電化學儲能在電力系統的典型應用場景及工程分析

李艷

摘要：近年來，隨著我國儲能產業相關政策出臺和落地實施，儲能產業特別是電化學儲能得到快速發展。目前儲能技術已廣泛應用于電力系統各環節，并成為各方關注的焦點。本文分析了儲能發展應用基本情況、在電力系統的應用場景、發展趨勢及典型工程。

Abstract： In recent years， with the introduction and implementation of relevant policies of China's energy storage industry， the energy storage industry， especially electrochemical energy storage， has developed rapidly. At present， energy storage technology has been widely used in all aspects of power systems， and has become the focus of attention of all parties. This paper analyzes the basic situation of energy storage development application， application scenarios， development trends and typical projects in power systems.

關鍵詞：電化學儲能;電力系統;應用

Key words： electrochemical energy storage;power system;application

中圖分類號：TM92? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2018）35-0232-02

1? 電化學儲能發展應用基本情況

電化學儲能不僅具有快速響應和雙向調節的技術特點，還具有環境適應性強、小型分散配置且建設周期短的技術優勢，顛覆了源網荷的傳統概念，打破了電力發輸供用同時完成的固有屬性，可在電力系統電源、電網、負荷側承擔不同的角色，發揮不同的作用，儲能應用已覆蓋電力系統各環節，必將對電力行業產生深刻影響。

1.1 電化學儲能系統在運行范圍內可靈活地對有功及無功功率進行雙向快速調節

以鋰電池儲能系統為例，滿充至滿放轉換時間不超過1秒，可實現毫秒級的有功功率調節響應，是傳統火電機組調節性能的50～100倍。同時可在任一有功節點進行獨立的無功調節，能夠應用于平抑發電及負荷波動，提升發電機組靈活調節能力，為電網運行提供調峰、調頻、調壓、備用及需求響應等多種服務，在增強電網頻率和電壓調節能力、改善電能質量等方面均可發揮重要作用。

1.2 電化學儲能系統不受地域限制

考慮安全防護等因素，大型儲能系統一般采用集裝箱式系統設計，分散配置于不同電網節點，運輸及建設便利，幾乎不受地域地形的影響。同時電池儲能集成度高，系統結構簡單，項目建設周期短，相比目前受地域地形影響較大且建設周期較長的抽水蓄能電站，具有更廣闊的應用前景。

2? 電化學儲能系統應用場景及典型工程分析

2.1 電化學儲能系統典型應用場景

電化學儲能系統目前已廣泛應用于電力系統的各環節，成為電力行業發展的新焦點。儲能應用場景可按電源側、電網側、用戶側分為3類18項，其中大部分場景目前在國內已有初步應用探索，其它場景也已在國外具有應用實踐。

2.2 電化學儲能系統在傳統電源側的典型工程應用

電源側得益于國家能源局關于發電廠并網運行考核及補償機制的補充完善，以及調頻輔助服務市場的加快推進，全國多家發電企業已率先開展儲能技術應用探索。其中，在平滑出力波動、跟蹤調度計劃指令、提升新能源消納水平方面，張北風光儲輸示范工程是目前世界上規模最大的集風電、光伏、儲能及智能輸電工程四位一體的可再生能源綜合示范工程;

電化學儲能系統在在聯合調頻輔助服務方面，全國已有四省開展“火電+儲能”調頻項目，其中山西目前已有三家火電企業投資建設了配套儲能項目，且成功進入商業運營，取得了較為理想的效果。

2.3 電化學儲能系統在新能源電網側的典型工程應用

電網側為應對新能源大發展，亟需提高電網調節靈活性及穩定性，對于儲能技術應用需求日益凸顯。其中，在調峰調頻、系統備用、改善電能質量以及滿足電網尖峰負荷方面，南方電網于2010年建成深圳寶清電池儲能電站，成為中國首座兆瓦級調峰調頻鋰電池儲能電站;江蘇鎮江10萬千瓦（20萬千瓦時）儲能項目于2018年7月份投產，是目前全球規模最大的在運電網側儲能項目;河南電網公司依托2017年科技課題，10萬千瓦（20萬千瓦時）電池儲能示范項目已部分投產。

2018年，我國甘肅18.2萬千瓦（72萬千瓦時）大規模儲能項目擬瞄準新能源棄電市場，探索跨領域聯合應用模式，項目計劃在電源、電網、用戶側分別建設5萬、12萬及1.2萬千瓦儲能項目。

2.4 電化學儲能系統在微電網側的典型工程應用

在微網應用方面，江蘇車牛山島能源綜合利用微電網項目是國內首個交直流混合智能型微電網，由儲能設備及風、光、柴油機組成;西藏尼瑪縣可再生能源局域網工程是目前全球海拔最高、環境最惡劣的可再生能源局域網項目，整體由多種電池儲能系統、柴油機及光伏組成。

2.5 電化學儲能系統在用戶側的典型工程應用

用戶側應用主要利用當前用電峰谷價差下的“谷充峰放”模式，以改善電力用戶電費結構，降低用電成本為目的。其中，在削峰填谷、需量管理及需求響應方面，江蘇無錫星洲工業園儲能系統項目是全國最大容量商業運行客戶側儲能，也是首個依照江蘇電力公司《客戶側儲能系統并網管理規定》并網驗收的項目。在供電可靠性方面，江蘇連云港并、離網可切換儲能項目，實現了用戶負荷實時監測，可隨時調節儲能運行狀態，保障用戶供電可靠性。

2.6 電化學儲能系統在綠色交通領域的典型工程應用

在智能綠色交通領域方面，嘉定安亭充換儲一體化電站項目，成功將電動汽車充電站、換電站、儲能站和電池梯次利用等多功能進行融合。

2.7 國內暫未應用的國外經驗

部分場景在國內暫無應用，但在全球范圍有一定實踐經驗。如澳大利亞特斯拉10萬千瓦儲能項目屬電源側備用管理典型應用;美國芝加哥電力利用可回收儲能設備延緩變壓器升級投資，屬電網側延緩輸變電設施升級的典型應用;美國加州“鴨型曲線”解決方案，屬電網側負荷跟蹤與可再生能源爬坡控制的典型應用等。另外，意大利Terna公司電網級大規模儲能項目是典型的電網側綜合應用案例，通過對不同運行控制模式的切換，可同時承擔一、二次調頻、系統備用、減少電網阻塞、優化潮流分布等多重任務，最終起到提高電網運行穩定性和減少棄風棄光電量的作用，實現同一資產多種效益。

3? 儲能電池技術發展趨勢

儲能技術近五年來日趨成熟，全球電化學儲能主要包括鋰電池、鉛炭電池、鈉硫電池以及液流電池等。隨著各國支持政策持續出臺及制造工藝不斷完善，近年來儲能電池技術發展迅猛，電池安全性、循環壽命和能量密度等關鍵技術指標均得到了大幅提升，應用成本快速下降。其中鋰電池能量密度5年來提高了1倍、循環壽命提高了2～3倍、應用成本下降了60%;鉛炭電池循環壽命較傳統鉛酸電池提升了3～4倍，再生利用率達97%，綜合度電成本約0.6元/千瓦時·次，均接近盈虧平衡點，大規模商業化應用初現端倪。

4? 儲能電池關鍵技術未來將繼續突破

目前，我國鋰電池與鉛炭電池儲能的電池本體、能量管理、變流器和系統集成等核心技術已達國際先進水平。隨著政策紅利繼續釋放和基礎科學持續進步，可以預見未來儲能電池技術成熟度將不斷提高，應用成本也將進一步降低。以鋰電池（磷酸鐵鋰）和鉛炭電池為例，預計到2020年，磷酸鐵鋰電池循環次數將超過1萬次、鉛炭電池超過5000次，循環壽命較當前水平再提升1.7倍以上;磷酸鐵鋰電池能量成本降至1000元/千瓦時，鉛炭電池800元/千瓦時，綜合度電成本降至0.26～0.3元/千瓦時·次，成本較當前水平再下降60%，達到常規火電0.3～0.4元/千瓦時的度電成本水平。

5? 電力系統各環節對儲能技術應用需求不斷增大

5.1 電力系統需要儲能技術提高運行穩定性和靈活性? 隨著我國新能源發電規模的快速增長以及大范圍跨區輸電格局的建立，電力系統運行出現了諸多新的問題和挑戰，電網對于緩解調峰壓力、提高備用水平、減少電網阻塞以及提升跨區通道輸送能力等需求日益凸顯，而儲能技術作為應對上述問題的重要技術方案，有著廣闊的應用前景。

5.2 發電側需要儲能技術緩解棄電壓力或提高市場競爭力

于新能源企業，客觀上存在減少棄電及增加發電收入的經營壓力，儲能技術是目前提升可再生能源利用水平最有效的解決手段之一。對于常規電源，隨著輔助服務政策的不斷完善及輔助服務市場的持續推進，機組運行性能方面的服務競爭將愈發激烈，配置儲能提高調頻能力以及結合儲能進行火電機組靈活性改造的需求將急劇增加（目前火電機組配置鋰電池儲能實現靈活性改造和常規改造工藝在經濟性方面基本相當）。

5.3 電力用戶需要儲能技術降低電費成本

在部分地區的當前電價政策下，儲能技術為用戶提供了一條利用峰谷價差降低電費成本的途徑，隨著儲能應用成本的不斷降低，將有更多的用戶進行投資逐利，結合其他分布式電源，將衍生出越來越多的應用模式，不斷拉動儲能應用需求。

6? 市場機制為儲能提供更廣闊的應用前景

目前，國內電力市場建設正在快速推進中，與儲能相關的市場設計方案目前僅限于調頻及調峰輔助服務市場。未來隨著電力市場建設不斷深入，市場機制不斷完善，交易品種不斷豐富，儲能將迎來更廣闊的應用前景。

7? 動力電池產業推動電力儲能應用升溫

7.1 電池產能充裕

由于國家對新能源汽車發展的積極引導以及政策傾斜，我國動力電池產業規模擴張迅速，產能已開始過剩，需要向新的應用領域進行擴展轉移。截至2017年底，國內動力電池總有效產能已達1.1億千瓦時，而全年出貨量僅0.36億千瓦時，消化率32%。

7.2 退役電池梯次利用增加

未來退役動力電池規模的快速增加和梯次利用技術的持續進步，將進一步助力儲能技術在電力系統的應用。預計2019年退役電池規模將超過百萬千瓦時，2025年接近1億千瓦時。當前退役動力電池綜合利用成本與新電池基本相當，預計2020年綜合度電成本再降50%，達到0.25～0.3元/千瓦時·次。

8? 總結

在技術進步、需求增長、政策支持等多重因素共同影響下，我國當前電化學儲能應用快速發展且已初具規模，預計未來將呈現更加迅猛的增長態勢。近五年我國電化學儲能裝機規模平均增速達55%，高于全球年均增速18個百分點。截至2017年底，裝機規模已達39萬千瓦，占全球總規模的13%。預計2018年全年，我國僅電網側新增儲能裝機規模就將超過50萬千瓦，超過歷年累計裝機規模總和;到2020年，我國電化學儲能裝機規模將超過300萬千瓦，較2017年底規模再增長7倍以上。

參考文獻：

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