編者按：
隨著全球能源轉(zhuǎn)型的加速，儲能技術(shù)成為連接可再生能源發(fā)展與電網(wǎng)現(xiàn)代化的關(guān)鍵紐帶。近年來，中國儲能裝機規(guī)模迅速擴(kuò)大，已成為全球儲能市場的重要力量。
但新型儲能在蓬勃發(fā)展的進(jìn)程中，涌現(xiàn)出很多問題。從產(chǎn)業(yè)角度來看，新型儲能技術(shù)如何助力地方產(chǎn)業(yè)提升國際競爭力？儲能電池企業(yè)又如何應(yīng)對國際合規(guī)和市場競爭的挑戰(zhàn)？電力系統(tǒng)方面，新型儲能如何助力電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型？新型儲能如何更好成為未來新型電力系統(tǒng)的壓艙石？
為了探討這些與新型儲能發(fā)展有關(guān)的問題，界面新聞工業(yè)組與綠色和平地方氣候行動力項目組合作欄目，特邀請行業(yè)核心專家和學(xué)者撰稿，深入探討儲能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和未來方向。
文 | 南網(wǎng)能源院 陳雷
為助力推進(jìn)新型電力系統(tǒng)建設(shè)，新型儲能市場正持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展。
根據(jù)國家能源局統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2023年底，全國已建成投運新型儲能項目累計裝機規(guī)模達(dá)3139萬千瓦/6687萬千瓦時，平均儲能時長2.1小時，其中廣東新型儲能項目累計裝機規(guī)模達(dá)到163萬千瓦/248萬千瓦時，平均儲能時長1.5小時。廣東省內(nèi)新型儲能調(diào)度運用水平持續(xù)提高，調(diào)節(jié)作用不斷增強。
根據(jù)中電聯(lián)《2023年度電化學(xué)儲能電站行業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)》，廣東儲能平均利用率為76%，排名第一，遠(yuǎn)高于第二位的56%。
立足實際，“十五五”期間，廣東新型儲能將如何發(fā)展？哪些領(lǐng)域?qū)⑹侵攸c？
短時儲能將持續(xù)發(fā)力
作為全國用電規(guī)模最大的省份，2023年，廣東全社會最高負(fù)荷1.48億千瓦，風(fēng)光裝機容量超過4000萬千瓦，新能源裝機占比約21%。春節(jié)期間受冷空氣影響，風(fēng)電大發(fā)時段最大出力935萬千瓦，風(fēng)電發(fā)電滲透率創(chuàng)歷史新高，達(dá)到30.1%，風(fēng)電發(fā)電量達(dá)1.53億千瓦時。風(fēng)電大發(fā)期間，在充分調(diào)用省內(nèi)可調(diào)資源后，仍需省內(nèi)新能源參與系統(tǒng)調(diào)峰，受限電量共約9660萬千瓦時。
可見，即使廣東電力系統(tǒng)充裕性和靈活性總體水平較高，在春節(jié)等用電負(fù)荷較低的特殊時段，當(dāng)遇新能源大發(fā)時，常規(guī)機組開機減少，系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力減弱，容易引發(fā)新能源棄電現(xiàn)象。
未來隨著新能源滲透率不斷增加，調(diào)峰問題將逐漸顯現(xiàn)。新型儲能可在新能源大發(fā)時充電，從而提高新能源的消納率，但當(dāng)新能源持續(xù)大發(fā)，當(dāng)前以2小時為主的短時儲能對提升新能源消納率的效果有限。
綜合考慮廣東電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力、新型儲能的技術(shù)發(fā)展及單位造價，“十五五”期間，短時儲能可重點在特定的應(yīng)用場景發(fā)揮作用，如緩解斷面受限，推動構(gòu)建微電網(wǎng)及支撐用戶側(cè)靈活高效用能。
（一）緩解斷面受限
隨著省內(nèi)珠三角核心城區(qū)土地及資源日益稀缺、電力負(fù)荷密度顯著提升，核心城區(qū)局部電網(wǎng)阻塞問題日益突出，新建或擴(kuò)建輸變電工程推進(jìn)難度不斷加大、工期不斷拉長。
在此情況下，布局靈活、工期較短的新型儲能為緩解阻塞提供了有效方案?？赏ㄟ^在存在阻塞的負(fù)荷密集地區(qū)，合理布局短時新型儲能，削減局部變電站尖峰負(fù)荷，減小輸電線路運行壓力，從而減輕系統(tǒng)阻塞，緩解電力建設(shè)困難和安全可靠供電的需求之間的矛盾。
（二）構(gòu)建微電網(wǎng)
廣東東部和西北部山區(qū)地域廣闊，人口密度低，用電負(fù)荷分散，且電網(wǎng)多采用單輻射接線方式，部分線路截面偏小，臺區(qū)的供電半徑過長，導(dǎo)致偏遠(yuǎn)地區(qū)供電存在電壓末端電壓偏低、供電可靠性較差的問題。
若當(dāng)?shù)仫L(fēng)、光、水資源條件較好，可充分利用當(dāng)?shù)刎S富的自然資源，構(gòu)建風(fēng)光水儲等多能互補的微電網(wǎng)，以提高地區(qū)的供電能力和可靠性。
例如地處偏遠(yuǎn)的粵北清遠(yuǎn)市金坑村，僅有一座變電站供電，且供電半徑長，10千伏配網(wǎng)線路長達(dá)16.7千米，一旦電網(wǎng)發(fā)生故障，搶修難度大，復(fù)電時間長。為解決金坑村的供電問題，2019年，該地區(qū)建成省內(nèi)首個山區(qū)光儲微電網(wǎng)，配置儲能容量250千瓦，解決了供電半徑長引起的末端低電壓問題和392個低壓用戶的用電問題。不僅如此，一旦電網(wǎng)發(fā)生故障，微電網(wǎng)可進(jìn)入孤島運行，繼續(xù)維持供電18小時以上，從而贏得搶修時間，減輕運維壓力。
（三）支撐用戶側(cè)靈活高效用能
2023年，廣東用戶側(cè)儲能裝機占比達(dá)到24%，遠(yuǎn)高于全國平均水平。省內(nèi)用戶側(cè)儲能的發(fā)展得益于較大的峰谷價差。據(jù)統(tǒng)計，2023年廣東?。ㄖ槿俏迨校┢骄畲蠓骞葍r差位居全國首位，達(dá)到1.351元/千瓦時，比排名第二的湖南省高0.288元/千瓦時。
同時，儲能單位造價的持續(xù)下降和補貼政策的利好，共同加速促進(jìn)省內(nèi)珠三角地區(qū)用戶側(cè)儲能項目的發(fā)展。根據(jù)初步測算，省內(nèi)用戶側(cè)儲能每天基本可實現(xiàn)兩充兩放，2小時儲能系統(tǒng)內(nèi)部收益率基本可達(dá)10%以上，投資回收期約4年左右，具備較好的經(jīng)濟(jì)性。
長時儲能需求將持續(xù)提高
到2060年新型電力系統(tǒng)全面建成時，發(fā)電側(cè)與負(fù)荷側(cè)的雙向不確定性將使電力系統(tǒng)對調(diào)節(jié)資源的需求不斷擴(kuò)大。此外，常規(guī)電源的開機逐漸減少，系統(tǒng)大范圍和長周期電力電量平衡難度顯著加大，電力系統(tǒng)對長時儲能的需求將持續(xù)提高。
儲能作為可以加入電網(wǎng)的一種優(yōu)質(zhì)靈活性調(diào)節(jié)資源，同時具有電源和負(fù)荷的雙重屬性，是支撐高比例新能源接入和消納的關(guān)鍵技術(shù)手段。短時儲能和長時儲能共同發(fā)力，在提升電力系統(tǒng)靈活性和保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定等方面具有獨特優(yōu)勢。
（一）增加系統(tǒng)慣性常數(shù)
高比例電子電力系統(tǒng)中，因風(fēng)電、光伏多采用恒功率控制，呈現(xiàn)恒功率源特性，不對外體現(xiàn)慣性。大規(guī)模新能源與區(qū)外直流輸電代替了原同步電網(wǎng)的部分同步電動機，系統(tǒng)慣量在特點及形式上發(fā)生改變，由此帶來的低慣量問題改變了系統(tǒng)頻率特性。最為直接的影響體現(xiàn)在系統(tǒng)頻率抵抗不平衡功率擾動的能力下降，初始頻率變化率增大。
這意味著，相同時間內(nèi)系統(tǒng)頻率變化幅度增加，系統(tǒng)頻率更容易越界并觸發(fā)快速切機/切負(fù)荷，也可能導(dǎo)致新能源并網(wǎng)頻率變化率保護(hù)動作并引起新能源大規(guī)模脫網(wǎng)，從而降低系統(tǒng)供電可靠性。新型儲能可采用虛擬慣量控制方式，為電網(wǎng)提供慣量，從而改善系統(tǒng)慣性常數(shù)及初始頻率變化率。
（二）優(yōu)化電力系統(tǒng)開機
隨著新能源進(jìn)入高速發(fā)展階段，系統(tǒng)日內(nèi)調(diào)節(jié)資源需求加大。儲能可以提高系統(tǒng)調(diào)峰能力，促進(jìn)新能源消納。風(fēng)電的反調(diào)峰特性，增大了系統(tǒng)的調(diào)峰壓力。儲能通過削峰填谷，在負(fù)荷低谷期風(fēng)電出力較大時充分吸納風(fēng)電，在負(fù)荷高峰期風(fēng)電出力較小時放電，從而有效緩解系統(tǒng)調(diào)峰壓力，有利于提高新能源消納能力。
此外，從電力系統(tǒng)運行角度，儲能可在負(fù)荷高峰期放電，從而代替部分火電開機容量；在負(fù)荷低谷期充電，從而減少火電調(diào)峰深度，有利于提高火電機組利用效率和使用壽命，同時減少燃料消耗，減少碳排放。
（三）長時間及廣域空間能量轉(zhuǎn)移
隨著風(fēng)光裝機的不斷提高，季節(jié)供需不平衡的矛盾不斷突出，解決長時期尺度下電力系統(tǒng)新能源出力與負(fù)荷需求的電量不匹配的矛盾，是新型電力系統(tǒng)面臨的重要挑戰(zhàn)，也是長時儲能技術(shù)發(fā)展的動力。
長時儲能（如氫儲能）可憑借長周期、大容量特性，在長時間及廣域空間上調(diào)節(jié)新能源發(fā)電波動，實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移。廣東的最高負(fù)荷一般發(fā)生在夏季，夏季全社會用電量約占全年用電量的56%；而冬季風(fēng)電出力一般較大，可發(fā)電量約占全年的60%。長時儲能可在冬季風(fēng)電出力較大時吸收多余的風(fēng)電，在夏季提供電力電量支撐，實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)移，提高風(fēng)電消納能力和發(fā)電利用小時數(shù)。（注：綠氫是最可持續(xù)的選擇，藍(lán)氫、灰氫不利于碳減排）。
（四）極端天氣持續(xù)可靠供電
廣東是國內(nèi)臺風(fēng)登陸次數(shù)最多的省份，5-12月均有臺風(fēng)登陸，其中7-9月是臺風(fēng)登陸廣東最頻繁的時期，集中了70%的臺風(fēng)，此時也是廣東負(fù)荷較高的時期。
臺風(fēng)條件下，風(fēng)力發(fā)電機承載的風(fēng)荷載可能超過極限荷載，威脅風(fēng)機安全，風(fēng)力發(fā)電機設(shè)置有25m/s-35m/s左右的切出風(fēng)速，當(dāng)風(fēng)速超過切出風(fēng)速時，風(fēng)機將停機。臺風(fēng)登陸期間一般也伴有強降雨天氣，此時光伏出力約為0。
在20至30年左右的未來，一周內(nèi)無風(fēng)無光的極端天氣背景下，最大電力缺額約4000萬千瓦，電量缺額約10億千瓦時，考慮配置長時儲能，通過在新能源富余時期充電，在風(fēng)、光等出力極低的情況下放電，滿足周內(nèi)電力、電量平衡，以保證極端天氣持續(xù)可靠供電。
（五）降低社會用能成本
煤炭、天然氣等一次能源價格受地緣政治沖突、全球經(jīng)濟(jì)影響較大。到2060年，如果夏季某月燃料價格飆升，導(dǎo)致火電企業(yè)發(fā)電積極性不高，全省大部分火電機組不發(fā)電，根據(jù)測算，夏季最大電力缺口可能達(dá)到5000萬千瓦，電量缺口可能達(dá)到25億千瓦時。這時，可考慮配置長時儲能，通過在新能源富余及能源價格較低的月份充電，在火電機組出力不足的期間放電，滿足月內(nèi)電力、電量平衡，以保證電力的持續(xù)可靠供應(yīng)，同時降低全社會用能成本。
廣東新型儲能的定位將轉(zhuǎn)變
結(jié)合廣東新型電力系統(tǒng)的建設(shè)進(jìn)程及新型儲能技術(shù)的發(fā)展，在2030年前，預(yù)計省內(nèi)將以短時儲能的應(yīng)用為主，新型儲能在緩解負(fù)荷中心斷面受限、構(gòu)建偏遠(yuǎn)地區(qū)微電網(wǎng)、支撐用戶靈活高效用能等方面保證電力系統(tǒng)供電可靠性與靈活性；在2060年前，為適應(yīng)電力系統(tǒng)不同時間尺度的調(diào)節(jié)需求，長時儲能將起到“壓艙石”的作用，與短時儲能互相補充，協(xié)同運行。
新型儲能的可持續(xù)發(fā)展離不開完善的調(diào)用和市場化運行機制。作為全國第二個實現(xiàn)電力現(xiàn)貨市場正式運行的省份，廣東已出臺相關(guān)文件，明確了源、網(wǎng)、荷各側(cè)新型儲能參與電力市場的方式、品種及結(jié)算機制。當(dāng)前火儲聯(lián)調(diào)、用戶側(cè)儲能已具備經(jīng)濟(jì)效益，電網(wǎng)側(cè)儲能/獨立儲能可參與中長期市場、輔助服務(wù)市場。
由于近中期省內(nèi)電力系統(tǒng)整體調(diào)節(jié)能力相對充裕，節(jié)點電價差較小，輔助服務(wù)市場空間有限，電網(wǎng)側(cè)/獨立儲能是否具有經(jīng)濟(jì)性，很大程度上取決于新能源的租賃費用。根據(jù)廣東省發(fā)改委印發(fā)的《關(guān)于調(diào)整新能源發(fā)電項目配置儲能有關(guān)事項的通知》，2025年及以后首次并網(wǎng)的海上風(fēng)電、陸上風(fēng)電和裝機容量大于3萬千瓦的光伏項目，按照不低于10%/2小時配置新型儲能，且可以跨地市租賃。這給獨立儲能增加了租賃收益，拓寬了收入來源。
廣東2024年上半年還備案通過了82個源網(wǎng)側(cè)項目，其中獨立/共享儲能74個，備案規(guī)模約1300萬千瓦，獨立儲能的租賃市場規(guī)模有限，若備案項目如期投產(chǎn)，則近兩年極有可能出現(xiàn)獨立儲能租賃市場供過于求的情況，影響儲能項目的經(jīng)濟(jì)性。為此，主管部門提出探索容量補償機制，更好地發(fā)揮儲能在新型電力系統(tǒng)中的容量價值。
根據(jù)廣東電源規(guī)劃情況，未來數(shù)年，省內(nèi)電力系統(tǒng)充裕性和靈活性依然較高，短時儲能可在特定的場景發(fā)揮作用。隨著未來新能源裝機占比的提升，新型電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)需求不斷增大，廣東新型儲能的定位將從當(dāng)前規(guī)?；l(fā)展初期轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏ο到y(tǒng)不可或缺的靈活調(diào)節(jié)資源，具備大規(guī)模發(fā)展條件。
新型儲能的發(fā)展受益于政策紅利，目前正邁入規(guī)?；l(fā)展階段。建議充分挖掘新型儲能的應(yīng)用場景，并創(chuàng)造可充分體現(xiàn)新型儲能價值的市場環(huán)境，推動新型儲能更好的服務(wù)于新型電力系統(tǒng)。
（作者為南網(wǎng)能源院電力規(guī)劃中心高級工程師）