高比例新能源電力系統儲能應用關(guān)鍵問(wèn)題與展望

"雙碳"目標的確立為新能源發(fā)展按下了加速鍵。2020年12月，我國在氣候雄心峰會(huì )上宣布，到2030年，風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電總裝機容量將達到12億千瓦以上。然而，新能源具有隨機性和波動(dòng)性，未來(lái)大規模、高比例新能源并網(wǎng)將對電力系統規劃、運行帶來(lái)更大挑戰。儲能作為優(yōu)質(zhì)的靈活調節資源，可以在不同時(shí)間尺度提供多種價(jià)值的服務(wù)，必然伴隨著(zhù)新能源發(fā)電同步發(fā)展。當前，電力系統儲能已頗具規模，應用領(lǐng)域不斷擴展，成為電力系統規劃、運行不可或缺的元素，相關(guān)的示范應用、價(jià)格機制、參與電力市場(chǎng)等應用和研究不斷深入。隨著(zhù)儲能的快速發(fā)展，與其相關(guān)的基礎性、原則性、角色定位等問(wèn)題還有待明確。

一、儲能大規模應用的基礎性問(wèn)題

一是電力系統儲能的基本概念需要明確。儲能的種類(lèi)龐雜，國際電工委員會(huì )（IEC）對儲能的定義為：通過(guò)設備或者物理介質(zhì)，將能量存儲起來(lái)，并在需要時(shí)釋放出來(lái)。電能屬于二次能源，國內外尚未對電力系統儲能做出明確的定義，從功能上看，電力系統儲能可以定義為：通過(guò)一種介質(zhì)或者設備，把電力系統的電能存儲起來(lái)，在電力系統需要能量或功率支撐時(shí)，以電能的形式釋放到電力系統的循環(huán)過(guò)程。電力系統儲能的基本特征應該是雙向的，基本形式為電能，存儲形式可以多樣化，通常所說(shuō)的儲熱、儲氫、蓄冷等最終以熱、氫、冷形式釋放更適合歸為電力負荷。

二是電力系統儲能的單位表述應更加準確。傳統電力設施的裝機容量通常以功率來(lái)表征，如瓦、千瓦。然而儲能與常規電力設施不同，不僅具有電力屬性還具有能量屬性，二者不可分離，缺失任何一個(gè)參數都不能準確表達儲能的基本性能。目前，對儲能單位的描述比較混亂，如諸多資料將儲能容量描述為千瓦時(shí)或者兆瓦時(shí)等能量單位，與電力系統裝機容量定義相反。因此，電力系統儲能無(wú)論從裝機、規模、還是容量上看都應該同時(shí)標稱(chēng)電力和能量?jì)蓚€(gè)參數。

三是電力系統儲能應用領(lǐng)域的合理劃分有利于分類(lèi)施策。儲能應用領(lǐng)域廣闊，涵蓋了電力系統發(fā)輸配用各個(gè)環(huán)節，從功能特征來(lái)看，包括調峰、調頻、備用、延緩輸配電網(wǎng)改造等；從應用場(chǎng)景來(lái)看，包括新能源并網(wǎng)、輔助服務(wù)、火電機組配置儲能、戶(hù)用儲能等。在美國，一般采用表前（Front of the Meter，FTM）和表后（Behind the Meter，BTM）對儲能進(jìn)行區分，美國儲能協(xié)會(huì )定義表前儲能主要是連接到輸配電網(wǎng)或發(fā)電資產(chǎn)，可獨立參加批發(fā)市場(chǎng)；表后主要在商業(yè)、工業(yè)或居民用戶(hù)表計之后，主要參與零售交易。從我國當前電力管理體制出發(fā)，按電源側、電網(wǎng)側、用戶(hù)側分類(lèi)相對清晰，其中電源側主要為各類(lèi)電源表計之前配置的儲能，電網(wǎng)側主要為接入公用電網(wǎng)的儲能，用戶(hù)側主要為用戶(hù)表計之后配置的儲能。合理劃分儲能有利于分類(lèi)施策、分類(lèi)管理。

四是電力系統儲能的身份和屬性宜明確認定。儲能具有充電、放電特性，具有電源和負荷的雙重屬性，對儲能身份和屬性的認定直接關(guān)系到儲能應用。如2017年，英國發(fā)布"英國智能靈活能源系統發(fā)展戰略"對儲能進(jìn)行了明確定義，將儲能的市場(chǎng)身份由此前歸屬的終端負荷改為發(fā)電資源，由此結束了對儲能充電和放電的雙重收費。目前，電源側、用戶(hù)側儲能身份界定相對明確，對于接入公用電網(wǎng)的儲能，其電源、負荷屬性尚需明確，這直接關(guān)系到該類(lèi)儲能應當履行的責任、并網(wǎng)管理、調度運行以及電價(jià)政策等，具體作為單一身份或者雙重身份可根據管理要求加以確定。

二、高比例新能源電力系統中儲能的應用

從規劃方面看，保障高比例新能源電力系統的電力可靠供應和安全穩定運行宜按各類(lèi)靈活性資源必要性、安全性、經(jīng)濟性排序，合理制定儲能發(fā)展規模。儲能雖然可以廣泛應用于電力系統各個(gè)環(huán)節，但從功能和成本上看具有可替代性。靈活性資源主要包括：燃煤機組、燃氣機組、抽水蓄能、電化學(xué)儲能、電網(wǎng)輸電通道、需方響應資源等。當前，儲能成本仍然不具備競爭力。在進(jìn)行靈活性資源規劃時(shí)，應與新能源和傳統電源協(xié)調發(fā)展，優(yōu)先挖掘存量靈活性資源潛力，加快推動(dòng)火電靈活性改造、需求側響應、通道靈活運行等見(jiàn)效快、成本低、影響范圍廣的措施，在現有靈活性資源不能滿(mǎn)足系統運行需要時(shí)可新增電化學(xué)儲能等，實(shí)現規模、結構和布局的綜合優(yōu)化。

從調度運行方面看，接入公用電網(wǎng)的儲能系統應參考傳統發(fā)電機組實(shí)行"統一調度、分級管理"。在按照儲能裝機規模進(jìn)行分級管理、分級調度的基礎上，可分場(chǎng)景、分目標實(shí)行儲能優(yōu)先調度?？紤]電網(wǎng)整體運行效率及局部調節需求，用于保障局部尖峰供電、緩解線(xiàn)路設備過(guò)載、保障配電網(wǎng)供電可靠性等功能的儲能由地調（縣調）優(yōu)先調度；用于系統調頻、調峰以及電網(wǎng)暫態(tài)控制的儲能由省調優(yōu)先控制；用于跨省跨區調峰、保障直流輸電等功能的儲能可由網(wǎng)調優(yōu)先控制。

從電力市場(chǎng)建設方面看，秉持技術(shù)中立，建立公平的儲能參與電力市場(chǎng)準入規則。對于能夠通過(guò)市場(chǎng)盈利的應用領(lǐng)域，應建立和完善市場(chǎng)機制，確立儲能市場(chǎng)主體地位，給予儲能與市場(chǎng)其他主體同臺競爭的公平環(huán)境。市場(chǎng)建設也并非一蹴而就，如2018年美國聯(lián)邦能源管理委員會(huì )（FERC）發(fā)布841號法令，目的是消除儲能進(jìn)入容量、能量和輔助服務(wù)市場(chǎng)的障礙，法令發(fā)布后遭到了全美公用事業(yè)監管委員協(xié)會(huì )（NARUC）、愛(ài)迪生電力研究所等機構上訴，經(jīng)過(guò)兩年多的時(shí)間才得以通過(guò)。英國從2016年開(kāi)始允許包括電化學(xué)儲能在內的新興儲能參與容量市場(chǎng)競拍，經(jīng)過(guò)兩輪拍賣(mài)后，由于市場(chǎng)歧視問(wèn)題，歐洲法院裁定暫停英國容量市場(chǎng)競拍。不過(guò)，儲能進(jìn)入市場(chǎng)的趨勢是不變的。2020年10月，FERC發(fā)布2222號法令，允許分布式光伏、用戶(hù)側儲能、電動(dòng)汽車(chē)和智能電器等各類(lèi)分布式資源進(jìn)入批發(fā)市場(chǎng)。我國中長(cháng)期電力市場(chǎng)、部分現貨市場(chǎng)、調頻輔助服務(wù)市場(chǎng)、絕大數調峰輔助服務(wù)市場(chǎng)均將儲能納入交易市場(chǎng)成員。

從安全管理方面看，高度重視儲能消防安全，將儲能設備列為特定消防對象。全球儲能電站火災事故統計顯示，電池電芯缺陷以及電池管理系統的不可靠是導致事故的主要原因，隨著(zhù)電池老化、環(huán)境變化，以鋰離子電池為代表的部分電化學(xué)儲能系統發(fā)生火災的風(fēng)險一直存在并可能持續提升。一方面，制定并實(shí)施嚴格的標準和檢測規范可大大降低火災事故發(fā)生概率，如美國儲能系統和設備的安全標準UL9540，以及評價(jià)儲能系統熱失控擴散危險性和消防措施有效性的大規?；馃郎y試標準UL9540A等，對儲能安裝參數、間距、通風(fēng)、產(chǎn)生的熱量和氣體等方面進(jìn)行了規范。另一方面，構建電力儲能安全管理體系，將儲能設備劃定為特定消防對象，制定儲能滅火的標準操作程序等。

三、新能源配置儲能的發(fā)展趨勢

自2020年開(kāi)始，河南、內蒙古、遼寧、湖南等省份均提出了優(yōu)先支持配置儲能的新能源發(fā)電項目。隨著(zhù)國家"碳達峰、碳中和"目標的提出，各省加大了對新能源場(chǎng)站配置儲能的支持力度，山東、海南、貴州、寧夏等省份在2021年風(fēng)電、光伏項目競爭性配置辦法中明確要求配置一定容量的儲能設施，新疆、廣西、江西等省份優(yōu)先支持承諾配置儲能設施的新能源電站開(kāi)發(fā)。儲能伴隨新能源的發(fā)展而發(fā)展，從最初的鼓勵配置儲能到當前的要求配置儲能，隨著(zhù)新能源并網(wǎng)比例的提升，預計越來(lái)越多的新能源將自發(fā)配置儲能或購買(mǎi)儲能的相關(guān)服務(wù)。

一是配置儲能可降低新能源發(fā)電的系統成本。近年來(lái)，隨著(zhù)新能源接入電網(wǎng)的比例提升，新能源系統成本逐漸被關(guān)注。新能源系統成本一般認為是新能源接入后相較于無(wú)新能源系統額外增加的投資及運行成本，包括備用電源配置成本、平衡成本、電網(wǎng)成本等。初步研究顯示，新能源電量滲透率超過(guò)15%后，系統成本進(jìn)入快速增長(cháng)臨界點(diǎn)。風(fēng)電、光伏不再享受中央財政補貼后，為提高上網(wǎng)競爭力，可通過(guò)配置儲能有效提升新能源的可調度性，降低系統成本。

二是配置儲能是新能源履行系統責任的重要技術(shù)路徑。構建新能源為主體的新型電力系統，需要新能源承擔作為主力電源的系統責任，2019年修訂頒布的《電力系統安全穩定標準》由電力行業(yè)標準升級為國家標準，提出新能源場(chǎng)站應提高調節能力，必要時(shí)應配置燃氣電站、抽水蓄能電站、儲能電站等靈活調節資源。部分省份已經(jīng)要求新能源機組具備一次調頻等常規機組具備的能力，電源同質(zhì)化是未來(lái)發(fā)展的基本趨勢。新能源配置儲能可有效履行系統責任，減少考核，避免預留發(fā)電容量。

三是配置儲能可有效提升新能源參與現貨市場(chǎng)盈利水平。由于新能源發(fā)電具有隨機性，難以實(shí)時(shí)跟隨現貨市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)調整發(fā)電出力，實(shí)現利益最大化。通過(guò)配置儲能可靈活參與市場(chǎng)并提升履約能力，在現貨價(jià)格較低或者未能出清情況下給儲能充電，在現貨價(jià)格較高時(shí)放電獲得收益。如澳大利亞現貨市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)劇烈，限價(jià)范圍大，新能源場(chǎng)站通常配置大容量?jì)δ苎b置，如315兆瓦的Hornsdale風(fēng)電場(chǎng)，2017年配置了100兆瓦/129兆瓦時(shí)的特斯拉電池，2019年，儲能擴展到150兆瓦/194兆瓦時(shí)。儲能充分利用了新能源發(fā)電邊際成本低的特點(diǎn)，在現貨價(jià)格較低時(shí)充電，在用電高峰現貨價(jià)格較高時(shí)放電，極大提升了新能源電站的盈利能力。

高比例新能源電力系統的儲能應用由成本、技術(shù)、市場(chǎng)、管理等多項因素綜合決定，是一個(gè)不斷探索、不斷調整、不斷豐富的過(guò)程，契合電力系統運行需求，找準功能定位，將在高比例新能源電力系統中扮演越來(lái)越重要的角色。

本文來(lái)源：《電力決策與輿情參考》