編者按：
隨著全球能源轉(zhuǎn)型的加速，儲(chǔ)能技術(shù)成為連接可再生能源發(fā)展與電網(wǎng)現(xiàn)代化的關(guān)鍵紐帶。近年來(lái)，中國(guó)儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模迅速擴(kuò)大，已成為全球儲(chǔ)能市場(chǎng)的重要力量。
但新型儲(chǔ)能在蓬勃發(fā)展的進(jìn)程中，涌現(xiàn)出很多問題。從產(chǎn)業(yè)角度來(lái)看，新型儲(chǔ)能技術(shù)如何助力地方產(chǎn)業(yè)提升國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力？?jī)?chǔ)能電池企業(yè)又如何應(yīng)對(duì)國(guó)際合規(guī)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的挑戰(zhàn)？電力系統(tǒng)方面，新型儲(chǔ)能如何助力電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型？新型儲(chǔ)能如何更好成為未來(lái)新型電力系統(tǒng)的壓艙石？
為了探討這些與新型儲(chǔ)能發(fā)展有關(guān)的問題，界面新聞工業(yè)組與綠色和平地方氣候行動(dòng)力項(xiàng)目組合作欄目，特邀請(qǐng)行業(yè)核心專家和學(xué)者撰稿，深入探討儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)方向。
文 | 南網(wǎng)能源院 陳雷
為助力推進(jìn)新型電力系統(tǒng)建設(shè)，新型儲(chǔ)能市場(chǎng)正持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展。
根據(jù)國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2023年底，全國(guó)已建成投運(yùn)新型儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)3139萬(wàn)千瓦/6687萬(wàn)千瓦時(shí)，平均儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)2.1小時(shí)，其中廣東新型儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)到163萬(wàn)千瓦/248萬(wàn)千瓦時(shí)，平均儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)1.5小時(shí)。廣東省內(nèi)新型儲(chǔ)能調(diào)度運(yùn)用水平持續(xù)提高，調(diào)節(jié)作用不斷增強(qiáng)。
根據(jù)中電聯(lián)《2023年度電化學(xué)儲(chǔ)能電站行業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)》，廣東儲(chǔ)能平均利用率為76%，排名第一，遠(yuǎn)高于第二位的56%。
立足實(shí)際，“十五五”期間，廣東新型儲(chǔ)能將如何發(fā)展？哪些領(lǐng)域?qū)⑹侵攸c(diǎn)？
短時(shí)儲(chǔ)能將持續(xù)發(fā)力
作為全國(guó)用電規(guī)模最大的省份，2023年，廣東全社會(huì)最高負(fù)荷1.48億千瓦，風(fēng)光裝機(jī)容量超過4000萬(wàn)千瓦，新能源裝機(jī)占比約21%。春節(jié)期間受冷空氣影響，風(fēng)電大發(fā)時(shí)段最大出力935萬(wàn)千瓦，風(fēng)電發(fā)電滲透率創(chuàng)歷史新高，達(dá)到30.1%，風(fēng)電發(fā)電量達(dá)1.53億千瓦時(shí)。風(fēng)電大發(fā)期間，在充分調(diào)用省內(nèi)可調(diào)資源后，仍需省內(nèi)新能源參與系統(tǒng)調(diào)峰，受限電量共約9660萬(wàn)千瓦時(shí)。
可見，即使廣東電力系統(tǒng)充裕性和靈活性總體水平較高，在春節(jié)等用電負(fù)荷較低的特殊時(shí)段，當(dāng)遇新能源大發(fā)時(shí)，常規(guī)機(jī)組開機(jī)減少，系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力減弱，容易引發(fā)新能源棄電現(xiàn)象。
未來(lái)隨著新能源滲透率不斷增加，調(diào)峰問題將逐漸顯現(xiàn)。新型儲(chǔ)能可在新能源大發(fā)時(shí)充電，從而提高新能源的消納率，但當(dāng)新能源持續(xù)大發(fā)，當(dāng)前以2小時(shí)為主的短時(shí)儲(chǔ)能對(duì)提升新能源消納率的效果有限。
綜合考慮廣東電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力、新型儲(chǔ)能的技術(shù)發(fā)展及單位造價(jià)，“十五五”期間，短時(shí)儲(chǔ)能可重點(diǎn)在特定的應(yīng)用場(chǎng)景發(fā)揮作用，如緩解斷面受限，推動(dòng)構(gòu)建微電網(wǎng)及支撐用戶側(cè)靈活高效用能。
（一）緩解斷面受限
隨著省內(nèi)珠三角核心城區(qū)土地及資源日益稀缺、電力負(fù)荷密度顯著提升，核心城區(qū)局部電網(wǎng)阻塞問題日益突出，新建或擴(kuò)建輸變電工程推進(jìn)難度不斷加大、工期不斷拉長(zhǎng)。
在此情況下，布局靈活、工期較短的新型儲(chǔ)能為緩解阻塞提供了有效方案。可通過在存在阻塞的負(fù)荷密集地區(qū)，合理布局短時(shí)新型儲(chǔ)能，削減局部變電站尖峰負(fù)荷，減小輸電線路運(yùn)行壓力，從而減輕系統(tǒng)阻塞，緩解電力建設(shè)困難和安全可靠供電的需求之間的矛盾。
（二）構(gòu)建微電網(wǎng)
廣東東部和西北部山區(qū)地域廣闊，人口密度低，用電負(fù)荷分散，且電網(wǎng)多采用單輻射接線方式，部分線路截面偏小，臺(tái)區(qū)的供電半徑過長(zhǎng)，導(dǎo)致偏遠(yuǎn)地區(qū)供電存在電壓末端電壓偏低、供電可靠性較差的問題。
若當(dāng)?shù)仫L(fēng)、光、水資源條件較好，可充分利用當(dāng)?shù)刎S富的自然資源，構(gòu)建風(fēng)光水儲(chǔ)等多能互補(bǔ)的微電網(wǎng)，以提高地區(qū)的供電能力和可靠性。
例如地處偏遠(yuǎn)的粵北清遠(yuǎn)市金坑村，僅有一座變電站供電，且供電半徑長(zhǎng)，10千伏配網(wǎng)線路長(zhǎng)達(dá)16.7千米，一旦電網(wǎng)發(fā)生故障，搶修難度大，復(fù)電時(shí)間長(zhǎng)。為解決金坑村的供電問題，2019年，該地區(qū)建成省內(nèi)首個(gè)山區(qū)光儲(chǔ)微電網(wǎng)，配置儲(chǔ)能容量250千瓦，解決了供電半徑長(zhǎng)引起的末端低電壓?jiǎn)栴}和392個(gè)低壓用戶的用電問題。不僅如此，一旦電網(wǎng)發(fā)生故障，微電網(wǎng)可進(jìn)入孤島運(yùn)行，繼續(xù)維持供電18小時(shí)以上，從而贏得搶修時(shí)間，減輕運(yùn)維壓力。
（三）支撐用戶側(cè)靈活高效用能
2023年，廣東用戶側(cè)儲(chǔ)能裝機(jī)占比達(dá)到24%，遠(yuǎn)高于全國(guó)平均水平。省內(nèi)用戶側(cè)儲(chǔ)能的發(fā)展得益于較大的峰谷價(jià)差。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2023年廣東?。ㄖ槿俏迨校┢骄畲蠓骞葍r(jià)差位居全國(guó)首位，達(dá)到1.351元/千瓦時(shí)，比排名第二的湖南省高0.288元/千瓦時(shí)。
同時(shí)，儲(chǔ)能單位造價(jià)的持續(xù)下降和補(bǔ)貼政策的利好，共同加速促進(jìn)省內(nèi)珠三角地區(qū)用戶側(cè)儲(chǔ)能項(xiàng)目的發(fā)展。根據(jù)初步測(cè)算，省內(nèi)用戶側(cè)儲(chǔ)能每天基本可實(shí)現(xiàn)兩充兩放，2小時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)部收益率基本可達(dá)10%以上，投資回收期約4年左右，具備較好的經(jīng)濟(jì)性。
長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能需求將持續(xù)提高
到2060年新型電力系統(tǒng)全面建成時(shí)，發(fā)電側(cè)與負(fù)荷側(cè)的雙向不確定性將使電力系統(tǒng)對(duì)調(diào)節(jié)資源的需求不斷擴(kuò)大。此外，常規(guī)電源的開機(jī)逐漸減少，系統(tǒng)大范圍和長(zhǎng)周期電力電量平衡難度顯著加大，電力系統(tǒng)對(duì)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的需求將持續(xù)提高。
儲(chǔ)能作為可以加入電網(wǎng)的一種優(yōu)質(zhì)靈活性調(diào)節(jié)資源，同時(shí)具有電源和負(fù)荷的雙重屬性，是支撐高比例新能源接入和消納的關(guān)鍵技術(shù)手段。短時(shí)儲(chǔ)能和長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能共同發(fā)力，在提升電力系統(tǒng)靈活性和保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
（一）增加系統(tǒng)慣性常數(shù)
高比例電子電力系統(tǒng)中，因風(fēng)電、光伏多采用恒功率控制，呈現(xiàn)恒功率源特性，不對(duì)外體現(xiàn)慣性。大規(guī)模新能源與區(qū)外直流輸電代替了原同步電網(wǎng)的部分同步電動(dòng)機(jī)，系統(tǒng)慣量在特點(diǎn)及形式上發(fā)生改變，由此帶來(lái)的低慣量問題改變了系統(tǒng)頻率特性。最為直接的影響體現(xiàn)在系統(tǒng)頻率抵抗不平衡功率擾動(dòng)的能力下降，初始頻率變化率增大。
這意味著，相同時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)頻率變化幅度增加，系統(tǒng)頻率更容易越界并觸發(fā)快速切機(jī)/切負(fù)荷，也可能導(dǎo)致新能源并網(wǎng)頻率變化率保護(hù)動(dòng)作并引起新能源大規(guī)模脫網(wǎng)，從而降低系統(tǒng)供電可靠性。新型儲(chǔ)能可采用虛擬慣量控制方式，為電網(wǎng)提供慣量，從而改善系統(tǒng)慣性常數(shù)及初始頻率變化率。
（二）優(yōu)化電力系統(tǒng)開機(jī)
隨著新能源進(jìn)入高速發(fā)展階段，系統(tǒng)日內(nèi)調(diào)節(jié)資源需求加大。儲(chǔ)能可以提高系統(tǒng)調(diào)峰能力，促進(jìn)新能源消納。風(fēng)電的反調(diào)峰特性，增大了系統(tǒng)的調(diào)峰壓力。儲(chǔ)能通過削峰填谷，在負(fù)荷低谷期風(fēng)電出力較大時(shí)充分吸納風(fēng)電，在負(fù)荷高峰期風(fēng)電出力較小時(shí)放電，從而有效緩解系統(tǒng)調(diào)峰壓力，有利于提高新能源消納能力。
此外，從電力系統(tǒng)運(yùn)行角度，儲(chǔ)能可在負(fù)荷高峰期放電，從而代替部分火電開機(jī)容量；在負(fù)荷低谷期充電，從而減少火電調(diào)峰深度，有利于提高火電機(jī)組利用效率和使用壽命，同時(shí)減少燃料消耗，減少碳排放。
（三）長(zhǎng)時(shí)間及廣域空間能量轉(zhuǎn)移
隨著風(fēng)光裝機(jī)的不斷提高，季節(jié)供需不平衡的矛盾不斷突出，解決長(zhǎng)時(shí)期尺度下電力系統(tǒng)新能源出力與負(fù)荷需求的電量不匹配的矛盾，是新型電力系統(tǒng)面臨的重要挑戰(zhàn)，也是長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力。
長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能（如氫儲(chǔ)能）可憑借長(zhǎng)周期、大容量特性，在長(zhǎng)時(shí)間及廣域空間上調(diào)節(jié)新能源發(fā)電波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移。廣東的最高負(fù)荷一般發(fā)生在夏季，夏季全社會(huì)用電量約占全年用電量的56%；而冬季風(fēng)電出力一般較大，可發(fā)電量約占全年的60%。長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能可在冬季風(fēng)電出力較大時(shí)吸收多余的風(fēng)電，在夏季提供電力電量支撐，實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)移，提高風(fēng)電消納能力和發(fā)電利用小時(shí)數(shù)。（注：綠氫是最可持續(xù)的選擇，藍(lán)氫、灰氫不利于碳減排）。
（四）極端天氣持續(xù)可靠供電
廣東是國(guó)內(nèi)臺(tái)風(fēng)登陸次數(shù)最多的省份，5-12月均有臺(tái)風(fēng)登陸，其中7-9月是臺(tái)風(fēng)登陸廣東最頻繁的時(shí)期，集中了70%的臺(tái)風(fēng)，此時(shí)也是廣東負(fù)荷較高的時(shí)期。
臺(tái)風(fēng)條件下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)承載的風(fēng)荷載可能超過極限荷載，威脅風(fēng)機(jī)安全，風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)置有25m/s-35m/s左右的切出風(fēng)速，當(dāng)風(fēng)速超過切出風(fēng)速時(shí)，風(fēng)機(jī)將停機(jī)。臺(tái)風(fēng)登陸期間一般也伴有強(qiáng)降雨天氣，此時(shí)光伏出力約為0。
在20至30年左右的未來(lái)，一周內(nèi)無(wú)風(fēng)無(wú)光的極端天氣背景下，最大電力缺額約4000萬(wàn)千瓦，電量缺額約10億千瓦時(shí)，考慮配置長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，通過在新能源富余時(shí)期充電，在風(fēng)、光等出力極低的情況下放電，滿足周內(nèi)電力、電量平衡，以保證極端天氣持續(xù)可靠供電。
（五）降低社會(huì)用能成本
煤炭、天然氣等一次能源價(jià)格受地緣政治沖突、全球經(jīng)濟(jì)影響較大。到2060年，如果夏季某月燃料價(jià)格飆升，導(dǎo)致火電企業(yè)發(fā)電積極性不高，全省大部分火電機(jī)組不發(fā)電，根據(jù)測(cè)算，夏季最大電力缺口可能達(dá)到5000萬(wàn)千瓦，電量缺口可能達(dá)到25億千瓦時(shí)。這時(shí)，可考慮配置長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，通過在新能源富余及能源價(jià)格較低的月份充電，在火電機(jī)組出力不足的期間放電，滿足月內(nèi)電力、電量平衡，以保證電力的持續(xù)可靠供應(yīng)，同時(shí)降低全社會(huì)用能成本。
廣東新型儲(chǔ)能的定位將轉(zhuǎn)變
結(jié)合廣東新型電力系統(tǒng)的建設(shè)進(jìn)程及新型儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，在2030年前，預(yù)計(jì)省內(nèi)將以短時(shí)儲(chǔ)能的應(yīng)用為主，新型儲(chǔ)能在緩解負(fù)荷中心斷面受限、構(gòu)建偏遠(yuǎn)地區(qū)微電網(wǎng)、支撐用戶靈活高效用能等方面保證電力系統(tǒng)供電可靠性與靈活性；在2060年前，為適應(yīng)電力系統(tǒng)不同時(shí)間尺度的調(diào)節(jié)需求，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能將起到“壓艙石”的作用，與短時(shí)儲(chǔ)能互相補(bǔ)充，協(xié)同運(yùn)行。
新型儲(chǔ)能的可持續(xù)發(fā)展離不開完善的調(diào)用和市場(chǎng)化運(yùn)行機(jī)制。作為全國(guó)第二個(gè)實(shí)現(xiàn)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)正式運(yùn)行的省份，廣東已出臺(tái)相關(guān)文件，明確了源、網(wǎng)、荷各側(cè)新型儲(chǔ)能參與電力市場(chǎng)的方式、品種及結(jié)算機(jī)制。當(dāng)前火儲(chǔ)聯(lián)調(diào)、用戶側(cè)儲(chǔ)能已具備經(jīng)濟(jì)效益，電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能/獨(dú)立儲(chǔ)能可參與中長(zhǎng)期市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)。
由于近中期省內(nèi)電力系統(tǒng)整體調(diào)節(jié)能力相對(duì)充裕，節(jié)點(diǎn)電價(jià)差較小，輔助服務(wù)市場(chǎng)空間有限，電網(wǎng)側(cè)/獨(dú)立儲(chǔ)能是否具有經(jīng)濟(jì)性，很大程度上取決于新能源的租賃費(fèi)用。根據(jù)廣東省發(fā)改委印發(fā)的《關(guān)于調(diào)整新能源發(fā)電項(xiàng)目配置儲(chǔ)能有關(guān)事項(xiàng)的通知》，2025年及以后首次并網(wǎng)的海上風(fēng)電、陸上風(fēng)電和裝機(jī)容量大于3萬(wàn)千瓦的光伏項(xiàng)目，按照不低于10%/2小時(shí)配置新型儲(chǔ)能，且可以跨地市租賃。這給獨(dú)立儲(chǔ)能增加了租賃收益，拓寬了收入來(lái)源。
廣東2024年上半年還備案通過了82個(gè)源網(wǎng)側(cè)項(xiàng)目，其中獨(dú)立/共享儲(chǔ)能74個(gè)，備案規(guī)模約1300萬(wàn)千瓦，獨(dú)立儲(chǔ)能的租賃市場(chǎng)規(guī)模有限，若備案項(xiàng)目如期投產(chǎn)，則近兩年極有可能出現(xiàn)獨(dú)立儲(chǔ)能租賃市場(chǎng)供過于求的情況，影響儲(chǔ)能項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性。為此，主管部門提出探索容量補(bǔ)償機(jī)制，更好地發(fā)揮儲(chǔ)能在新型電力系統(tǒng)中的容量?jī)r(jià)值。
根據(jù)廣東電源規(guī)劃情況，未來(lái)數(shù)年，省內(nèi)電力系統(tǒng)充裕性和靈活性依然較高，短時(shí)儲(chǔ)能可在特定的場(chǎng)景發(fā)揮作用。隨著未來(lái)新能源裝機(jī)占比的提升，新型電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)需求不斷增大，廣東新型儲(chǔ)能的定位將從當(dāng)前規(guī)?；l(fā)展初期轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏ο到y(tǒng)不可或缺的靈活調(diào)節(jié)資源，具備大規(guī)模發(fā)展條件。
新型儲(chǔ)能的發(fā)展受益于政策紅利，目前正邁入規(guī)?；l(fā)展階段。建議充分挖掘新型儲(chǔ)能的應(yīng)用場(chǎng)景，并創(chuàng)造可充分體現(xiàn)新型儲(chǔ)能價(jià)值的市場(chǎng)環(huán)境，推動(dòng)新型儲(chǔ)能更好的服務(wù)于新型電力系統(tǒng)。
（作者為南網(wǎng)能源院電力規(guī)劃中心高級(jí)工程師）