儲能在發(fā)電側調(diào)峰調(diào)頻服務中的應用現(xiàn)狀和前景

1、儲能在發(fā)電側調(diào)峰調(diào)頻服務中的應用現(xiàn)狀和前景摘要作為清潔的可再生發(fā)電資源，光伏和風電的裝機在經(jīng)歷著快速的發(fā)展的同時，也面臨著棄風、棄光和可再生能源并網(wǎng)消納困難等一系列問題。經(jīng)過十多年的研發(fā)和示范應用，儲能已經(jīng)被認為是解決這些問題的關鍵技術。本文主要論述了儲能在電力調(diào)峰調(diào)頻領域的應用現(xiàn)狀以及發(fā)展前景，并建議通過出臺支持政策和建立合理的市場機制，使得儲能在電力調(diào)峰調(diào)頻領域大有可為。關鍵詞可再生能源消納、儲能技術、電力調(diào)峰調(diào)頻、價格機制、政策補貼2010年以來，儲能技術開啟了在電力系統(tǒng)的示范應用，張北風光儲輸一體 化項目、龍源法庫臥牛石風電場儲能電站項目、 深圳寶活電站、東福山海島儲能 項目等都備受矚

2、目。經(jīng)過5年多的技術和應用驗證，技術成熟度和應用效果得到 了廣泛的認同，儲能的行業(yè)認知度也逐步提高。但儲能的發(fā)展從來不能孤立存在， 而是要與市場需求緊密相關。進入千三五”以來，我國正在形成一個能源發(fā)展的新格局，深入推進能源革 命、加速能源結構轉型、提高能源利用效率都已經(jīng)成為新時代的新任務。電力是 我國能源戰(zhàn)略轉型的重點，2015年3月開始的新一輪電力體制改革的主要工作 集中在推動大規(guī)?？稍偕茉聪{和售電改革等方面。在新的電力市場發(fā)展環(huán)境 下，作為重要的調(diào)峰調(diào)頻資源，儲能技術將在加強電力調(diào)節(jié)能力、 增強電網(wǎng)的靈 活性以及促進集中式和分布式可再生能源并網(wǎng)消納等發(fā)面發(fā)揮重要作用。本文將對儲能在電力

3、調(diào)峰調(diào)頻服務中的應用價值和應用前景進行重點分析探討。1儲能參與電力調(diào)峰調(diào)頻服務可以增強電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力促進可再生能源消納1.1風電和光伏的快速發(fā)展給并網(wǎng)消納造成了困難以風電和太陽能光伏為主的可再生能源發(fā)展是我國能源發(fā)展的重點之一。在今年9月13日舉辦的可再生能源法實施十周年座談會上，國家能源局新能源與可再生能源司司長朱明提出了已經(jīng)初步確立的“十三五”時期的可再生能源發(fā)展目標，到2020年，力爭光伏發(fā)電達到1.5億千瓦(150GW )，光熱發(fā)電達到500萬千瓦(50GW )，風電達到2.5億千瓦（250GW）;可再生能源電源在2020年的發(fā)電裝機比例將超過20%。快速增加的可再生能源裝機量為我國電

4、力行業(yè)的發(fā)展帶來了一近一遠兩個問題，即現(xiàn) 階段的高比例棄風棄光問題和未來電網(wǎng)對大比例可再生能源并網(wǎng)消納的調(diào)節(jié)問題。2015年,雖然我國的風電和光伏發(fā)電總量占總發(fā)電量的比例只有4%左右，但多個地區(qū)已面臨非常嚴峻的可再生能源發(fā)電消納問題，棄風、棄光問題突出，造成了巨大的損失和負面影響；據(jù)統(tǒng)計截止到2016年前六個月，我國棄風率達到21%;局部地區(qū)棄風棄光更加嚴重，以甘肅 為例，2015年，棄風率39%，棄光率31%。我國是用電大國，電力裝機容量在2013年超越美國成為全球第一大國（當年電力裝機容量為12.47億千瓦1;風電和光伏的裝機規(guī)模也位列全球首位（截止2015年底，風 電和光伏裝機分別為12

5、830萬千瓦和4158萬千瓦）2。就電源結構而言，火電不僅是我 國最主要的發(fā)電電源（2015年底發(fā)電占比63.2%）;而且在抽水蓄能、燃氣電站等調(diào)峰電 源比例較低的現(xiàn)狀下， 火電還要承擔起電力調(diào)峰調(diào)頻的任務；此外在供暖期火電還要兼顧供熱任務?；痣姷亩嘀亟巧蛊潆y以發(fā)揮調(diào)峰作用。隨著電源結構調(diào)整， 可再生能源發(fā)電比例持續(xù)增高，必然導致“三北”地區(qū)供暖季調(diào)峰資源匱乏，繼而給大規(guī)?？稍偕茉吹牟⒕W(wǎng)消納造成一定困難。表1我國2012-2016上半年棄風電量與棄風率統(tǒng)計年份20122013201420152016 （14月）棄風電?。▋|度）208162133339323奔風率（%）17118,51521

6、圖1 2015和2020年發(fā)電電源結構構成3注：此圖中2015年光伏和風電裝機量為并網(wǎng)裝機量。1.2我國現(xiàn)有的調(diào)峰調(diào)頻資源有限，儲能的參與成為熱點2006年11月，原國家電監(jiān)會印發(fā)了并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務管理暫行辦法隨后，在此辦法規(guī)定下，東北、西北、華北、華中、華東以及南方電監(jiān)局相 繼出臺各區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運行管理細則以及并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務管理細則（以下簡稱兩個細則），中國的電力輔助服務市場開啟，調(diào)峰是其中重要的 一項服務。兩個細則對我國輔助服務市場的發(fā)展有很大的推動作用。近幾年，隨著能源結構調(diào)整、風力和光伏發(fā)電并網(wǎng)量的迅速增加， 我國電力 調(diào)峰調(diào)頻服務面臨幾個問題，包括：電網(wǎng)峰谷差擴大，系統(tǒng)調(diào)峰容

7、量不足；大型 火電機組的頻繁啟停造成資源浪費，磨損大、煤耗高、不安全、不經(jīng)濟；抽水蓄 能電站的總裝機量不足（抽蓄裝機容量僅為全部裝機容量的1.5%,而此數(shù)據(jù)在日本為10%）;需求側管理錯峰用電方式不夠普及等4。未來高效、智能電網(wǎng) 的發(fā)展要求建設大量分布式和可再生能源接入電網(wǎng)，而電網(wǎng)接收消納可再生能源 的能力很大程度上取決丁電力系統(tǒng)整體結構，特別是調(diào)峰能力。2014年中國能建集團廣東省電力設計研究院進行了一項研究，研究對南方 電網(wǎng)2020年調(diào)峰調(diào)頻電源需求進行建模預測，得出的結論為，系統(tǒng)需要的調(diào)峰 調(diào)頻容量為114506MW?？紤]到未來小容量的火電機組逐漸關停，火電機組按45%的調(diào)峰深度計算時，

8、全網(wǎng)火電機組提供的調(diào)峰容量為69075MW ,系統(tǒng)在最大峰谷差值條件下，需要新增調(diào)峰調(diào)頻電源容量為45431MW ,在考慮風電等可 再生能源的反調(diào)峰特性時，需要新增調(diào)峰調(diào)頻電源容量為53411MW，而2020年抽水蓄能電站提供的調(diào)峰調(diào)頻容量為24800MW ,缺口依然很大5。在此情況 下，新型規(guī)?；瘍δ芗夹g的調(diào)峰調(diào)頻模式和可再生能源與儲能聯(lián)合調(diào)峰調(diào)頻技術 模式在研究中被提出。其實，近一兩年來，儲能參與調(diào)峰調(diào)頻服務已經(jīng)成為大家 廣泛關注的一個熱點。2儲能成本不斷下降，更多應用價值有待實現(xiàn)，期待新的市場機制2MV1中國找瞄機擔網(wǎng)及申.雄成情配2.1儲能成本是衡量其是否可能參與調(diào)峰調(diào)頻的重要因素從2

9、011年張北風光儲輸一體化項目開始， 儲能電站在大規(guī)模可再生能源調(diào) 峰調(diào)頻方面的技術性能和應用效果逐步被驗證，但儲能的成本是否可以使其成為 調(diào)峰調(diào)頻服務的參與者一直是大家爭論的主要內(nèi)容。2012年，由東北電力大學、遼寧電力公司和中國電科院共同進行了一項名 為用丁松弛調(diào)峰瓶頸的儲能系統(tǒng)容量配置方法 ”的研究，結果顯示，通過對某省 電網(wǎng)風電接入對電網(wǎng)負荷峰谷差的影響的分析，全年風電正調(diào)峰發(fā)生概率為25.3%,反調(diào)峰發(fā)生概率為74.7%,風電反調(diào)峰效應明顯；對丁給定的電網(wǎng)負荷 特性、風電出力特性，當儲能系統(tǒng)容量價格為$900 /kWh，運行年限為10年時, 儲能系統(tǒng)最優(yōu)配置容量為13.46 MWh

10、,負荷低谷時段風電接納容量可增加39.1 MW,約占風電總裝機的1.9%，減小的電網(wǎng)峰谷差為最大負荷的0.42%,儲能 系統(tǒng)松弛電網(wǎng)調(diào)峰瓶頸效果不明顯；而當儲能價格降低至$208/kWh ,則儲能系統(tǒng)的最優(yōu)配置容量為4355.2MWh ,負荷低谷時段風電接納容量可增加1300MW，約占風電總裝機的64%,減小的電網(wǎng)峰谷差為最大負荷的11.23%,儲能系統(tǒng)松弛電網(wǎng)調(diào)峰瓶頸作用明顯，多接納風電效益顯著6。2.2儲能成本不斷降低，短期實現(xiàn)更多價值成為發(fā)展重點通過中關村儲能產(chǎn)業(yè)技術聯(lián)盟（CNESA ）2015年和2016年上半年對主流 儲能技術成本的統(tǒng)計和分析，儲能的投資成本與2013年相比有大幅下降

11、，鋰離子電池（以磷酸鐵鋰為例）的系統(tǒng)成本最低值已經(jīng)降低到300美元/kWh,預計到2020年，還將下降50%，最低達到150美元/kWh（按2016年9月兌換率 計算）。到2020年，其他技術的投資成本也有很大下降空間，其中鉛蓄電池將 下降48%，全鈕液流電池將下降23%，超臨界壓縮空氣將下降44%。表2儲能主要性能指標與投資成本表年但技術至型作）IA民而元/千用（人民芾元/千）耕5黃皇-30-4040呵12000-18.0001.000-4 500滸90914,5006,0004500000滸心%14004. XMJ1.400,500金帆君追電也75-3517,500-22.5003.500

12、-4.5008L5年理春子電用孫5涂5辮W6090省58,000-100002,000,0002.000-Z500ZOOO-IOOOS眸 廠70 85800-1.100SOO 1,300全蜻瘦無龜蟲75-8517,500-19,500I500-1M0建親海也隊年607090-954.0006.0001.000-1WO1.000*1.5001.000-L50070-85$00 600500-60075 8514,000 15.0002.B00JW數(shù)據(jù)來源：中關村儲能產(chǎn)業(yè)技術聯(lián)盟（CNESA ）統(tǒng)計整理注：鋰離子電池為1小時磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)；鉛炭電池為1小時系統(tǒng)；全機液流電池為5小時系統(tǒng)；超臨儲能

13、技術投資成本的下降，為其最終有效地通過 削峰填谷”助力可再生能源 的消納創(chuàng)造了條件。同時，我們也發(fā)現(xiàn)，一套系統(tǒng)多重應用也是儲能系統(tǒng)創(chuàng)造更 多經(jīng)濟效益的有效方法。因此，與單純的判斷儲能的投資成本是否具有經(jīng)濟性相 比，這些電站是否具備參與調(diào)峰調(diào)頻的權利、如何實現(xiàn)新的收益和價值更成為了 現(xiàn)階段推動儲能實現(xiàn)大規(guī)模應用的最大動力。3政策出臺，為儲能參與調(diào)峰調(diào)頻奠定基礎3.1關丁促進電儲能參與 蘭北”地區(qū)電力輔助服務補償（市場）機制試點工作 的通知出臺2016年6月國家能源局正式出臺的關丁促進電儲能參與 蘭北”地區(qū)電力 輔助服務補償（市場）機制試點工作的通知（以下簡稱通知）正如一縷春風，吹開了儲能參與調(diào)峰

14、調(diào)頻輔助服務市場的大門。根據(jù)通知的相關規(guī)定， 我國將逐步建立電儲能參與的調(diào)峰調(diào)頻輔助服務共享新機制，充分發(fā)揮電儲能技術在電力調(diào)峰調(diào)頻方面的優(yōu)勢，電力儲能系統(tǒng)在獲得參與電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻等輔助服 務身份的同時，也能夠按應用效果獲得應有的收益。通知呈現(xiàn)出以下幾個突出的特點，一是選擇系統(tǒng)調(diào)峰壓力大、調(diào)峰調(diào)頻 標準高、輔助服務補償機制較靈活的 蘭北”地區(qū)作為試點區(qū)域。二是明確了電儲 能作為獨立的電力市場主體的地位， 成為獨立的輔助服務提供主體，并收取相關 服務費界壓縮空氣為4小時系統(tǒng)。此處投資成本為系統(tǒng)成本，含電池管理系統(tǒng)。心D-6碩14B0-1&Q0皿201二 9陽1洶&-4J3CO201

15、5$1ZflK-3000SOQ-SOQ 2020g ( ?|AW 童俐酋EE危釁胃田曜T10電也tfl而w . 7詛叵血圖2成本下降趨勢圖數(shù)據(jù)來源：中關村儲能產(chǎn)業(yè)技術聯(lián)盟（CNESA ）統(tǒng)計整理用。三是試點的范圍廣，投資主體多元化，儲能系統(tǒng)既可以安裝在發(fā)電側 的風電場、光伏電站和火電廠等，也可以在用戶側的小區(qū)、樓宇、工商企業(yè)等地； 既可以與其他發(fā)電機組聯(lián)合，也可以獨立提供服務；而且發(fā)電企業(yè)、售電企業(yè)、 電力用戶、電儲能企業(yè)均可以投資建設儲能設施。 四是提出了電儲能設施充放電 價格機制以及參與門檻，既對儲能系統(tǒng)提出了要求和約束，也為其實現(xiàn)經(jīng)濟運行 創(chuàng)造了條件。最后一點是提出了切實可行的保障措施，

16、對電網(wǎng)企業(yè)、調(diào)度機構、 儲能業(yè)主單位和政府部門都提出了要求，為項目落實實施提供了保障支持。3.2政策推動下，儲能參與調(diào)峰調(diào)頻項目正在規(guī)劃和部署中政策出臺后反響強烈，整個產(chǎn)業(yè)對未來儲能的發(fā)展充滿了信心。根據(jù)中關村 儲能產(chǎn)業(yè)技術聯(lián)盟(CNESA )最新預測，按常規(guī)場景，到2020年全國儲能技 術的累計裝機量將達到14.5GW(含儲熱，不含抽水蓄能)；按理想場景，到2020年全國儲能技術的累計裝機量將達到24.2GW(含儲熱，不含抽水蓄能)7。最近一段時間，在市場需求和政策的雙重推動下， 與調(diào)峰調(diào)頻、促進大規(guī)模 可再生能源消納相關的一系列大規(guī)模儲能系統(tǒng)正在規(guī)劃和部署當中， 一些調(diào)峰調(diào) 頻儲能電站建設

17、運行的新模式也在探討中。代表性項目如下：(1)大連國家級大型化學儲能示范項目。2016年4月，國家能源局首次批 準建設國家級大型化學儲能示范項目，項目建設規(guī)模為20萬千瓦/80萬千瓦時(200MW/800MWh ),將分兩期規(guī)劃建設。國家能源局曾組織國家級電力系統(tǒng) 研究機構對區(qū)域大型電池儲能電站項目的技術方案和工程方案進行了論證，認為在大連建設大規(guī)模儲能調(diào)峰電站對提高區(qū)域電網(wǎng)調(diào)峰能力、提高大連南部地區(qū)供電可靠性、促進電池儲能技術的發(fā)展具有積極促進作用。(2)二連浩特微網(wǎng)群示范項目。根據(jù)國家能源局的批復和內(nèi)蒙古自治區(qū)發(fā)改委的通知，二連浩特將開展微網(wǎng)群項目，項目分為7個集群，建設規(guī)模為2.535G

18、W的新能源發(fā)電裝機和160MW的儲能，建設期為2年。國家能源局要 求按照供需基本平衡、多余電力上網(wǎng)、主網(wǎng)補充調(diào)節(jié)”的原則，探索大規(guī)模可再 生能源的的創(chuàng)新利用方式及發(fā)展模式， 所發(fā)電量要確保就地消納，以此提高可再 生能源發(fā)展規(guī)模及利用水平，驗證儲能對于項目安全、穩(wěn)定、高效運行的關鍵性 作用。3.3儲能參與調(diào)峰調(diào)頻服務新模式的探討2016年7月，由中國電科院、比業(yè)迪、中關村儲能產(chǎn)業(yè)技術聯(lián)盟及中國化工學會儲能專委會聯(lián)合舉辦了大規(guī)模儲能配合新能源發(fā)電專題研討會”。會上大家共同認為，中國儲能在可再生能源 發(fā)電應用中面臨的最主要問題是缺乏盈利模式，導致儲能電站運營存在困難。理論上，儲能可以實現(xiàn)改善風電質(zhì)量

19、、減輕電網(wǎng)壓力、參與電力市場提供輔 助服務等多重應用價值，但由丁目前尚沒有明確的參與機制與結算方式，由此導 致儲能價值難以正確衡量，并獲得相應回報。另一方面，現(xiàn)階段安裝在風光基地 的儲能系統(tǒng)，由風光電站負責運營，因此電網(wǎng)不能從全局最優(yōu)化的角度調(diào)度儲能 資源，儲能可實現(xiàn)的功能大打折扣；由此導致儲能系統(tǒng)與風光電站捆綁運營時， 還需區(qū)分風光電站和電網(wǎng)的收益才能正確結算，因此對最后付費機制的設定，也造成了一定的困難。為了解決以上難題， 比業(yè)迪提出了在集中式風光電站區(qū)域建設獨立電池儲能 電站的構想，希望通過協(xié)調(diào)區(qū)域內(nèi)風光電站和儲能電站的運行，在目前成本水平下，最大程度上發(fā)揮儲能電站的價值，幫助解決可再生

20、新能源消納難題。 獨立儲 能電站具有以下優(yōu)點：(1)獨立型儲能電站可由電網(wǎng)直接調(diào)度，類似丁小型抽水蓄能電站，為電 網(wǎng)提供調(diào)峰、調(diào)頻、備用、跟蹤計劃發(fā)電、平滑風電出力等多種服務。(2)儲能電站獨立運營，其調(diào)節(jié)電量容易統(tǒng)計，服務的種類及計量也相對 容易，因此會一定程度上簡化儲能電站的運營難度。(3)獨立儲能電站與發(fā)電設備徹底分開，在投資界面上，主體活晰明確， 在進行投資評估時，投資評估的難度也會相應降低。(4)與發(fā)電設備分開，更容易明晰儲能本身的價值，政策和補貼的針對性 更強。4對儲能發(fā)展政策支持的進一步思考發(fā)電側大型儲能電站具有規(guī)模大、 設備單位成本低，土地建設投入少、電網(wǎng) 配套投資低等優(yōu)勢，對

21、快速、大范圍的解決各地調(diào)峰調(diào)頻資源不足問題現(xiàn)實意義 大，能夠在中短期內(nèi)促進可再生能源消納，緩解日益突出的棄風、棄光問題，提 高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行水平。此外，研究建設獨立的儲能裝置作為電力系統(tǒng)的常規(guī)可控設備參與調(diào)度運 行，能夠挖掘電儲能更廣的應用途徑和更穩(wěn)定的運營方式。儲能系統(tǒng)在不同的位置、環(huán)節(jié)、時期的作用不同，是可以優(yōu)化協(xié)調(diào)協(xié)同發(fā)展的，因此應該開展發(fā)電側、 用戶側、電網(wǎng)側儲能應用的統(tǒng)籌發(fā)展機制研究， 為將來出臺儲能規(guī)劃和其他政策 提供依據(jù)和支撐。具體來講，進一步支持儲能參與調(diào)峰調(diào)頻服務的有關政策思考 包括：(1)明確參與調(diào)峰調(diào)頻儲能電站建設的補貼或計費方式。避免只考慮一次 性建設補貼，建議按服務

22、效果設立明確的儲能調(diào)峰調(diào)頻價格機制。(2)制定更嚴格的風電、光伏并網(wǎng)規(guī)則，提高風電、光伏的電能質(zhì)量的同 時，突出儲能應用價值。(3)儲能建設的投資方應向獨立丁電網(wǎng)的第三方轉移，而電網(wǎng)將主要承擔 為儲能設施接入電網(wǎng)提供服務、計量與結算、協(xié)助建立輔助服務市場等責任。(4)制訂儲能電站運行安全、施工安全監(jiān)督管理辦法等政策，明確儲能電 站、電網(wǎng)的運行安全責任，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。經(jīng)過十多年的發(fā)展，儲能已經(jīng)從技術研發(fā)、示范應用走向了大規(guī)模、商業(yè)化 發(fā)展的道路。儲能的發(fā)展不僅契合了我國低碳綠色能源戰(zhàn)略的宗旨、順應了高效 智能電力系統(tǒng)發(fā)展的主題，也是未來能源互聯(lián)網(wǎng)建設發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。儲能產(chǎn)業(yè) 的發(fā)展既需要自身技術的創(chuàng)新、成本效益的優(yōu)化、標準規(guī)范的設立，也需要國家 政策的大力支持和推動。 作為推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展的引擎， 政策對丁儲能產(chǎn)業(yè)參與電力 系統(tǒng)的市場機制的設立、電價的核定、企業(yè)技術創(chuàng)新的激勵、應用規(guī)模的擴大、 社會資本的進入都具有至關重要的作用。關丁促進電儲能參與 蘭北”地區(qū)電力輔助服務補償(市場)機