8月27日,國家發改委、國家能源局發布“關于公開征求對《國家發展改革委國家能源局關于開展”風光水火儲一體化“”源網荷儲一體化“的指導意見(征求意見稿)》意見的公告”。征求意見稿指出,“風光水火儲一體化”側重于電源基地開發,應結合當地資源條件和能源特點,因地制宜采取風能、太陽能、水能、煤炭等多能源品種發電互相補充,并適度增加一定比例儲能,統籌各類電源的規劃、設計、建設、運營,積極探索“風光儲一體化”,因地制宜開展“風光水儲一體化”,穩妥推進“風光火儲一體化”。
向新能源轉型不僅是世界各國的能源發展趨勢,更是我國的既定國策。習近平總書記在巴黎會議上莊嚴承諾,到2030年中國非化石能源在一次能源消費中的比重要達到20%。根據國家發展改革委能源研究所發布的《中國新能源發展路線圖2050》,到2050年,太陽能發電量將達到21000億千瓦時,也就是說,光伏發電量要在2018年的基礎上提高近11倍。要實現這個目標,儲能將是繞不開的話題。
兩類儲能各不同
發電側儲能并不是因為新能源發展而出現的新事物,是各種類型的發電廠用來促進電力系統安全平穩運行的配套設施。從累計裝機容量來看,目前抽水蓄能方式份額最大,但電化學儲能因為其響應速度快、布點靈活等優點,代表著未來的發展方向。根據中關村儲能聯盟數據,2019年5月至2020年7月,全球新增發電側電化學儲能項目113個,中國新增發電側電化學儲能項目59個。目前,電化學儲能已經成為發電側儲能應用領域的重要方式。
當前我國發電側儲能從用途上看主要有兩類。
第一類是火電配儲能。主要是保障發電廠具有一定的調頻調峰能力,提高火電機組的運行效率和電網穩定性。同時,在能源結構轉型過程中深度挖掘火電的改造空間,拓寬火電的盈利方式。火電配電化學儲能在我國已有廣泛應用,山西、廣東、河北都有發電側火儲聯合調頻項目。
第二類是新能源配儲能。相比火電,風電和光伏的間歇性和波動性很大,為保證電力系統的整體平衡,往往造成部分地區“棄風棄光”現象。2019年,在新能源發電集中的西北地區,棄風率和棄光率仍然很高。例如,新疆的棄風率和棄光率分別是14%和7.4%。電化學儲能作為新能源的“穩定器”,能夠平抑波動,不僅可以提高能源在當地的消納能力,也可以輔助新能源的異地消納。
當下面臨五大難點
盡管電化學儲能在發電側已經有很多示范項目,但在應用方面仍然有許多困難需要克服。在政策和運營層面,主要面臨以下幾方面的挑戰:
一是傳統電力市場給儲能留下的空間不大。發電側儲能的收益直接來源于電力市場,因此電力市場的總體運行狀況對儲能的發展有著直接影響。
根據國家能源局的數據,截至2020年1月,我國電力裝機總量在20億千瓦左右,2020年1~6月全國總用電量為33547億千瓦時。這說明我國存在電力生產過剩的情況。同時,我國還不斷有用于調峰的火電(燃氣機組)、新能源機組上馬,裝機總量不斷上升,導致儲能的作用難以體現。
相比歐美國家,我國的電力設施很多都是近些年修建的,基礎設施更為“堅強”,具有相當的容納能力。這就使得電網對儲能所提供的輔助服務沒有強烈需求。在美國,由于新建電廠的審批控制以及電網的老化,電力公司急需儲能來平抑波動和滿足擴容需求,在此基礎上形成了對儲能的大量需求。
二是儲能作為輔助服務市場主體的資格不明確。
儲能的價值主要體現在它提供的輔助服務上,因此輔助服務市場的規制對儲能的收益有著決定作用。在發電側,電化學儲能是作為發電廠機組的輔助設備運行的。作為機組的附屬設備,電化學儲能沒有輔助服務市場獨立的經營資格,由此導致電化學儲能的收益具有很高的不確定性。由于很多發電側的發電和儲能是分開管理的,當政策變化時,由于沒有主體地位,儲能運營商可能沒有多少談判的能力,收益可能會進一步降低。
因此,發電側儲能的主體地位是個亟待解決的問題。目前,某些地區已經開始了這方面的嘗試。例如,福建晉江的獨立儲能電站就拿到了“發電業務許可證”,以此為切入點讓獨立的發電側儲能進入電力市場。但即使如此,儲能在市場中的身份和交易機制也不夠健全。
根據2020年6月國家能源局福建監管辦公室發布的《福建省電力調峰輔助服務交易規則(試行)(2020年修訂版)》規定,獨立儲能電站的充電可以“采取目錄峰谷電價或者直接參與調峰交易購買低谷電量”,放電時則“作為分布式電源就近向電網出售,價格按有關規定執行”。這就導致在調峰方面,儲能的調峰收益更多是由計劃和磋商決定的,充放電價的不明確給儲能的收益帶來很大的不確定性。即使在青海、湖北這樣將電儲能交易納入調峰市場的省份,也只規定了儲能電站充電時的交易機制,關于放電依然是“按照相關規定執行”。
除了以上的困難之外,由于儲能在調頻方面具有極好的性能,因此,儲能的主體資格還面臨著來自輔助服務市場內部成員的阻力。
三是輔助服務市場機制不完善。由于儲能本身并不創造電能,因此儲能的收益只能來自提供輔助服務的收費,而我國的輔助服務市場機制尚無法滿足儲能商業化運行的要求。
我國目前的輔助服務機制要求發電側“既出錢又出力”,也就是要求并網發電企業必須提供輔助服務,同時輔助服務補償費用要在發電企業中分攤。通過從這些企業中收取一部分資金,加上一部分補貼,形成一個資金池。調度中心根據各輔助服務主體的績效打分,來決定發電企業能從這個資金池中收回多少份額。
以2019上半年為例,我國電力輔助服務總費用共130.31億,占上網電費總額1.47%。其中發電機組分攤費用合計114.29億,占87.71%。如此制度設計就決定了輔助服務市場基本是一個“零和博弈”,輔助服務的價值并沒有得到很好的體現。
因此從發電廠的角度來看,如果大家都通過配套儲能來提供輔助服務,那么會出現發電廠收益并無變化而成本卻提高很多的問題,進而使發電廠缺乏安裝儲能設施的動力,這也是造成儲能項目多是示范工程的原因。即使宏觀政策支持發電側儲能的發展,這樣的輔助服務機制也很難給發電側提供正向激勵。在輔助服務市場沒有建立起來的情況下,儲能的收入來源十分單一,很難達到商業運行的要求。
四是儲能標準缺位。我國電化學儲能行業近幾年才初具規模,儲能電池還沒有國家層面的標準規范。在沒有確定標準的情況下,儲能電池的回收和梯級利用也難以有效實施。例如,部分地區在探索退役動力電池應用于儲能領域,但儲能電池的要求和動力電池有很大不同,錯誤的梯級利用不僅帶來效率方面的問題,更嚴重的是存在安全隱患。而且,相關法規的確缺失,可能會導致儲能電池出現像鉛蓄電池一樣的回收亂象。
五是運營問題。儲能的運營問題主要在于儲能的容量和成本。現有的發電側儲能項目容量一般在10~200兆瓦時之間,多數不超過100兆瓦時,考慮到未來新能源裝機容量越來越大,這樣的儲能規模顯然難以充分助力新能源消納。現有的電化學儲能可以通過技術手段輕松增加容量,當然,隨之而來的安全問題也需要高度關注。
電化學儲能的成本問題更是儲能難以大規模投入的重要原因之一。以光伏發電為例,在西北等光伏資源豐富地區,雖然已經可以做到平價上網,然而配套儲能設施如果沒有相應的激勵或者補貼政策,發電成本就會大大提高。再考慮到設備的衰減和老化問題,成本的回收會更加困難。
因此,目前在沒有明確且足夠的政策補貼時,電化學儲能難以大規模地投入使用。
未來需要四大支點
盡管電化學儲能有以上的種種限制,它的前景卻是明朗的。隨著我國能源轉型以及電力市場改革的不斷深化,電化學儲能未來的定位會越來越清晰,應用的價值也會越來越得到體現。
第一,提高消納能力。
未來新能源發電會占有越來越大的比例。與此共生的消納市場給電化學儲能帶來了廣闊的發展空間。一方面,新能源配儲能可以幫助解決新能源在當地的消納問題,儲能能幫助風電和光電擺脫“垃圾電”的影響。更重要的是,由于我國的風、光資源主要集中在西北部,而需求負荷主要集中在沿海地區。如果未來要更多地依靠新能源,那么電力的跨地區轉移就是一個必須解決的問題。這也是特高壓進入我國“新基建”計劃的一個原因。通過特高壓,大量的新能源電力可以轉移到沿海區域而中途沒有過多的損失。
第二,擴大電力市場容量。
隨著電力市場改革的不斷深入,在價格機制的引導下,未來新電廠的建設會放緩。同時,用電需求仍然會不斷上漲。考慮到電網的經濟性,相比于建設新的電廠,未來更多的關注點會集中在電力系統的優化方面。例如通過合理的削峰填谷、需求響應來解決電力市場的擴容問題。
在這方面,電化學儲能由于其快速的響應能力,在未來的電力容量市場中具有相當大的潛力。如果通過EMS(能源管理系統)能讓儲能在容量市場充分發揮其作用,那么擴容問題能得到部分解決。
第三,促進市場價格機制形成。
本著“誰受益,誰承擔”的原則,目前的輔助服務成本分配方式不盡合理。國家發展改革委、國家能源局在不久前發布的《關于做好2020年能源安全保障工作的指導意見》中指出:“進一步完善調峰補償機制,加快推進電力調峰等輔助服務市場化,探索推動用戶側承擔輔助服務費用的相關機制,提高調峰積極性。推動儲能技術應用,鼓勵電源側、電網側和用戶側儲能應用,鼓勵多元化的社會資源投資儲能建設。”如此,讓所有受益的市場主體,都來承擔輔助服務成本,輔助服務的價值才能在市場中得到較好的體現。發電側儲能將有更大的積極性在應用方面進行嘗試和投入,電力用戶也會根據市場價格進行需求的自我調整,從而提高電力系統的整體運行效率。
第四,對生態環境影響小。
在不同的儲能方式之間,電化學儲能在環境保護方面也有其優勢。以抽水蓄能為例,一般需要在山地環境下建設上下水庫、安裝大型發電機組,電站建設運行可能會對周圍的生態環境產生影響。而電化學儲能在選址上沒有抽水蓄能那么多的地理限制條件,且占地面積小很多。以晉江儲能電站為例,總占地面積10887平方米,以圍墻內面積計算,全站能量密度為42.5千瓦時/平方米。在電化學儲能應用和回收技術不斷進步的情況下,預計對于生態環境的影響會遠小于抽水蓄能。
(尹海濤、瞿茜均供職于上海交通大學行業研究院和中國城市治理研究院,李新鈺系上海交通大學安泰經濟與管理學院研究生)
向新能源轉型不僅是世界各國的能源發展趨勢,更是我國的既定國策。習近平總書記在巴黎會議上莊嚴承諾,到2030年中國非化石能源在一次能源消費中的比重要達到20%。根據國家發展改革委能源研究所發布的《中國新能源發展路線圖2050》,到2050年,太陽能發電量將達到21000億千瓦時,也就是說,光伏發電量要在2018年的基礎上提高近11倍。要實現這個目標,儲能將是繞不開的話題。
兩類儲能各不同
發電側儲能并不是因為新能源發展而出現的新事物,是各種類型的發電廠用來促進電力系統安全平穩運行的配套設施。從累計裝機容量來看,目前抽水蓄能方式份額最大,但電化學儲能因為其響應速度快、布點靈活等優點,代表著未來的發展方向。根據中關村儲能聯盟數據,2019年5月至2020年7月,全球新增發電側電化學儲能項目113個,中國新增發電側電化學儲能項目59個。目前,電化學儲能已經成為發電側儲能應用領域的重要方式。
當前我國發電側儲能從用途上看主要有兩類。
第一類是火電配儲能。主要是保障發電廠具有一定的調頻調峰能力,提高火電機組的運行效率和電網穩定性。同時,在能源結構轉型過程中深度挖掘火電的改造空間,拓寬火電的盈利方式。火電配電化學儲能在我國已有廣泛應用,山西、廣東、河北都有發電側火儲聯合調頻項目。
第二類是新能源配儲能。相比火電,風電和光伏的間歇性和波動性很大,為保證電力系統的整體平衡,往往造成部分地區“棄風棄光”現象。2019年,在新能源發電集中的西北地區,棄風率和棄光率仍然很高。例如,新疆的棄風率和棄光率分別是14%和7.4%。電化學儲能作為新能源的“穩定器”,能夠平抑波動,不僅可以提高能源在當地的消納能力,也可以輔助新能源的異地消納。
當下面臨五大難點
盡管電化學儲能在發電側已經有很多示范項目,但在應用方面仍然有許多困難需要克服。在政策和運營層面,主要面臨以下幾方面的挑戰:
一是傳統電力市場給儲能留下的空間不大。發電側儲能的收益直接來源于電力市場,因此電力市場的總體運行狀況對儲能的發展有著直接影響。
根據國家能源局的數據,截至2020年1月,我國電力裝機總量在20億千瓦左右,2020年1~6月全國總用電量為33547億千瓦時。這說明我國存在電力生產過剩的情況。同時,我國還不斷有用于調峰的火電(燃氣機組)、新能源機組上馬,裝機總量不斷上升,導致儲能的作用難以體現。
相比歐美國家,我國的電力設施很多都是近些年修建的,基礎設施更為“堅強”,具有相當的容納能力。這就使得電網對儲能所提供的輔助服務沒有強烈需求。在美國,由于新建電廠的審批控制以及電網的老化,電力公司急需儲能來平抑波動和滿足擴容需求,在此基礎上形成了對儲能的大量需求。
二是儲能作為輔助服務市場主體的資格不明確。
儲能的價值主要體現在它提供的輔助服務上,因此輔助服務市場的規制對儲能的收益有著決定作用。在發電側,電化學儲能是作為發電廠機組的輔助設備運行的。作為機組的附屬設備,電化學儲能沒有輔助服務市場獨立的經營資格,由此導致電化學儲能的收益具有很高的不確定性。由于很多發電側的發電和儲能是分開管理的,當政策變化時,由于沒有主體地位,儲能運營商可能沒有多少談判的能力,收益可能會進一步降低。
因此,發電側儲能的主體地位是個亟待解決的問題。目前,某些地區已經開始了這方面的嘗試。例如,福建晉江的獨立儲能電站就拿到了“發電業務許可證”,以此為切入點讓獨立的發電側儲能進入電力市場。但即使如此,儲能在市場中的身份和交易機制也不夠健全。
根據2020年6月國家能源局福建監管辦公室發布的《福建省電力調峰輔助服務交易規則(試行)(2020年修訂版)》規定,獨立儲能電站的充電可以“采取目錄峰谷電價或者直接參與調峰交易購買低谷電量”,放電時則“作為分布式電源就近向電網出售,價格按有關規定執行”。這就導致在調峰方面,儲能的調峰收益更多是由計劃和磋商決定的,充放電價的不明確給儲能的收益帶來很大的不確定性。即使在青海、湖北這樣將電儲能交易納入調峰市場的省份,也只規定了儲能電站充電時的交易機制,關于放電依然是“按照相關規定執行”。
除了以上的困難之外,由于儲能在調頻方面具有極好的性能,因此,儲能的主體資格還面臨著來自輔助服務市場內部成員的阻力。
三是輔助服務市場機制不完善。由于儲能本身并不創造電能,因此儲能的收益只能來自提供輔助服務的收費,而我國的輔助服務市場機制尚無法滿足儲能商業化運行的要求。
我國目前的輔助服務機制要求發電側“既出錢又出力”,也就是要求并網發電企業必須提供輔助服務,同時輔助服務補償費用要在發電企業中分攤。通過從這些企業中收取一部分資金,加上一部分補貼,形成一個資金池。調度中心根據各輔助服務主體的績效打分,來決定發電企業能從這個資金池中收回多少份額。
以2019上半年為例,我國電力輔助服務總費用共130.31億,占上網電費總額1.47%。其中發電機組分攤費用合計114.29億,占87.71%。如此制度設計就決定了輔助服務市場基本是一個“零和博弈”,輔助服務的價值并沒有得到很好的體現。
因此從發電廠的角度來看,如果大家都通過配套儲能來提供輔助服務,那么會出現發電廠收益并無變化而成本卻提高很多的問題,進而使發電廠缺乏安裝儲能設施的動力,這也是造成儲能項目多是示范工程的原因。即使宏觀政策支持發電側儲能的發展,這樣的輔助服務機制也很難給發電側提供正向激勵。在輔助服務市場沒有建立起來的情況下,儲能的收入來源十分單一,很難達到商業運行的要求。
四是儲能標準缺位。我國電化學儲能行業近幾年才初具規模,儲能電池還沒有國家層面的標準規范。在沒有確定標準的情況下,儲能電池的回收和梯級利用也難以有效實施。例如,部分地區在探索退役動力電池應用于儲能領域,但儲能電池的要求和動力電池有很大不同,錯誤的梯級利用不僅帶來效率方面的問題,更嚴重的是存在安全隱患。而且,相關法規的確缺失,可能會導致儲能電池出現像鉛蓄電池一樣的回收亂象。
五是運營問題。儲能的運營問題主要在于儲能的容量和成本。現有的發電側儲能項目容量一般在10~200兆瓦時之間,多數不超過100兆瓦時,考慮到未來新能源裝機容量越來越大,這樣的儲能規模顯然難以充分助力新能源消納。現有的電化學儲能可以通過技術手段輕松增加容量,當然,隨之而來的安全問題也需要高度關注。
電化學儲能的成本問題更是儲能難以大規模投入的重要原因之一。以光伏發電為例,在西北等光伏資源豐富地區,雖然已經可以做到平價上網,然而配套儲能設施如果沒有相應的激勵或者補貼政策,發電成本就會大大提高。再考慮到設備的衰減和老化問題,成本的回收會更加困難。
因此,目前在沒有明確且足夠的政策補貼時,電化學儲能難以大規模地投入使用。
未來需要四大支點
盡管電化學儲能有以上的種種限制,它的前景卻是明朗的。隨著我國能源轉型以及電力市場改革的不斷深化,電化學儲能未來的定位會越來越清晰,應用的價值也會越來越得到體現。
第一,提高消納能力。
未來新能源發電會占有越來越大的比例。與此共生的消納市場給電化學儲能帶來了廣闊的發展空間。一方面,新能源配儲能可以幫助解決新能源在當地的消納問題,儲能能幫助風電和光電擺脫“垃圾電”的影響。更重要的是,由于我國的風、光資源主要集中在西北部,而需求負荷主要集中在沿海地區。如果未來要更多地依靠新能源,那么電力的跨地區轉移就是一個必須解決的問題。這也是特高壓進入我國“新基建”計劃的一個原因。通過特高壓,大量的新能源電力可以轉移到沿海區域而中途沒有過多的損失。
第二,擴大電力市場容量。
隨著電力市場改革的不斷深入,在價格機制的引導下,未來新電廠的建設會放緩。同時,用電需求仍然會不斷上漲。考慮到電網的經濟性,相比于建設新的電廠,未來更多的關注點會集中在電力系統的優化方面。例如通過合理的削峰填谷、需求響應來解決電力市場的擴容問題。
在這方面,電化學儲能由于其快速的響應能力,在未來的電力容量市場中具有相當大的潛力。如果通過EMS(能源管理系統)能讓儲能在容量市場充分發揮其作用,那么擴容問題能得到部分解決。
第三,促進市場價格機制形成。
本著“誰受益,誰承擔”的原則,目前的輔助服務成本分配方式不盡合理。國家發展改革委、國家能源局在不久前發布的《關于做好2020年能源安全保障工作的指導意見》中指出:“進一步完善調峰補償機制,加快推進電力調峰等輔助服務市場化,探索推動用戶側承擔輔助服務費用的相關機制,提高調峰積極性。推動儲能技術應用,鼓勵電源側、電網側和用戶側儲能應用,鼓勵多元化的社會資源投資儲能建設。”如此,讓所有受益的市場主體,都來承擔輔助服務成本,輔助服務的價值才能在市場中得到較好的體現。發電側儲能將有更大的積極性在應用方面進行嘗試和投入,電力用戶也會根據市場價格進行需求的自我調整,從而提高電力系統的整體運行效率。
第四,對生態環境影響小。
在不同的儲能方式之間,電化學儲能在環境保護方面也有其優勢。以抽水蓄能為例,一般需要在山地環境下建設上下水庫、安裝大型發電機組,電站建設運行可能會對周圍的生態環境產生影響。而電化學儲能在選址上沒有抽水蓄能那么多的地理限制條件,且占地面積小很多。以晉江儲能電站為例,總占地面積10887平方米,以圍墻內面積計算,全站能量密度為42.5千瓦時/平方米。在電化學儲能應用和回收技術不斷進步的情況下,預計對于生態環境的影響會遠小于抽水蓄能。
(尹海濤、瞿茜均供職于上海交通大學行業研究院和中國城市治理研究院,李新鈺系上海交通大學安泰經濟與管理學院研究生)