儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展及在城市電網(wǎng)的應(yīng)用展望

田浩毅，遲 峰，齊曉曼，時(shí)珊珊，方 陳

(1.國網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院，上海 200437；2.國家電網(wǎng)公司華東分部，上海 200120)

儲(chǔ)能是多能源子系統(tǒng)的綜合紐帶，也是未來綜合能源系統(tǒng)的心臟[1]。2017年國家發(fā)改委等五部門聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》為我國儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)提出了發(fā)展方向。2018年江蘇省發(fā)改委發(fā)布的《關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)<關(guān)于促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見>的通知》率先吹響儲(chǔ)能商業(yè)化號(hào)角，鎮(zhèn)江因其東部電網(wǎng)一系列規(guī)模龐大、競逐者眾多的儲(chǔ)能項(xiàng)目，以及用戶側(cè)、電網(wǎng)側(cè)分進(jìn)合擊的策略，獲得市場矚目。隨著儲(chǔ)能政策體系的不斷完善與落地實(shí)施，我國儲(chǔ)能市場的商業(yè)化運(yùn)行即將開展。本文結(jié)合儲(chǔ)能在上海電網(wǎng)中的實(shí)踐對(duì)其在未來能源系統(tǒng)中的發(fā)展進(jìn)行了探討。

1 我國儲(chǔ)能技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展環(huán)境

1.1 技術(shù)現(xiàn)狀

儲(chǔ)能技術(shù)作為電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中繼“采—發(fā)—輸—配—用”五大環(huán)節(jié)后的第六環(huán)節(jié)，能有效地提高電能質(zhì)量，使得電力系統(tǒng)變得“柔軟”，極大程度上提高了電力系統(tǒng)安全性、經(jīng)濟(jì)性及靈活性[2]。儲(chǔ)能技術(shù)是指通過物理或化學(xué)等方法實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的存儲(chǔ)，并在需要時(shí)釋放一系列相關(guān)技術(shù)[3]。

儲(chǔ)能技術(shù)主要包括三方面：儲(chǔ)能本體技術(shù)、并網(wǎng)技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)。

(1)儲(chǔ)能本體技術(shù)。儲(chǔ)能技術(shù)按照存儲(chǔ)介質(zhì)進(jìn)行分類，可以分為物理儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能和燃料電池等[4]。儲(chǔ)能本體技術(shù)對(duì)比如表1所示。

(2)并網(wǎng)技術(shù)。儲(chǔ)能變流器(PCS)是電網(wǎng)與儲(chǔ)能裝置的接口，是儲(chǔ)能系統(tǒng)的重要組成部分，主要由變流器及其控制系統(tǒng)組成。根據(jù)電路拓?fù)涞牟煌?，?chǔ)能變流器主要可以分為一級(jí)變換拓?fù)湫秃蛢杉?jí)變換拓?fù)湫汀?/p>

(3)監(jiān)控技術(shù)。儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)能夠高效地將電網(wǎng)調(diào)度和儲(chǔ)能系統(tǒng)協(xié)調(diào)聯(lián)結(jié)起來并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)、狀態(tài)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保系統(tǒng)始終處于良好的工作狀態(tài)[5]。

表1 儲(chǔ)能本體技術(shù)對(duì)比

1.2 政策環(huán)境

近年來我國高度重視儲(chǔ)能技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，2017年國家發(fā)改委等五部門聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》為我國儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)提出了發(fā)展方向，成為催生新模式、培育新市場的政策奇點(diǎn)。2009年至今，我國針對(duì)儲(chǔ)能行業(yè)不斷推出相關(guān)政策法規(guī)，促進(jìn)儲(chǔ)能行業(yè)進(jìn)一步有序健康發(fā)展，2009年至今國內(nèi)儲(chǔ)能主要政策見表2。

1.3 市場規(guī)模

電化學(xué)儲(chǔ)能呈穩(wěn)步增長態(tài)勢(shì)。據(jù)中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟(CNESA)項(xiàng)目庫的不完全統(tǒng)計(jì)，截至2017年底，中國已投運(yùn)儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模為28.9 GW[6]。從地區(qū)分布上看，國內(nèi)儲(chǔ)能項(xiàng)目主要集中在華東、華北、華南和西北地區(qū)。其中，江蘇省的裝機(jī)規(guī)模最大，接近50 MW。從應(yīng)用分布上看，新增投運(yùn)項(xiàng)目全部應(yīng)用在集中式可再生能源并網(wǎng)、輔助服務(wù)和用戶側(cè)領(lǐng)域。其中，用戶側(cè)領(lǐng)域的功率規(guī)模最大，超過70 MW，輔助服務(wù)領(lǐng)域的同比增速最大，接近1 000%。從技術(shù)分布上看，鋰離子電池和鉛蓄電池的功率規(guī)?；境制?，比重分別為51%和49%，同時(shí)鉛蓄電池的同比增速最大，超過81%。

2 儲(chǔ)能技術(shù)在電網(wǎng)中的應(yīng)用場景及商業(yè)模式

2.1 應(yīng)用場景

電網(wǎng)結(jié)構(gòu)大致可以分為電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、戶用側(cè)。在電源側(cè)，對(duì)于傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組而言，通過并入儲(chǔ)能系統(tǒng)可輔助改善發(fā)電機(jī)組AGC性能，提高機(jī)組頻率調(diào)節(jié)能力，目前已得到大量應(yīng)用和推廣。在電網(wǎng)側(cè)，儲(chǔ)能系統(tǒng)通過直接并入電網(wǎng)側(cè)對(duì)頻率異常狀態(tài)的主網(wǎng)進(jìn)行干預(yù)控制，可以成為電網(wǎng)頻率穩(wěn)定控制的有效手段[7]。而隨著具有波動(dòng)性和間歇性的新能源電力大規(guī)模并入電網(wǎng)，輸電側(cè)大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用可顯著提高電網(wǎng)的接納能力，有效提升線路輸送容量。在用戶側(cè)，儲(chǔ)能技術(shù)最容易實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用場景是基于峰谷電價(jià)差，利用儲(chǔ)能產(chǎn)品“低充、高放”實(shí)現(xiàn)套利，然而隨著電力體制改革的不斷推進(jìn)，電力輸送和銷售的省際壁壘將逐步打通，因此戶用側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)展，必須結(jié)合特定的應(yīng)用場景來提升其經(jīng)濟(jì)性，如儲(chǔ)能系統(tǒng)+充電樁等模式。儲(chǔ)能技術(shù)在電源、電網(wǎng)和用戶側(cè)的應(yīng)用場景及典型實(shí)踐如表3所示。

表2 2009年至今國內(nèi)儲(chǔ)能主要相關(guān)政策

表3 儲(chǔ)能技術(shù)在電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)的應(yīng)用場景比較

2.2 商業(yè)模式

目前，儲(chǔ)能系統(tǒng)在國外已有較多的商業(yè)應(yīng)用，在不同的國家、地區(qū)儲(chǔ)能的應(yīng)用重點(diǎn)領(lǐng)域各不相同[8]?？偨Y(jié)儲(chǔ)能系統(tǒng)的主要商業(yè)模式，主要可分為分布式光伏+儲(chǔ)能、用戶側(cè)獨(dú)立儲(chǔ)能電站、社區(qū)儲(chǔ)能、用戶技術(shù)方案服務(wù)、資源聚合商、中間商租賃等6種，如表4所示。

表4 儲(chǔ)能技術(shù)典型商業(yè)模式及實(shí)踐

3 儲(chǔ)能技術(shù)在上海電網(wǎng)的實(shí)踐及展望

3.1 實(shí)踐

隨著儲(chǔ)能技術(shù)的日趨成熟并成為電網(wǎng)發(fā)展的研究熱點(diǎn)之一，上海電網(wǎng)在儲(chǔ)能領(lǐng)域的發(fā)展取得了較為豐碩的成果。城市電網(wǎng)儲(chǔ)能應(yīng)用方面，目前上海范圍內(nèi)已建成含12套不同種類的儲(chǔ)能系統(tǒng)，總?cè)萘窟_(dá)兆瓦級(jí)的4座儲(chǔ)能電站、2套移動(dòng)供電系統(tǒng)以及2座電動(dòng)汽車充放電站。開發(fā)儲(chǔ)能電站綜合調(diào)度平臺(tái)，研制移動(dòng)式供電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)削峰填谷、微網(wǎng)、新能源接入優(yōu)化、供電可靠性提升和電動(dòng)汽車入網(wǎng)等綜合應(yīng)用。分散布置的儲(chǔ)能電站將信息發(fā)送到集控站，集控站按照電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行目標(biāo)要求，靈活制定相應(yīng)的運(yùn)行制度和控制策略，并下發(fā)儲(chǔ)能電站執(zhí)行。同時(shí)，集控站對(duì)儲(chǔ)能站的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，以提高運(yùn)行水平。風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)領(lǐng)域，上海電網(wǎng)在崇明東灘風(fēng)電場建設(shè)一套2 MW/2 MWh集裝箱式儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括風(fēng)儲(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)，接入19.5 MW風(fēng)電場工作母線。該示范工程在國內(nèi)是第一次將MW級(jí)儲(chǔ)能系統(tǒng)接入獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)電場，實(shí)際投入并網(wǎng)運(yùn)行，示范工程具備有功控制和無功補(bǔ)償?shù)榷喾N功能，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電場出力平滑、電壓穩(wěn)定與電能質(zhì)量改善等作用。

智能交通領(lǐng)域，上海電網(wǎng)建成了嘉定安亭充換儲(chǔ)一體化電站。基于充換儲(chǔ)一體化電站的監(jiān)控與工程化應(yīng)用技術(shù)，按照分布式、層次化的系統(tǒng)部署方案，將電動(dòng)汽車充電站、換電站、儲(chǔ)能站和電池梯次利用等多功能進(jìn)行融合，建成了電動(dòng)汽車智能充換儲(chǔ)一體化電站，首先在上海嘉定國際汽車城安亭站獲得了應(yīng)用實(shí)踐。嘉定安亭電動(dòng)汽車一體化電站系統(tǒng)規(guī)模達(dá)到1.25 MW/2.25 MWh。

3.2 應(yīng)用展望

頂層戰(zhàn)略設(shè)計(jì)方面，結(jié)合上海公司特色探索儲(chǔ)能技術(shù)在城市能源互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略中價(jià)值主張?bào)w系與系統(tǒng)性布局。與美國、日本、歐洲等國家相比，我國市場開放度還不太高，儲(chǔ)能的市場主體地位初步得以賦予，在技術(shù)、體制等方面具備與電網(wǎng)、分布式發(fā)電、用戶等結(jié)合的初步基礎(chǔ)，可以針對(duì)上海“一帶一路”和長江經(jīng)濟(jì)帶的交匯樞紐戰(zhàn)略地位、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效應(yīng)高供電價(jià)值密度、占地面積小而精、城市管理精細(xì)化、沿海沿江災(zāi)備防御和用戶需求多元化等城市特征需求，結(jié)合電改推進(jìn)下的電力市場開放政策、國家儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)政策等市場規(guī)則，系統(tǒng)性開展儲(chǔ)能技術(shù)在城市能源互聯(lián)網(wǎng)價(jià)值網(wǎng)絡(luò)中的上海適用性分析，探索上海公司儲(chǔ)能技術(shù)的商業(yè)價(jià)值主張?bào)w系和布局。一是適度投資電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能作為電網(wǎng)設(shè)備增容改造的最終或過渡性解決方案，并促請(qǐng)政府允許將儲(chǔ)能納入配電有效資產(chǎn)；二是考慮將社區(qū)儲(chǔ)能等用戶側(cè)可行性儲(chǔ)能商業(yè)模式納入綜合能源服務(wù)試點(diǎn)規(guī)劃范圍，結(jié)合電能替代等營銷策略開展前瞻性市場準(zhǔn)入性分析；三是持續(xù)關(guān)注儲(chǔ)能突破性技術(shù)創(chuàng)新對(duì)于目前電網(wǎng)運(yùn)行模式的顛覆性趨勢(shì)，從可靠優(yōu)質(zhì)的電網(wǎng)供電品質(zhì)、能控在控的安全品質(zhì)角度出發(fā)，儲(chǔ)備、研發(fā)并轉(zhuǎn)化為真正有利于電網(wǎng)運(yùn)行的儲(chǔ)能科技創(chuàng)新成果；四是產(chǎn)業(yè)經(jīng)營單元關(guān)注固定、移動(dòng)式儲(chǔ)能裝置開發(fā)，加強(qiáng)與國內(nèi)外知名儲(chǔ)能電池與裝置制造商、儲(chǔ)能技術(shù)解決方案供應(yīng)商的合作，為電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能、用戶側(cè)儲(chǔ)能的推廣應(yīng)用提前奠定裝備基礎(chǔ)。

政策參與影響方面，推動(dòng)政府層面出臺(tái)合理的儲(chǔ)能補(bǔ)貼政策和相關(guān)產(chǎn)業(yè)鼓勵(lì)政策，分級(jí)分類研究儲(chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng)管理規(guī)定。一是加強(qiáng)對(duì)未出臺(tái)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)補(bǔ)貼政策相關(guān)建議的測算，精準(zhǔn)把握并盡早形成政府層面上儲(chǔ)能入網(wǎng)定價(jià)方面的“電網(wǎng)聲音”。遵循主要原則：對(duì)于用來區(qū)域調(diào)度調(diào)峰、解決棄風(fēng)與棄光嚴(yán)重問題等具備電網(wǎng)級(jí)響應(yīng)能力的大型儲(chǔ)能電站，本身具備中長期盈利能力，鼓勵(lì)政府以基礎(chǔ)投資補(bǔ)貼形式扶持，不建議給予過高電價(jià)補(bǔ)貼；對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)、孤島等電網(wǎng)建設(shè)投資過高、用電規(guī)模較小的分布式儲(chǔ)能，建議給予鼓勵(lì)性電價(jià)補(bǔ)貼政策；對(duì)于社區(qū)儲(chǔ)能、汽車儲(chǔ)能、樓宇儲(chǔ)能等能夠創(chuàng)造更多社會(huì)價(jià)值的分布式儲(chǔ)能，鑒于后續(xù)可以形成商業(yè)模式帶來可持續(xù)盈利，可采取持續(xù)遞減補(bǔ)貼等等。二是結(jié)合電網(wǎng)中長期規(guī)劃和短期運(yùn)行方式，考慮與電網(wǎng)的匹配度，參考電網(wǎng)的輸配用電技術(shù)環(huán)節(jié)劃分，識(shí)別電壓等級(jí)、容量等并網(wǎng)管理相關(guān)技術(shù)要素，盡快分級(jí)分類研究儲(chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng)管理措施，把好儲(chǔ)能技術(shù)融入城市能源互聯(lián)網(wǎng)體系的技術(shù)關(guān)口，規(guī)避產(chǎn)業(yè)扶持政策下的“一窩蜂”盲目投資帶來的安全與技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)應(yīng)用與商業(yè)推廣方面，采用安全第一的重視高度和謹(jǐn)慎態(tài)度，以電化學(xué)儲(chǔ)能為主體開展復(fù)合性儲(chǔ)能應(yīng)用；以綜合能源服務(wù)為商業(yè)載體，主動(dòng)搶占用戶側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)和市場布局先機(jī)。一是電化學(xué)儲(chǔ)能具有體積小，能量密度高等優(yōu)點(diǎn)，比較適合在上海高經(jīng)濟(jì)密度城市電網(wǎng)中應(yīng)用。結(jié)合具體功率型及能量型應(yīng)用的需求，重點(diǎn)引進(jìn)布局技術(shù)相對(duì)成熟的鋰離子電池儲(chǔ)能和鉛碳電池儲(chǔ)能。針對(duì)儲(chǔ)能在削峰填谷、調(diào)頻備用等電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能的應(yīng)用現(xiàn)實(shí)需求，開展復(fù)合性應(yīng)用。二是上海正在積極推進(jìn)五個(gè)中心建設(shè)，高端制造、智能制造等對(duì)用戶側(cè)的安全可靠供電保障提出了更高的要求。負(fù)荷峰谷差不斷增大，電網(wǎng)調(diào)峰備用能力緊張，對(duì)高質(zhì)量供電提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。以綜合能源服務(wù)公司為切入點(diǎn)，積極開展用戶側(cè)高可靠性供電、削峰填谷等儲(chǔ)能應(yīng)用，搶占用戶側(cè)儲(chǔ)能市場，并反哺支撐電網(wǎng)高可靠運(yùn)行。三是現(xiàn)階段還是以合同能源管理為基本商業(yè)模式，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能在電源和用戶側(cè)的推廣。由電廠或用戶提供場地，電力公司與其簽訂能源管理合同，提供儲(chǔ)能設(shè)備采購、施工建設(shè)與運(yùn)營管理，通過在發(fā)電側(cè)參與調(diào)頻市場，在用戶側(cè)提供削峰填谷等應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)收益，雙方按照一定的比例分成。在此基礎(chǔ)上，利用互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，可以進(jìn)一步推進(jìn)融資眾籌等金融模式。

4 結(jié)語

本文介紹了儲(chǔ)能技術(shù)的政策環(huán)境、技術(shù)現(xiàn)狀、應(yīng)用場景及商業(yè)模式，結(jié)合儲(chǔ)能在上海電網(wǎng)中的實(shí)踐探討了其在未來能源系統(tǒng)中的發(fā)展，為未來儲(chǔ)能技術(shù)在上海電網(wǎng)的應(yīng)用提供了借鑒可參考的方向。