能源轉型中的電化學儲能

文 | 裴哲義

作者系國家電網有限公司國家電力調度控制中心原副總工程師

新能源裝機的增長直接刺激著電化學儲能的發展。

綠色、低碳發展是一場國際比賽，其中，能源革命是關鍵。大力發展清潔能源已在世界范圍形成共識。全球多個國家和國際組織發布了面向中長期的清潔能源發展規劃，173個國家制定了清潔能源發展目標，146個國家出臺了支持政策。

對于中國來說，發展新能源是能源安全的必然選擇。隨著能源需求穩步增長和“三高”問題影響日益突出，我國能源電力發展面臨保障持續穩定供應和加快清潔低碳轉型的雙重挑戰。大力發展新能源，是破解能源安全難題的關鍵之一。

同時，發展新能源是實現減排目標、應對氣候變化的重要途徑。二氧化碳排放不斷增加，氣候變暖日益加劇，深刻影響人類的生存與發展，是當今國際社會共同面臨的重大挑戰。國家主席習近平在去年9月22日召開的聯合國大會上表示：“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，爭取在2060年前實現碳中和”。新能源具有的清潔低碳優勢有助于完成減排目標。

最后，發展新能源也是落實新發展理念、推進生態文明建設的必然要求。2015年10月 29日，習近平總書記提出了創新、協調、綠色、開放、共享的發展理念。在十九大報告中，習近平總書記指出，加快生態文明體制改革，建設美麗中國。這就要求做到。開發利用新能源，創新高科技，培育新模式、新業態，推進我國新能源高質量發展。

電化學儲能并網情況

電化學儲能不斷發展的前提是新能源的快速增長。2020年，我國新能源新增裝機容量1.2億千瓦，同比增加6377萬千瓦。截至2020年底，我國新能源裝機容量5.3億千瓦，占全國發電總裝機比重達到24%，較2015年提高13個百分點。“十三五”期間，我國新能源累計新增3.6億千瓦，年均增長超過7000萬千瓦，是“十二五”的2.5倍。

2020年，我國新能源發電量7275億千瓦時，是2015年的3.2倍，占總發電量比例的9.5%，較2015年提高了5.6個百分點。國家電網經營區新能源發電量5872億千瓦時，占發電量的10.2%，較2015年提高了6.2個百分點。

在快速發展的同時，新能源的發展也開始進入新的階段。新能源裝機已經成為我國第二大電源，在一些地區已成為第一大電源，如冀北、甘肅、青海。近20省區新能源成為第二大電源。有的電網新能源發電滲透率超過40%，對電網安全穩定的影響日益突出。

在這種情況下，儲能的重要性和地位也就愈加突出。

目前，在建及在運儲能電站總功率383萬千瓦、總容量910萬千瓦時，其中電網側儲能電站120萬千瓦/269萬千瓦時，電源側儲能電站228萬千瓦/469萬千瓦時，用戶側儲能電站35萬千瓦/172萬千瓦時。

目前電化學儲能主要分布在東南沿海經濟發達、三北、西藏及部分東部島嶼，主要承擔消納電源側可再生能源、電網側輔助服務、火電聯合調頻、用戶側削峰填谷、構建微電網等功能。

目前電化學儲能在電力系統的不同環節有不同的商業模式。用戶側主要是通過峰谷差套利，光儲一體化增加效益；電源側與火電和新能源電站一起參與輔助服務，與新能源電站一起增發電量；電網側主要是租賃收益；獨立第三方依靠容量電價和綜合服務獲得收入。

高比例新能源的風險

在可預見的未來我國新能源產業依然將保持快速的發展態勢。2030年我國新能源裝機規模將達到12億千瓦以上，并逐漸形成以新能源為主的電力系統。

高比例新能源的第一個風險就是增加了電網調節難度。新能源高比例接入電力系統后，常規電源不僅要跟隨負荷變化，還要平衡新能源出力波動。電網負荷變化規律性強，用電高峰、低谷明顯；但風電出力隨機性、波動性強，預測難度大，大規模接入后極大增加了電網平衡困難。2018年3月，西部電網風電出力最大超過3000萬千瓦，最小200多萬千瓦；日內最大波動超過1700萬千瓦。隨著高比例新能源的逐漸實現，這樣大幅度的波動將成為常態。

第二個風險是電力可靠供應風險增大。隨著新能源大規模發展，常規電源發展趨緩，新能源逐漸成為主力電源，“大裝機小電量”、“極熱無風”等特征突出，與電網連續運行、實時平衡的要求不匹配，對保障電力穩定供應提出了新課題。2020年末寒潮期間，湖南超八成風電機組因冰凍無法發電，12月14日 （湖南冬季新高日）晚高峰期間，風電最低出力降至50萬千瓦以下，寒潮期間風電出力最低降至20萬千瓦以下，加之晚峰無光（風光裝機910萬千瓦），基本不提供電力支撐。

第三是降低了系統的抗干擾能力。對于送端系統，風電大出力時，系統頻率調節能力顯著下降。以西部某電網為例，6800萬千瓦負荷水平下，損失350萬千瓦功率：若網內無風電，頻率下跌0.65Hz；若風電出力1200萬千瓦，頻率下跌0.95Hz，比無風電時增加0.3Hz。未來隨著風機規模和太陽能規模的擴大，系統頻率調節能力進一步惡化。

儲能的機遇和建議

高比例新能源帶來的潛在風險，對于儲能來說就是發展機遇。國家能源局在《加快推動新型儲能發展的指導意見（征求意見稿）》提出了新型儲能跨越式發展目和保障措施，在《2021年能源工作指導意見》提出要推動新型儲能產業化、規模化示范。目前地方層面已有13個省份相繼出臺配置儲能政策。預計十四五末裝機達到3000萬千瓦，2030年裝機需求突破1億千瓦，有望超過抽蓄。

電化學儲能在各類調節手段中占據重要位置，最具發展潛力。以鋰離子電池為代表的電化學儲能建設周期短、調節能力強，發展空間廣闊，代表了未來發展的方向。火電靈活性改造、需求側管理措施及其他形式的儲能均具有各自不同的特點和局限性，隨著電化學儲能應用成本進一步降低，其布局靈活、響應速度快、能量效率高等優勢將不斷凸顯。

對于儲能行業的未來發展，我個人提出了以下建議。

首先，新版的《電力系統安全穩定導則》要求電源應具備足夠的調頻、快速調壓、調峰能力，新能源場站以及分布式電源的電壓和頻率耐受能力原則上與同步發電機組的電壓和頻率耐受能力一致，確保各類電源性能滿足電力系統穩定運行的要求。這一規則的落實，就能很好地推動儲能的發展。

另外，新能源電站接入電力系統的相關標準和電化學儲能的并網標準還存在不完善的地方。政府和有關機構要總結已有經驗，加快制定相關標準的過程。

儲能的安全穩定也不容忽視。安全事故的發生對于電化學儲能的發展會產生重要影響，這需要深入開展電池系統火災蔓延的影響規律研究；建立電池熱失控預警模型，制定電池系統安全防護體系和防護裝置聯動控制策略；開發具有清潔、高效的電池安全防護裝置，有效抑制電池熱失控擴散及火災蔓延。也要加快制定和完善電化學儲能電站消防安全有關標準。

儲能行業也要深入研究并網運行管理有關問題，及時總結現有儲能電站并網運行經驗，包括電源側、電網側和用戶側儲能系統，針對出現的電池模塊缺陷、BMS缺陷、充放電時間、充放電功率達不到設計值、電池一致性差等問題，提出改進措施。

最后，還要探索完善儲能運行商業模式，深入研究儲能參與調峰、調頻、備用等輔助服務市場的市場主體定位、價格形成機制和交易模式，通過建立市場機制，創新開展儲能調峰輔助服務以及參與新能源消納市場化交易，不斷探索和完善儲能商業模式，使電化學儲能健康有序發展。