大容量儲能技術已經起步

 

在過去相當長的一段時間，儲能在電力系統的應用技術主要是抽水蓄能，應用領域主要在電網的移峰填谷、調頻輔助服務等。近年來，隨著新能源發電技術的發展，風電、光伏發電等波動性電源接入電網的規模不斷擴大，以及分布式電源在配網應用規模的擴大，儲能在電力系統的應用技術和應用領域都發生了很大變化。從應用技術來看，出現了適用于電網的集成功率達到兆瓦級的電池儲能技術;從應用領域來看，儲能技術在電力系統的應用已從電網擴大到發電側和用戶側，從移峰填谷、調頻輔助服務擴大到新能源并網、電力輸配和分布式發電及微網等領域。

 

關于適用于電網的先進大容量儲能技術，目前沒有明確定義(由于抽水蓄能技術已完全成熟，在電網已有成熟應用，故不作為研究對象)。考慮未來高比例新能源電力系統發展的需要，針對儲能在新能源并網、移峰填谷、調頻輔助服務、延緩輸配電設備投資、分布式發電及微網等領域應用的需要，從集成功率等級、技術進步潛力、能量轉化效率、功率/能量成本等四個維度考量。目前壓縮空氣儲能、鉛蓄電池、鋰離子電池、液流電池、飛輪儲能、超級電容、超導儲能已處于示范或商業應用階段，能量轉換效率均超過60%，具備兆瓦級應用條件，可作為先進大容量儲能技術的代表。

 

據中關村儲能產業技術聯盟統計，截至2016年底，全球累計投運電化學儲能規模為1.77吉瓦，其中鋰離子電池占比 65%;壓縮空氣儲能約1.5吉瓦。中國累計投運電化學儲能規模243兆瓦，其中鋰離子電池占比59%;壓縮空氣儲能約為10兆瓦。

 

2016年，在國際儲能應用市場中，風電等新能源并網約占43%，調頻及輔助服務約占24%，電力輸配占19%，分布式發電及微網約占13%。在我國儲能應用市場中，分布式發電及微網約占56%，新能源并網應用約占35%，調頻及輔助服務約占2%，其它約占7%。新能源并網、分布式發電及微網領域的應用約占我國儲能應用市場份額的九成。

 

儲能在三領域應用價值評估

 

(一)電網側

 

移峰填谷：儲能系統可在用電低谷時作為負荷存儲電能，在用電高峰時作為電源釋放電能，減小負荷峰谷差，提高系統效率以及輸配電設備的利用率。移峰填谷對儲能系統的能量和功率要求比較高，目前除抽水蓄能電站外，其他儲能技術尚不具備移峰填谷的能力。

 

調頻輔助服務：儲能系統具有秒級乃至毫秒級快速功率響應和精確功率控制能力，在電網調頻應用中具有明顯優勢。特別對于未來高比例新能源接入的電力系統，隨著系統中傳統電源比重降低，系統總轉動慣量減 小，造成系統頻率穩定性風險，儲能在電網調頻領域或將具有不可替代的價值。在高比例新能源電力系統，儲能的調頻價值主要體現在改善暫態頻率特性和改善電網一次、二次調頻。國網能源研究院初步研究表明，當系統中風電等波動性電源接入比例超過30%，儲能的調頻價值才能體現。典型系統測算結果表明，需要配置儲能的容量比例約為千分之二。

 

減少電網改造投資，延緩輸配電網建設：儲能系統具備有功功率的雙向調節和無功功率的四象限調節能力，可以有效緩解分布式光伏接入后的節點電壓升高和設備過載問題。當電壓越限或者電流過載時，通過儲能系統存儲部分分布式光伏電量，尤其是出力高峰時刻電量，可以降低配電網反向潮流對電網電壓升高的負面影響，以及電流過載的風險，從而降低高峰出力帶來的電網改造需求和限電量。同時，在大部分情況下有利于配電網網損的減少。儲能接入高滲透率分布式電源的配電網，可有效減少電網改造成本和限電損失。典型案例測算結果表明，通過優化配置儲能容量，可減少電網改造成本和限電損失20%。

 

(二)發電側

 

新能源并網：儲能在風電、光伏發電等新能源并網中的應用主要集中在增加波動性電 源的出力調節能力、跟蹤計劃出力、平滑風電輸出等。目前儲能電池技術在新能源并網中主要應用于改善風電場、光伏電站控制特性。全球已投運風電場儲能項目超過10個左右，裝機規模超過50萬千瓦。

 

提高常規電源頻率響應特性：通過與現有發電廠聯合運行，提高常規電源頻率響應特性。儲能的價值主要包括：一次調頻考核收益，AGC調節考核收益，以及AGC調節補償收益。原北京石景山熱電廠2兆瓦鋰離子電池儲能系統是國內第一個以提供調頻服務為主要目的兆瓦級儲能系統示范項目，該項目“聯合調頻”的運營模式，具備經濟效益。

 

(三)用戶側

 

分布式發電及微網：目前儲能系統在用戶側的主要應用方式是分布式電源和儲能的聯合運行，或微網形式。儲能是分布式發電及微網的關鍵支撐技術，其價值主要體現在穩定系統輸出、備用電源、實現可調度性。

 

未來發展應用潛力巨大

 

隨著儲能技術的發展，儲能技術經濟特性的進一步改善，儲能在未來高比例新能源接入的現代電網中應用潛力巨大。儲能在電力系統應用前景預測如下：

 

2017～2020年：“十三五”期間，先進大容量儲能技術以示范應用為主，并由示范應用開始向商業化邁進，探索建立成熟商業模式。應用重點領域依次為分布式發電及微網、調頻輔助服務、新能源并網，應用場景主要集中在配網和電源側。預計2020年我國儲能市場規模有望達到15吉瓦，其中分布式發電及微網、調頻輔助服務、新能源并網分別占50%、20%、20%。

 

2021～2030年：這一時期，先進大容量儲能技術在電網的應用領域除分布式發電及微網、調頻輔助服務、新能源并網外，進一步向延緩輸配電設備投資、需求側響應市場擴展。預計2030年我國儲能市場規模有望達到40吉瓦，其中分布式發電及微網、調頻輔助服務、新能源并網、延緩輸配電設備投資和需求側響應市場分別占30%、20%、20%、18%和12%。

 

2030年之后：先進大容量儲能技術在集成功率等級、比能量和比能量成本方面有望取得質的突破，一批新型先進大容量儲能技術將會涌現。大容量儲能在電網的應用領域進一步擴大，有望參與電網移峰填谷，對電網的運營管理模式產生根本改變。預計2050年我國儲能市場規模有望超過100吉瓦。