銷售電價(jià)，實(shí)現(xiàn)全社會(huì)（包括電源、電網(wǎng)、儲(chǔ)能、用戶）的多方互動(dòng)共贏。
③ 制定電源、電網(wǎng)、用戶聯(lián)動(dòng)的分時(shí)電價(jià)機(jī)制，健全價(jià)格激勵(lì)和約束手段，使節(jié)約能源資源與保護(hù)生態(tài)環(huán)境成為單位、家庭、個(gè)人的自覺行動(dòng)，促使電力系統(tǒng)的各參與者自發(fā)建設(shè)儲(chǔ)能裝置、主動(dòng)參與系統(tǒng)調(diào)峰，促進(jìn)儲(chǔ)能行業(yè)的健康發(fā)展。
④ 當(dāng)前新能源電站建設(shè)儲(chǔ)能裝置的積極性不高，這是因?yàn)閲?guó)家從支持新能源發(fā)展的角度，要求電網(wǎng)需全額收購(gòu)其發(fā)電量，并且由電網(wǎng)承擔(dān)新能源發(fā)電波動(dòng)的平衡義務(wù)。這對(duì)市場(chǎng)的其他參與者不公平，因此可加強(qiáng)對(duì)新能源電站發(fā)電的偏差考核，以價(jià)格手段促使新能源電站建設(shè)儲(chǔ)能裝置以化解風(fēng)險(xiǎn)，提高新能源發(fā)電的滲透率。
（本文作者：寧光濤、李琳瑋 海南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究中心，陳皓勇 華南理工大學(xué)電力經(jīng)濟(jì)與電力市場(chǎng)研究所）
