高比例可再生能源系統中的儲能技術應用與展望

文 | 王曉

作者系中電建西勘院新能源工程院規劃研究中心副主任

高比例新能源意味著更大的責任，儲能就是實現責任的基礎。

近年來，可再生能源開發迎來了持續的高速增長，隨著行業的不斷進步，高比例可再生能源電力系統也逐步從部分的區域電網擴展至全國范圍。可再生能源電量的迅速增加，對能源系統的建設提出了新的要求。

首先，從能量的功率平衡角度來說，光伏、風電等增長較快的可再生能源發電形式，存在隨機性、波動性、間歇性的特點。且從電量平衡角度考慮，新能源的年利用小時數普遍偏低。

舉例來說，全國所有風電的年平均利用小時數大約只有2000小時左右，而光伏的年利用小時數，大概不到1300小時。但是像江蘇省這樣的東部經濟發達地區——也是電力主要的負荷端——最大負荷利用小時數達到6000多小時。

這樣的現狀就導致了一個困境：如果新能源在功率層面與負荷端達成匹配，由于利用小數的巨大差異，會導致新能源的電量只能占到20%到30%的比例；如果是新能源的電量達到50%到60%的水平，那么意味著新能源的裝機規模要更大，就存在大量新能源高發時段是在非負荷高峰時——例如晚間——段的問題。

因此，高比例可再生電力系統需要大容量、高功率、低成本，且能夠應對瞬時、小時級甚至長周期，不同層次調峰需求的儲能環節支撐，滿足不同調峰需求。也就是說，儲能系統要解決供需匹配、安全可控等問題，并為機制革新提供技術支撐。

儲能商業化現狀和發展前景

首先我們要明確：儲能環節可以有效地為能源系統提供穩定性、可控性和靈活性，使得能源供需匹配性更強，運行安全性更高，利用方式更加靈活便利，是高比例可再生能源系統實現功能需求，并進一步優化的重要助力。儲能技術的發展，是新能源裝機迅速發展的重要保障。甚至可以說它是新能源裝機和電量達到我們中遠期目標的前提條件。

儲能技術按原理可以分為很多種。現在進入商業化階段的儲能形式主要還是電儲能、抽水蓄能和多元儲能三類。雖然這些儲能技術在不斷的發展，儲能的成本也在不斷的降低，但面對我國數千GWh的儲能需求，現在已經商業化的技術實際上還是存在著成本相對過高、建設條件苛刻、技術尚不完全成熟等問題。相關技術的發展，還待進一步的推進。

一些新興儲能技術也在發展。這包括儲熱/儲冷技術，新型壓縮空氣儲能技術，飛輪儲能技術，高能超導儲能技術等。而且這些儲能技術都有著明確、清晰的創新路徑，也能夠根據各自不同的特點，適用不同容量的儲能應用場景。

但整體來說，這些技術處于小試、中試或者研發階段，還需要繼續攻關，對于我們的迫切需求來說還稍微有點差距。

在應用場景方面，儲能技術在發電側、電網側和用戶側均可以與可再生能源系統結合實現應用，市場前景廣闊。為了更好的匹配現有技術水平與應用需求的差異，中電建西勘院新能源工程院結合實際的可再生能源項目，積極尋求相關的技術解決方案，開展了多層次、多技術路線的儲能應用探索。

通過各種儲能技術與可再生能源的結合，實現技術進步和轉換，進而助力高比例可再生能源系統的建設。進行了光熱等儲能型電站的建設和示范；因地制宜的完成了多種電源和多種儲能環節的組合外送規劃；研究了區域綜合能源系統的源網荷儲匹配優化。我們也開展了多種領先技術的工程應用，并形成了大量的技術成果。

應用案例與探索

中電建西勘院新能源工程院是國內最早涉足新能源行業的單位之一，承擔多項標志性項目，編寫多項國家及行業規范。并依托多個實際項目，開展可再生能源+儲能技術的工程應用。我們致力于各類基于新能源的儲能電站建設示范以及不同儲能技術的應用和互補。

首先，我們院嘗試采用了鋰離子電池和鉛碳電池等多種電池形式，設計了包括西藏雙湖縣可再生能源局域網工程，西藏尼瑪縣可再生能源局域網工程等高寒、高海拔、高難度的標志性工程。并在積極策劃和探索各種電池技術路線、配置方式、控制優化等方面的實證工作，推動電儲能的快速發展和合理使用。

在熔鹽儲熱方面，我們參與了中電建青海共和50MW光熱項目，為我國首批光熱示范項目中第三座并網的塔式光熱電站，儲熱時長為6小時，設計年利用小時數為3138小時。

在探索中我們發現，熔鹽儲熱技術有著非常鮮明的特點。首先就是熔鹽在40年的使用時間里可以做到完全的無衰減，循環次數也沒有限制。其次，由于它是通過泵以及后端的汽輪機發電來實現儲能，控制和監測要比電化學儲能要容易很多，而且規模可以更大。目前的示范項目可以實現6小時儲能，對應儲電的規模大概是在300GWh左右。而國內最大的光熱儲能項目規模大概在1.1GWh左右。

項目并網之后，現在正處于發電量的調升和測試階段，當前最大日發電量為539兆瓦時。同時光熱電站設計之初就定位為匹配電源，所以我們也進行了低負荷運營測試。現在50兆瓦的電站基本上可以做到15%到20%的低負荷運行，這也為我們后期進行能源互補提供了實踐的數據基礎。

除了儲電和儲熱的探討之外，我們還在進行儲氫的探索。我們對儲氫的定位是可以成為更加靈活使用的環節。目前在多能互補項目中，問題在于電源端很難與負荷端進行實時匹配。氫能的出現就增加了電力靈活消納的能力。基于這樣的考慮，我們開展了技術儲備，承擔了陜西省、安徽省、內蒙古自治區等多個區域的氫能發展研究規劃或氫能產業發展研究。積極探索包括可再生能源電解水制氫、定日鏡熱化學制氫，等氫能生產、運輸、使用與新能源結合的新模式。

基于我們對各種技術路線不同的研究和儲備，我們在發電側和用戶側也進行了高比例可再生能源的探索。通過基地級的設計規劃，為大電網的運行穩定性提供了支撐，提高了新能源的消納能力。

中電建西勘院新能源工程院參編的青海海西州和海南州千萬千瓦級可再生能源基地規劃，結合區域內光伏、風電、光 熱等清潔能源，輔以抽水蓄能電站，開展了多種能源，多種儲能形式，相互配合的高比例可再生能源系統研究，有力助推了相關外送通道的落地工作。多能互補方面我們積極研究，考慮設計和運維的問題，同時基于不同應用場景，設置儲能系統運行邏輯，實現整體系統優化。

在需求更加多樣的用戶側，中電建西勘院新能源工程院積極探索以綜合能源系統為代表的區域電、熱、冷、氣、水多能源一體化的解決方案，打破不同能源品種單獨規劃、單獨設計、單獨運行的傳統模式，為系統的耦合優化提供了基礎。依托實際項目，以儲能系統的集成和管控方式為核心，研究多能流的合理供需匹配，通過儲熱、儲電、儲氫等多個環節的組合和轉化，最終實現整個能源系統的高效利用和合理供給。

伴隨著雙碳目標的提出，我國的可再生能源發展迎來了一個新機遇。在未來的能源結構當中，可再生能源產業必定占據更大份額，同時承擔更大的責任。儲能系統是可再生能源系統不斷提升電源品質，提高能源利用率的關鍵。

將儲能技術與大數據、人工智能、5G等多種新技術結合，可以探索創新性的高比例可再生能源系統建設模式，提升系統性能和調度能力。希望通過產學研多個層面的密切配合，能夠共同推動儲能技術進步，為我國能源結構的轉型升級貢獻力量。