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電化學儲能應用模式及關鍵問題

作者:中國儲能網新聞中心 來源:中國電力 發布時間:2020-06-12 瀏覽:
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儲能在電力系統的應用,已成為我國能源轉型和市場化改革進程中的一個重要技術手段和活躍因素。國網能源院新能源與統計研究所主要圍繞電化學儲能、儲熱、梯次利用,從政策分析、技術經濟性、規劃配置、運營模式、市場機制、并網接入管理和調度運行管理等方面進行研究,開發了包含儲能模型的綜合能源系統經濟性分析軟件、含儲能運行模擬、太陽能熱發電儲熱配比功能的新能源電力系統分析軟件等軟件工具。本專欄將圍繞經濟性與商業模式、發展關鍵問題、政策導向、國際經驗等,結合相關成果和研究思考與讀者進行交流分享。

文章導讀:得益于動力電池領域的快速發展,電化學儲能技術以其成本和技術優勢,逐步在電力系統中得到廣泛應用。在中國電力市場化改革進程中,能源及電力建設相關企業對電化學儲能在電力系統的大規模應用都給予高度關注。目前電化學儲能技術應用逐步由示范轉向商業化運營初期階段,但市場機制尚未成熟,投資主體和收益模式尚處于探索階段,項目經濟性存在不確定性,且缺乏儲能和電網的統籌規劃,在接入、運行管理方面缺乏相關規定。文章基于儲能應用場景和經濟性分析,針對電化學儲能在近中期發展中需要解決的關鍵問題開展全面研究。

電化學儲能應用模式及關鍵問題

執筆人:胡靜、黃碧斌、馮凱輝

國網能源院

新能源與統計研究所

1、電化學儲能應用場景及經濟性分析

(1)對于電源側儲能,新能源電站減少棄電增收模式在電價較高的新能源電站有一定盈利空間,調頻輔助服務模式面臨優質項目減少、未來調頻市場空間飽和等收益風險。

(2)對于電網側儲能,目前尚沒有成熟可推廣的投資回收機制,潛在的收益模式中,計入有效資產可以保證合理收益水平,容量電價模式存在疏導困難,難以大范圍推廣,輔助服務市場模式是未來主要趨勢之一,收益水平完全由市場確定。

(3)對于客戶側儲能,需量管理和峰谷價差共同回收模式下,儲能盈利性水平主要與峰谷價差、儲能投資建設成本、循環次數、充放電模式、用戶分成比例以及對需量降低的效率影響等指標有關。通過建立儲能成本分析模式進行經濟性測算,當前,普通工業和大工業用戶安裝儲能僅少部分省份能實現盈虧平衡,隨著儲能技術經濟性提升,按工業電價降價前目錄電價計算,2020年已具有較好的盈利性。按照2019年工業電價水平下降要求,在北京市降價模式下(峰、平、谷價格統一下降同一額度,峰谷價差和峰平價差保持不變),儲能收益略有提升,在多數省份采用的河北省降價模式下(下降比例基本相同,峰谷價差和峰平價差縮?。?,儲能收益將明顯下降。

表1  客戶側儲能不同收益模式的收益水平測算

2、電化學儲能應用關鍵問題分析

對于電化學儲能項在電力系統的應用和投資,主要受到兩類需求驅動,一類是價值驅動,即受到解決電網安全運行、解決特殊場景的輸配電功能問題等電力系統的需求影響,投資建設儲能項目,另一類是利益驅動,即利用儲能的特性在現有或未來價格政策、機制或市場規則中可以盈利的眾多投資項目中的一種。對于第一類儲能項目應該關注其合適的發展規模,如何統籌與電網的規劃,如何優化調度運行等技術管理規范,以及為其在價格和市場機制上找到成本回收途徑;對于第二類儲能項目,有明確的服務對象和商業模式,更多關注其如何保障安全,如何探索出更多樣化創新商業模式等問題。下面就幾個中國電化學儲能應用的關鍵問題展開分析。

(1)項目投資屬性。

對于電源側儲能,屬于電源內部資產,無法計入電網有效資產,電網主業(指從事受監管的輸配電業務的單位)不能投資,第三方單位投資可通過市場化方式進行成本回收??紤]新能源配套儲能與新能源的發電收益難以區分,聯合常規電源調峰的儲能參與調峰服務補償收益分攤缺乏實際運營案例參考,聯合常規電源調頻的儲能市場規模有限、收益將隨參與主體增多逐步下降,應詳細評估項目投資效益。

對于電網側儲能,現階段,《輸配電定價成本監審辦法》(發改價格規〔2019〕897號)已明確指出電儲能設施不允許納入輸配電價核價范圍,電網主業無法投資。但對于電網側儲能中保障故障或異常運行下的系統安全場景,儲能應用頻次存在不確定性,且相關價值難以量化評估,對于保障輸配電功能場景,通過技術經濟性比較,儲能在特定條件下可以實現電網設施替代效益,實現全社會用能成本降低,因此,隨著儲能技術經濟性的不斷提升,未來“十四五”電網規劃中可考慮將上述兩種場景的儲能作為電網設施的一部分,通過系統論證后,與其他輸配電設施一起納入成本監管,按照統一規劃、統一建設、統一管理的原則,由電網主業主導建設或租賃。對于調峰、調頻等可以通過參與市場方式獲利的電網側儲能,可由第三方單位投資,收益方式和水平由市場需求決定。

對于客戶側儲能,屬于客戶內部資產,無法計入電網有效資產,電網主業不應參與投資建設,第三方單位可根據需要和市場空間自行建設,但要積極引導客戶側儲能參與電網需求側響應、電量平衡和負荷特性改善,優先在電網調節有困難、改造升級成本較高的地區投資建設,發揮降低電網峰谷差、緩解局部電網供需緊張等作用。

(2)儲能與電網、抽蓄統籌規劃。

一是將儲能納入電網規劃。電化學儲能大規模應用,在提高系統的調節和支撐能力的同時,增加了負荷預測和調控管理難度,加劇電網電力電子化程度,對電網安全運行提出挑戰。應統籌電網和儲能發展,合理確定儲能發展規模、設施布局、接入范圍和建設時序,納入電網規劃并滾動調整,引導儲能合理布局、有序發展。

二是電化學儲能發展應統籌抽蓄發展。抽水蓄能具有建設容量大、調節能力強、運行性能穩定、使用壽命長等特點,但建設周期長達7~8年;電化學儲能具有選址布置靈活、建設周期短、響應速度快等特點,但安全性有待提升,兩者具有優勢互補性,需要統籌協調。抽水蓄能作為系統級的調節手段,需要保持一定發展規模,并根據電化學儲能技術發展和規??焖僭鲩L趨勢,做好動態調整和年度任務安排。

(3)電價和市場機制。

英國、美國電化學儲能在電網中應用的市場機制是在已建立電能市場、調頻輔助服務市場和容量市場的基礎上設計的。中國電力市場改革尚處于發展過渡期,各省電能現貨市場和調頻輔助服務市場正處于建設中,容量市場尚未開展建設。結合國外電化學儲能在電網中應用的市場機制經驗以及中國實際情況,適應電網側儲能參與的中國市場機制設計應遵循幾個原則:一是首先明確儲能應用的市場準入條件和主體定位;二是市場機制設計要因地制宜、分步實施;三是儲能參與市場機制應遵循系統需求進行市場總體設計和資源統籌,并根據需要不斷調整。

(4)儲能接入和調度運行管理。

按照分級分類原則,根據電化學儲能的應用場景和技術特點,規范電化學儲能并網接入、調度運行等全過程管理。與電源建設一并考慮的電源側儲能和獨立的調峰調頻儲能,參照常規電源接入管理辦法執行,納入相應調度機構管理,服從電網統一調度,實現可觀、可測、可控。提升電網安全穩定水平的電網側儲能為獨立的并網運行系統(設備),參照電網設備建設管理辦法,直接納入相應調度機構的調度管理范圍,并明確準入容量,相關運行狀態信息接入調度自動化系統,運行模式為跟蹤調度發電曲線或接受自動發電控制指令??蛻魝葍δ軈⒄辗植际诫娫垂芾磙k法執行,在電壓穿越能力、充放電響應及轉換時間等方面提出技術要求和準入門檻,加強儲能信息監測和平臺建設,實現可觀、可測、必要時可控。

(5)電化學儲能安全問題。

電化學儲能安全問題直接影響未來在電力系統的大規模應用,同時爆炸事故還會引發社會影響,需要高度重視、科學防控。一方面,電化學儲能屬于本征不安全體系,目前缺乏有效消防手段。電化學儲能采用可燃有機物作為電解液,在高能的運行環境中易發生內短路造成熱失控,存在自析氧反應自成燃燒體系,常規安全消防措施無法有效應對,具有發生燃燒、爆炸等安全風險,影響電網設備安全和人身安全。另一方面,需要論證儲能選址設計、建立安全防控體系、建立相關標準。儲能電站選址應充分考慮對周邊輸變電設施等的安全影響,設計應預留足夠的安全距離,科學制定防火措施和預案,防止連鎖故障發生。制定涵蓋電源、電網和客戶側全方位,以及規劃設計、建設運行、設備維護等全過程的儲能安全防控體系。當務之急要建立儲能電站接入安全標準,構建儲能系統檢測平臺。

(6)儲能云共享平臺。

電化學儲能建設周期短、安裝靈活便捷,可以實現真正意義上的“共享”,以此能夠充分挖掘儲能的利用潛力,提高利用效率。一是設備的共享,包括設備的租賃使用等;二是資源的共享,發揮電源側、電網側、用戶側以及電動汽車等諸多儲能資源的調節特性,提高電網安全性、可靠性、經濟性;三是服務的共享,有助于實現賣電、能源管理、定制用電需求等服務。目前電網公司、儲能運營商、負荷集成商等相關企業已經開展儲能云平臺建設,結合5G時代的到來,儲能云共享平臺將可以最大限度的發揮各儲能主體的利用價值,實現社會資源優化配置。

專家介紹

胡靜,國網能源院新能源與統計研究所專家,電力系統及其自動化專業博士。長期從事新能源、分布式電源和儲能政策分析、技術經濟和運營模式研究。承擔了國家發改委委托項目、國家能源局委托項目、國網公司十大戰略課題、國網公司科技項目等數十項重大課題。編寫出版《中國分布式電源與微電網發展前景及實現路徑》、《中國新能源發電分析報告》《國內外能源與電力發展狀況分析報告》等;獲得北京市科學技術獎三等獎1項,國家電網公司軟科學成果獎一等獎1項、國家電網公司科技進步獎二等獎1項、三等獎3項,及其他公司及院獎多項。

黃碧斌,博士,高級工程師,國網能源院新能源與統計研究所主任工程師,兼新能源發展研究室主任,中國電機工程學會分布式發電及智能配電委員會委員、學組組長,中國可再生能源學會可再生能源發電并網專委會副秘書長。長期從事新能源、分布式電源、儲能和農村能源的政策管理、規劃運營和技術經濟研究。近5年來,公開發表論文50余篇,以第一/第二發明人獲得授權發明專利6項,主持開發了具有完全自主知識產權的新能源和綜合能源系統經濟性分析軟件,分布式電源、儲能和配電網協同優化軟件。共計20余次獲得北京市科技進步獎、國家能源局軟科學成果獎、國家電網公司科技進步獎、國家電網公司軟科學獎、中國管理科學學會管理科學獎、中國電力企業聯合會電力行業信息化優秀成果獎等省部級獎項。

關鍵字:電化學儲能

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