可再生能源配套儲(chǔ)能的四個(gè)基本原則

文 | 陳永翀 馮彩梅 劉勇

作者供職于中科院電工研究所儲(chǔ)能技術(shù)組，中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)

可再生能源的開(kāi)發(fā)利用可以有效應(yīng)對(duì)能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題，是世界各國(guó)能源轉(zhuǎn)型和低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱。隨著技術(shù)進(jìn)步和成本逐年下降，近年來(lái)可再生能源得到了快速發(fā)展。2019年中國(guó)可再生能源新增并網(wǎng)裝機(jī)（含水電、生物質(zhì)發(fā)電）約6475萬(wàn)千瓦；全國(guó)風(fēng)電、光伏累計(jì)裝機(jī)分別為2.1億千瓦和2億千瓦，在電力裝機(jī)中占比達(dá)到20%。

以風(fēng)電、光伏為代表的可再生能源具有波動(dòng)性和間歇性特點(diǎn)，大規(guī)模并網(wǎng)給電力系統(tǒng)帶來(lái)了穩(wěn)定性和可靠性挑戰(zhàn)。

儲(chǔ)能技術(shù)配套應(yīng)用于可再生能源發(fā)電，可以提供削峰填谷服務(wù)以及平滑出力波動(dòng)、跟蹤預(yù)測(cè)曲線等功能，是解決可再生能源并網(wǎng)問(wèn)題的有效途徑之一。

儲(chǔ)能技術(shù)種類(lèi)較多，以抽水蓄能和電化學(xué)儲(chǔ)能為主。根據(jù)儲(chǔ)能需求特性和時(shí)長(zhǎng)要求的不同，儲(chǔ)能技術(shù)大致可以分為容量型、功率型、能量型和備用型四種類(lèi)型。

其中，容量型儲(chǔ)能一般要求連續(xù)儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)大于4小時(shí)，例如削峰填谷場(chǎng)景或離網(wǎng)儲(chǔ)能場(chǎng)景；功率型儲(chǔ)能要求儲(chǔ)能系統(tǒng)的連續(xù)儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)往往小于30分鐘，例如儲(chǔ)能輔助調(diào)頻或平滑間歇性電源功率波動(dòng)場(chǎng)景；能量型儲(chǔ)能介于容量型和功率型之間，一般為1小時(shí)左右的復(fù)合儲(chǔ)能場(chǎng)景，要求儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠提供調(diào)峰調(diào)頻和緊急備用等多重功能；備用型儲(chǔ)能在電網(wǎng)突然斷電或電壓跌落時(shí)，能夠作為不間斷電源立即提供緊急電力，一般要求持續(xù)時(shí)間不低于15分鐘。

可再生能源發(fā)電存在分鐘、小時(shí)、連續(xù)數(shù)天甚至跨季節(jié)等不同時(shí)間尺度上的波動(dòng)性或間歇性，因此存在容量型、功率型、能量型和備用型等不同儲(chǔ)能技術(shù)類(lèi)型的需求，以及儲(chǔ)能配置規(guī)模、成本要求等方面的差異。

可再生能源配套儲(chǔ)能的主要問(wèn)題

長(zhǎng)期來(lái)看，儲(chǔ)能的應(yīng)用對(duì)可再生能源項(xiàng)目開(kāi)發(fā)至關(guān)重要。目前由于儲(chǔ)能技術(shù)成本較高，從經(jīng)濟(jì)性角度無(wú)法有效刺激新能源電站主動(dòng)配置儲(chǔ)能系統(tǒng)。加之商業(yè)模式單一，缺乏儲(chǔ)能與新能源的利益分配機(jī)制，因此風(fēng)電或光伏配套儲(chǔ)能項(xiàng)目?jī)H在棄電上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)較高的少數(shù)地區(qū)具備競(jìng)爭(zhēng)力，“可再生能源+儲(chǔ)能”模式推廣和被接受程度較低，相關(guān)儲(chǔ)能項(xiàng)目仍以示范為主。

未來(lái)儲(chǔ)能度電成本還有較大下降空間，在電力市場(chǎng)改革和建設(shè)過(guò)程中，“可再生能源+儲(chǔ)能”的模式也可以通過(guò)多種手段參與電力市場(chǎng)獲益。因此，在儲(chǔ)能成本下降和電力市場(chǎng)改革的雙重推動(dòng)下，“可再生能源+儲(chǔ)能”將會(huì)逐漸成為未來(lái)能源發(fā)展的標(biāo)配模式。在這個(gè)過(guò)程中，需要我們梳理配套的基本原則。

可再生能源配套儲(chǔ)能的基本原則

可再生能源配套儲(chǔ)能主要是解決可再生能源發(fā)電的波動(dòng)性問(wèn)題和間歇性問(wèn)題。

2020年以來(lái)，我國(guó)已有江西、湖南、新疆等10多個(gè)省份相繼出臺(tái)可再生能源配套儲(chǔ)能的相關(guān)政策。政策的引導(dǎo)和支持有助于促進(jìn)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，但相關(guān)配置原則仍需探討。結(jié)合目前我國(guó)可再生能源開(kāi)發(fā)和儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的實(shí)際情況，可再生能源配套儲(chǔ)能可能需要遵循以下基本原則：

（1）理想目標(biāo)匹配原則

水力發(fā)電主要受豐水期和枯水期的影響，儲(chǔ)能方面需要重點(diǎn)關(guān)注跨季節(jié)儲(chǔ)能系統(tǒng)或采用風(fēng)光水互補(bǔ)方案。

風(fēng)電波動(dòng)性大，消納匹配性較差，且存在連續(xù)數(shù)天大風(fēng)或無(wú)風(fēng)天氣的情況，風(fēng)儲(chǔ)結(jié)合應(yīng)用的關(guān)鍵在于通過(guò)合理的容量配置和適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行策略來(lái)抑制因波動(dòng)性和間歇性引發(fā)的系統(tǒng)沖擊；配置10小時(shí)以上長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)可相對(duì)有效應(yīng)對(duì)風(fēng)電波動(dòng)性和間歇性問(wèn)題。

光伏發(fā)電主要存在晝夜差異和短時(shí)波動(dòng)，峰谷特性明顯，發(fā)電輸出與負(fù)荷匹配度較好，儲(chǔ)能可實(shí)現(xiàn)定期充放，利用率相對(duì)較高。光伏電站應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)平滑功率波動(dòng)、削峰填谷、調(diào)頻調(diào)壓的功能，理論上需要配置4小時(shí)以上容量型儲(chǔ)能系統(tǒng)，同時(shí)兼?zhèn)淦交▌?dòng)的功能。

（2）循序遞進(jìn)原則

上一個(gè)匹配原則是未來(lái)儲(chǔ)能度電成本大幅下降后擬實(shí)現(xiàn)的理想目標(biāo)，也是儲(chǔ)能大規(guī)模發(fā)展后的情景。然而，目前的儲(chǔ)能度電成本尚不足以支撐上述理想目標(biāo)的完全實(shí)現(xiàn)。因此，中短期內(nèi)（5～8年）可以根據(jù)儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)揮的不同功能價(jià)值以及可再生能源電力系統(tǒng)可接受的成本約束，按照備用型（離網(wǎng)黑啟動(dòng)）、功率型（平滑功率波動(dòng)，調(diào)頻）、能量型（平滑波動(dòng)及不超過(guò)1小時(shí)的臨時(shí)頂峰輸出）、容量型（4小時(shí)以上的削峰填谷）的循序遞進(jìn)方式，逐步實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用目標(biāo)。

（3）集中共享原則

考慮到當(dāng)不同地區(qū)光伏和風(fēng)電聯(lián)網(wǎng)疊加時(shí)，某種程度上存在功率及容量的概率互補(bǔ)，而且這種互補(bǔ)情況隨著分布式新能源的增多會(huì)更加明顯。因此可再生能源+儲(chǔ)能應(yīng)由分布式逐步過(guò)渡到集中式，盡可能遵循集中共享原則，提升公共資源利用效率，降低設(shè)備應(yīng)用成本。

（4）并網(wǎng)質(zhì)量主導(dǎo)原則

除了根據(jù)新能源特性和儲(chǔ)能功能確定儲(chǔ)能配置方案外，相關(guān)部門(mén)應(yīng)對(duì)可再生能源的并網(wǎng)質(zhì)量提出要求。由可再生能源業(yè)主根據(jù)質(zhì)量要求，結(jié)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性綜合考慮，自行決定是否配置儲(chǔ)能或配置多大規(guī)模的儲(chǔ)能。

采用行政命令手段強(qiáng)制發(fā)電業(yè)主必須匹配多少容量的儲(chǔ)能，這種方式并不可取，很容易造成儲(chǔ)能系統(tǒng)性能指標(biāo)弄虛作假的局面，不利于儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

可再生能源發(fā)電在電力系統(tǒng)中的占比會(huì)持續(xù)增加，儲(chǔ)能系統(tǒng)的配置可以有效解決棄風(fēng)棄光及可再生能源并網(wǎng)帶來(lái)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和靈活性問(wèn)題。目前儲(chǔ)能成本較高、收益模式尚不完善，可再生能源配套儲(chǔ)能尚處于初期探索階段。儲(chǔ)能系統(tǒng)在可再生能源發(fā)電中的應(yīng)用首先是解決波動(dòng)性問(wèn)題，未來(lái)成本下降后可進(jìn)一步解決可再生能源發(fā)電的間歇性問(wèn)題。可再生能源配套儲(chǔ)能的發(fā)展過(guò)程中，建議遵循上述四個(gè)基本原則，以避免盲目性和資源浪費(fèi)，促進(jìn)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。