2019年,中國的儲能產(chǎn)業(yè)在調(diào)整中前行,有關(guān)數(shù)據(jù)顯示,截至2019年12月底,我國已投運儲能項目累計裝機規(guī)模為32.4吉瓦(含物理儲能、電化學儲能、儲熱),同比增長3.6%。其中,電化學儲能項目的累計裝機規(guī)模為1709.6兆瓦,同比增長59.4%,與2018年175.2%的增長率比起來,高速發(fā)展的電化學儲能裝機似乎踩了急剎車,但是2019年636.9兆瓦的新增裝機規(guī)模,仍然保持了中國儲能市場的平穩(wěn)發(fā)展。
2020年是“十三五”的收官之年,也是“十四五”規(guī)劃布局之年,目前,儲能系統(tǒng)成本的快速下降為商業(yè)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ),國家層面政策的出臺直接推動了儲能發(fā)展的熱潮,儲能產(chǎn)業(yè)鏈布局完善,培育了具有國際競爭力的市場主體,培育了寧德時代等一批技術(shù)領(lǐng)先的儲能廠商,為我國儲能規(guī)?;l(fā)展奠定了產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。
近日,寧德時代
新能源科技股份有限公司董事長助理孟祥峰就儲能行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、面臨的困境、電化學儲能的應(yīng)用場景,以及未來儲能發(fā)展的方向與建議等方面接受了本刊記者專訪。
《中國電力企業(yè)管理》:請您介紹一下目前儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀。
孟祥峰:我國儲能產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略布局可追溯到2005年出臺的《可再生能源發(fā)展指導目錄》;2010年出臺《可再生能源法修正案》,明確規(guī)定電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)發(fā)展和應(yīng)用智能電網(wǎng)、儲能技術(shù);2011年,儲能被寫入“十二五”規(guī)劃綱要;2017年10月,國家能源局出臺儲能行業(yè)第一個指導性文件——《關(guān)于促進儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見》,指出要在第一階段(主要為“十三五期間”)實現(xiàn)儲能由研發(fā)示范向商業(yè)化初期過渡;第二階段(主要為“十四五期間”)實現(xiàn)商業(yè)化初期向規(guī)?;l(fā)展轉(zhuǎn)變。同時,各省區(qū)市也陸續(xù)出臺關(guān)于推動儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的各項政策。
由此可見,國內(nèi)對于儲能的認識由是否發(fā)展逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿绾胃哔|(zhì)量發(fā)展,目前政策從宏觀引導、政策角度明確了我國發(fā)展儲能的重要性、必要性和國家所持的積極鼓勵態(tài)度,符合我國和國際社會發(fā)展新能源,建設(shè)清潔低碳、安全高效現(xiàn)代能源體系的大潮流和新理念。
近三年來,儲能發(fā)展最快的類型是電化學儲能,而電化學儲能的主流是鋰離子電池。據(jù)統(tǒng)計,目前中國儲能裝機規(guī)模位列全球第一,占全球裝機總量17.3%,美國、日本分列二、三位。我國的儲能項目目前主要建設(shè)在
清潔能源富集地區(qū)和負荷中心地區(qū),發(fā)展最快的省份包括江蘇、青海和西藏等,其投產(chǎn)項目的儲能裝機規(guī)模位居我國前列。
《中國電力企業(yè)管理》:目前儲能的發(fā)展仍然受制于較高成本、市場機制不夠明晰等問題,無論是電網(wǎng)側(cè)還是用戶側(cè)的項目開展都遇到了困難。您認為這些困難和問題主要集中在哪些方面?
孟祥峰:儲能產(chǎn)業(yè)經(jīng)過了十年的探索發(fā)展,技術(shù)上已具備規(guī)模推廣的條件,目前最大的問題就是經(jīng)濟模型和商業(yè)模式的問題。同時,在電化學儲能的應(yīng)用推廣上,還存在體制機制上的一些問題需要解決。主要表現(xiàn)在如下幾個方面:
一是缺乏明確和穩(wěn)定的
價格機制。電網(wǎng)側(cè)儲能不得納入輸配電價,投資成本無法疏導。發(fā)電側(cè)儲能設(shè)施參與電力輔助服務(wù)和新能源消納,很多地方的政策并不明確,已出臺的政策缺少可操作的細節(jié),落地執(zhí)行變數(shù)多,投資收益難保障。用戶側(cè)儲能收益模式單一,且受降電價影響,“投資+運營”的模式難以為繼。
二是獨立儲能電站參與電力市場交易的身份和規(guī)則有待進一步明確。對于儲能參與電力市場交易,在很多地方只有原則性規(guī)定,具體的充放電時段、價格、調(diào)度、結(jié)算等規(guī)定都不明確,無法落地和商業(yè)化運行,嚴重影響儲能電站的運行效能和投資回報。
三是儲能行業(yè)標準規(guī)范已初步建立,但仍需不斷完善。儲能關(guān)鍵設(shè)備良莠不齊,國內(nèi)外都出現(xiàn)過一些儲能電站起火事故,需要引起高度重視,避免一哄而上,留下隱患。部分地方要求可再生能源發(fā)電需要配置一定比例的儲能,但是對于儲能系統(tǒng)沒有技術(shù)要求,對儲能系統(tǒng)如何并網(wǎng)、如何參與可再生能源消納也沒有詳細規(guī)定,勢必造成業(yè)主在選擇儲能供應(yīng)商時成本優(yōu)先,造成低價惡性競爭。
《中國電力企業(yè)管理》:儲能作為能量靈活存儲和釋放的介質(zhì),是解決光伏、風能等可再生能源波動、提高電網(wǎng)安全可靠經(jīng)濟運行的重要手段。隨著技術(shù)進步,電化學儲能較抽水蓄能為主的物理儲能,具有明顯的資源節(jié)約和電氣性能優(yōu)勢。請您介紹一下電化學儲能技術(shù)在電力領(lǐng)域中的主要應(yīng)用場景。
孟祥峰:電化學儲能技術(shù)在電力領(lǐng)域中的應(yīng)用分為發(fā)電側(cè)、輸配電側(cè)和用電側(cè)三大場景。三大場景又都可以從電網(wǎng)的角度分成能量型需求和功率型需求。能量型需求一般需要較長的放電時間(如能量時移),而對響應(yīng)時間要求不高。與之相比,功率型需求一般要求有快速響應(yīng)能力,但是一般放電時間不長(如系統(tǒng)調(diào)頻)。
發(fā)電側(cè)對儲能的需求場景類型較多,主要包括能量時移、系統(tǒng)調(diào)頻、可再生能源并網(wǎng)三類場景。能量時移是通過儲能的方式實現(xiàn)用電負荷的削峰填谷,即發(fā)電廠在用電負荷低谷時段對電池充電,在用電負荷高峰時段將存儲的電量釋放,將可再生能源的棄風棄光電量存儲后再移至其他時段進行并網(wǎng),也是能量時移;頻率的變化會對發(fā)電及用電設(shè)備的安全高效運行及壽命產(chǎn)生影響,因此頻率調(diào)節(jié)至關(guān)重要。隨著新能源的并網(wǎng),風光的波動性和隨機性使得電網(wǎng)短時間內(nèi)的能量不平衡加劇,傳統(tǒng)能源(特別是火電)由于調(diào)頻速度慢,在響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度指令時具有滯后性,有時會出現(xiàn)反向調(diào)節(jié)等錯誤動作,因此不能滿足新增的需求。相較而言,儲能(特別是電化學儲能)調(diào)頻速度快,電池可以靈活地在充放電狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換,成為非常好的調(diào)頻資源;由于風電、光伏發(fā)電出力隨機性、間歇性等特點,其電能質(zhì)量相比傳統(tǒng)能源要差,由于可再生能源發(fā)電的波動(頻率波動、出力波動等)從數(shù)秒到數(shù)小時之間,因此既有功率型應(yīng)用也有能量型應(yīng)用,一般可以將其分為可再生能源能量時移、可再生能源發(fā)電容量固化和可再生能源出力平滑三類應(yīng)用。
儲能在輸配側(cè)的應(yīng)用主要是緩解輸配電阻塞、延緩輸配電設(shè)備擴容及無功支持三類。一是緩解輸配電阻塞。線路阻塞是指線路負荷超過線路容量,將儲能系統(tǒng)安裝在線路上游,當發(fā)生線路阻塞時可以將無法輸送的電能儲存到儲能設(shè)備中,等到線路負荷小于線路容量時,儲能系統(tǒng)再向線路放電。二是延緩輸配電設(shè)備擴容。傳統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)劃或者電網(wǎng)升級擴建成本很高。在負荷接近設(shè)備容量的輸配電系統(tǒng)內(nèi),如果一年內(nèi)大部分時間可以滿足負荷供應(yīng),只在部分高峰特定時段會出現(xiàn)自身容量低于負荷的情況時,可以利用儲能系統(tǒng)通過較小的裝機容量有效提高電網(wǎng)的輸配電能力,從而延緩新建輸配電設(shè)施成本,延長原有設(shè)備的使用壽命。三是無功支持。無功支持是指在輸配線路上通過注入或吸收無功功率來調(diào)節(jié)輸電電壓。無功功率的不足或過剩都會造成電網(wǎng)電壓波動,影響電能質(zhì)量,甚至損耗用電設(shè)備。電池可以在動態(tài)逆變器、通信和控制設(shè)備的輔助下,通過調(diào)整其輸出的無功功率大小來對輸配電線路的電壓進行調(diào)節(jié)。
用電側(cè)是電力使用的終端,用戶是電力的消費者和使用者,發(fā)電及輸配電側(cè)的成本及收益以電價的形式表現(xiàn)出來,轉(zhuǎn)化成用戶的成本。用戶分時電價管理方面,電力部門將每天24小時劃分為高峰、平段、低谷等多個時段,對各時段分別制定不同的電價水平,即為分時電價。用戶通過電化學儲能系統(tǒng)低谷儲電、高峰放電,達到降低電費成本的目的;容量費用管理方面,我國對供電部門大工業(yè)企業(yè)實行兩部制電價:電量電價指的是按照實際發(fā)生的交易電量計費的電價,容量電價則主要取決于用戶用電功率的最高值。容量費用管理是指在不影響正常生產(chǎn)的情況下,通過降低最高用電功率,從而降低容量費用。用戶可以利用儲能系統(tǒng)在用電低谷時儲能,在高峰時負荷放電,從而降低整體負荷,達到降低容量費用的目的;提高電能質(zhì)量方面,由于存在電力系統(tǒng)操作負荷性質(zhì)多變、設(shè)備負載非線性等問題,用戶獲得的電能存在電壓、電流變化或者頻率偏差等問題,此時電能的質(zhì)量較差。系統(tǒng)調(diào)頻、無功支持就是在發(fā)電側(cè)和輸配電側(cè)提升電能質(zhì)量的方式。在用戶側(cè),儲能系統(tǒng)同樣可以進行平滑電壓、頻率波動,例如利用儲能解決分布式光伏系統(tǒng)內(nèi)電壓升高、驟降、閃變等問題;提升供電可靠性方面,儲能用于提高微網(wǎng)供電可靠性,是指發(fā)生停電故障時,儲能能夠?qū)涞哪芰抗?yīng)給終端用戶,避免了故障修復過程中的電能中斷,以保證供電可靠性。
《中國電力企業(yè)管理》:目前貴公司參與的國內(nèi)電化學儲能電站項目有哪些?
孟祥峰:從發(fā)電側(cè)看,魯能海西州國家級多能互補集成優(yōu)化示范工程儲能電站作為全國第一批落地的大規(guī)模多能互補示范項目,具有削峰填谷、減少棄風棄光、兼顧經(jīng)濟等作用,為地區(qū)和企業(yè)提供清潔、廉價的電力支持;可以平滑風光功率輸出,實現(xiàn)小時級平穩(wěn)功率輸出、分鐘級平滑功率曲線,提升電力品質(zhì);提供輔助服務(wù),減小跟蹤發(fā)電計劃誤差;參與調(diào)頻,快速跟蹤系統(tǒng)頻率變化,助力電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行等作用,具有重要示范意義和經(jīng)濟價值。寧德時代采用主動均衡BMS策略,SOC精準計算、智能化診斷,可有效保證儲能系統(tǒng)的可用容量和使用壽命;電池系統(tǒng)高效的散熱管理系統(tǒng),保障電池組壽命和可靠性;實現(xiàn)儲能站點100兆瓦時跨越式突破,成就全球首個發(fā)電側(cè)100兆瓦時級儲能項目。
張北國家風光儲輸示范項目是國家金太陽工程重點項目、國家科技支撐計劃重大項目和寧德時代堅強智能電網(wǎng)建設(shè)的首批
試點項目,是國網(wǎng)系統(tǒng)目前規(guī)模最大,集風電、光伏發(fā)電、儲能、智能輸電于一體的新能源綜合利用
平臺;能夠通過風光互補、儲能調(diào)節(jié)、智能調(diào)度,實現(xiàn)新能源發(fā)電的穩(wěn)定、可控,可有效破解新能源并網(wǎng)的技術(shù)難題;可驗證新能源發(fā)電平滑輸出、計劃跟蹤、削峰填谷和調(diào)頻等功能;寧德時代在張北國家風光儲輸示范項目中采用模塊化設(shè)計、廠內(nèi)集成測試、整體運輸?shù)哪J?,是當時唯一具備“黑啟動”功能的廠家。
輸配電側(cè),晉江百兆瓦時級儲能電站是“十三五”國家重點科技專項、智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備重點專項應(yīng)用項目,為附近3個220千伏重負荷變電站提供調(diào)峰調(diào)頻服務(wù),有利于提升傳統(tǒng)電力系統(tǒng)靈活性、經(jīng)濟性和安全性。5月8日,項目獲得全國首張獨立儲能電站電力業(yè)務(wù)許可證(發(fā)電類),標志著項目即將進入商業(yè)試運行,將為能源革命注入顛覆性創(chuàng)新技術(shù),強力推動能源轉(zhuǎn)型升級。
晉江儲能電站所采用鋰電池是由寧德時代研發(fā)的超過1.2萬次循環(huán)壽命的儲能鋰離子電池單體,存儲壽命超過20年,具有低成本、長壽命、高安全、高轉(zhuǎn)換效率等特點。產(chǎn)品的應(yīng)用落地大幅提高了鋰離子儲能電池系統(tǒng)服役壽命,可降低至少50%的全生命周期儲能產(chǎn)品成本投入,為儲能產(chǎn)品推廣應(yīng)用提供了優(yōu)質(zhì)、顛覆性的解決方案。
同時,寧德時代開發(fā)了適用于100兆瓦時級大規(guī)模電池儲能電站統(tǒng)一調(diào)度與控制系統(tǒng),實現(xiàn)儲能電站響應(yīng)時間300毫秒(國際上500毫秒),控制偏差小于2%(國際上>3%),可為全國范圍內(nèi)大容量儲能電站的推廣應(yīng)用提供優(yōu)質(zhì)的儲能電站集成、調(diào)控方案,推動智能電網(wǎng)大規(guī)模儲能技術(shù)的應(yīng)用;并提出基于下垂和慣量的儲能變流器虛擬同步機控制策略,開發(fā)出具有虛擬同步機功能的500千伏安儲能變流器,充放電轉(zhuǎn)換時間快達40毫秒,充放電轉(zhuǎn)換效率最高98.93%,可快速主動參與電網(wǎng)的有功調(diào)頻和無功調(diào)壓,提升儲能系統(tǒng)的魯棒性、抗擾動性。
《中國電力企業(yè)管理》:儲能產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了2019年的減速調(diào)整,業(yè)界各方對2020年的儲能發(fā)展寄予了厚望。然而新冠肺炎疫情暴發(fā),對國內(nèi)外儲能市場的發(fā)展均產(chǎn)生了深遠的影響。您認為儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前景如何?對于促進儲能產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展,您有哪些建議?
孟祥峰:近年來,我國太陽能、風能等可再生能源發(fā)展迅速,目前已基本實現(xiàn)平價上網(wǎng),未來將成為發(fā)電裝機的主體。鋰電池儲能+可再生能源發(fā)電,使我國能源從“資源依賴”走向“技術(shù)依賴”,不僅沒有資源枯竭,還可以通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新,提高系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率、持續(xù)降低系統(tǒng)成本,是實現(xiàn)國家能源長久安全、降低社會用能成本的重要舉措。
我認為持續(xù)、快速、健康發(fā)展電化學儲能,應(yīng)該從以下幾個方面著手:
一是強化頂層設(shè)計。將儲能納入《中華人民共和國能源法》和國家“十四五”能源發(fā)展規(guī)劃,明確儲能的法律地位,并在電力發(fā)展規(guī)劃、可再生能源發(fā)展規(guī)劃中進行具體部署。當前可再生能源平價上網(wǎng)還存在一定壓力,配套儲能產(chǎn)生較大的成本壓力,要合理化解這一發(fā)展矛盾。
二是建立價格機制。長遠看,要還原能源的商品屬性,加快推進電力市場化改革,完善現(xiàn)貨及輔助服務(wù)市場機制,更好地發(fā)揮市場作用,讓價格充分體現(xiàn)儲能的價值。允許保障電網(wǎng)運行安全的電網(wǎng)側(cè)儲能電站納入電網(wǎng)規(guī)劃,準許進入輸配電成本核算;對于滿足一定條件的獨立儲能電站(如規(guī)模、可靠性等),給予兩部制電價;明確儲能參與電力輔助服務(wù)的政策和操作細則,建立基于性能和效果的調(diào)度機制。
三是加強技術(shù)攻關(guān)。將大規(guī)模儲能關(guān)鍵技術(shù)研究及其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,列入國家科技重大專項,進一步提高儲能系統(tǒng)的安全性、可靠性、循環(huán)壽命、轉(zhuǎn)換效率、數(shù)字化管理和云監(jiān)控等關(guān)鍵技術(shù),進一步降低系統(tǒng)成本,促進儲能產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。
四是完善標準體系。在全球率先建設(shè)若干吉瓦時級大型儲能電站,總結(jié)大型儲能電站工程開發(fā)和多場景應(yīng)用經(jīng)驗。在技術(shù)攻關(guān)和示范應(yīng)用基礎(chǔ)上,完善儲能系統(tǒng)安全、循環(huán)壽命、系統(tǒng)集成等標準,建立儲能電站消防驗收、環(huán)境評價、設(shè)施備案等管理體系,為儲能規(guī)范化發(fā)展保駕護航。
本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》2020年08期,作者系本刊記者
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