儲能技術發(fā)展及在城市電網的應用展望

田浩毅，遲 峰，齊曉曼，時珊珊，方 陳

(1.國網上海市電力公司電力科學研究院，上海 200437；2.國家電網公司華東分部，上海 200120)

儲能是多能源子系統(tǒng)的綜合紐帶，也是未來綜合能源系統(tǒng)的心臟[1]。2017年國家發(fā)改委等五部門聯合印發(fā)的《關于促進儲能技術與產業(yè)發(fā)展的指導意見》為我國儲能產業(yè)提出了發(fā)展方向。2018年江蘇省發(fā)改委發(fā)布的《關于轉發(fā)<關于促進儲能技術與產業(yè)發(fā)展的指導意見>的通知》率先吹響儲能商業(yè)化號角，鎮(zhèn)江因其東部電網一系列規(guī)模龐大、競逐者眾多的儲能項目，以及用戶側、電網側分進合擊的策略，獲得市場矚目。隨著儲能政策體系的不斷完善與落地實施，我國儲能市場的商業(yè)化運行即將開展。本文結合儲能在上海電網中的實踐對其在未來能源系統(tǒng)中的發(fā)展進行了探討。

1 我國儲能技術現狀與發(fā)展環(huán)境

1.1 技術現狀

儲能技術作為電力系統(tǒng)運行過程中繼“采—發(fā)—輸—配—用”五大環(huán)節(jié)后的第六環(huán)節(jié)，能有效地提高電能質量，使得電力系統(tǒng)變得“柔軟”，極大程度上提高了電力系統(tǒng)安全性、經濟性及靈活性[2]。儲能技術是指通過物理或化學等方法實現對電能的存儲，并在需要時釋放一系列相關技術[3]。

儲能技術主要包括三方面：儲能本體技術、并網技術和監(jiān)控技術。

(1)儲能本體技術。儲能技術按照存儲介質進行分類，可以分為物理儲能、電磁儲能、電化學儲能和燃料電池等[4]。儲能本體技術對比如表1所示。

(2)并網技術。儲能變流器(PCS)是電網與儲能裝置的接口，是儲能系統(tǒng)的重要組成部分，主要由變流器及其控制系統(tǒng)組成。根據電路拓撲的不同，儲能變流器主要可以分為一級變換拓撲型和兩級變換拓撲型。

(3)監(jiān)控技術。儲能監(jiān)控系統(tǒng)能夠高效地將電網調度和儲能系統(tǒng)協(xié)調聯結起來并對整個系統(tǒng)的運行數據、狀態(tài)等進行實時監(jiān)控，確保系統(tǒng)始終處于良好的工作狀態(tài)[5]。

表1 儲能本體技術對比

1.2 政策環(huán)境

近年來我國高度重視儲能技術及產業(yè)的發(fā)展，2017年國家發(fā)改委等五部門聯合印發(fā)的《關于促進儲能技術與產業(yè)發(fā)展的指導意見》為我國儲能產業(yè)提出了發(fā)展方向，成為催生新模式、培育新市場的政策奇點。2009年至今，我國針對儲能行業(yè)不斷推出相關政策法規(guī)，促進儲能行業(yè)進一步有序健康發(fā)展，2009年至今國內儲能主要政策見表2。

1.3 市場規(guī)模

電化學儲能呈穩(wěn)步增長態(tài)勢。據中關村儲能產業(yè)技術聯盟(CNESA)項目庫的不完全統(tǒng)計，截至2017年底，中國已投運儲能項目累計裝機規(guī)模為28.9 GW[6]。從地區(qū)分布上看，國內儲能項目主要集中在華東、華北、華南和西北地區(qū)。其中，江蘇省的裝機規(guī)模最大，接近50 MW。從應用分布上看，新增投運項目全部應用在集中式可再生能源并網、輔助服務和用戶側領域。其中，用戶側領域的功率規(guī)模最大，超過70 MW，輔助服務領域的同比增速最大，接近1 000%。從技術分布上看，鋰離子電池和鉛蓄電池的功率規(guī)?；境制剑戎胤謩e為51%和49%，同時鉛蓄電池的同比增速最大，超過81%。

2 儲能技術在電網中的應用場景及商業(yè)模式

2.1 應用場景

電網結構大致可以分為電源側、電網側、戶用側。在電源側，對于傳統(tǒng)發(fā)電機組而言，通過并入儲能系統(tǒng)可輔助改善發(fā)電機組AGC性能，提高機組頻率調節(jié)能力，目前已得到大量應用和推廣。在電網側，儲能系統(tǒng)通過直接并入電網側對頻率異常狀態(tài)的主網進行干預控制，可以成為電網頻率穩(wěn)定控制的有效手段[7]。而隨著具有波動性和間歇性的新能源電力大規(guī)模并入電網，輸電側大規(guī)模儲能系統(tǒng)的應用可顯著提高電網的接納能力，有效提升線路輸送容量。在用戶側，儲能技術最容易實現的應用場景是基于峰谷電價差，利用儲能產品“低充、高放”實現套利，然而隨著電力體制改革的不斷推進，電力輸送和銷售的省際壁壘將逐步打通，因此戶用側儲能系統(tǒng)的發(fā)展，必須結合特定的應用場景來提升其經濟性，如儲能系統(tǒng)+充電樁等模式。儲能技術在電源、電網和用戶側的應用場景及典型實踐如表3所示。

表2 2009年至今國內儲能主要相關政策

表3 儲能技術在電源側、電網側和用戶側的應用場景比較

2.2 商業(yè)模式

目前，儲能系統(tǒng)在國外已有較多的商業(yè)應用，在不同的國家、地區(qū)儲能的應用重點領域各不相同[8]?？偨Y儲能系統(tǒng)的主要商業(yè)模式，主要可分為分布式光伏+儲能、用戶側獨立儲能電站、社區(qū)儲能、用戶技術方案服務、資源聚合商、中間商租賃等6種，如表4所示。

表4 儲能技術典型商業(yè)模式及實踐

3 儲能技術在上海電網的實踐及展望

3.1 實踐

隨著儲能技術的日趨成熟并成為電網發(fā)展的研究熱點之一，上海電網在儲能領域的發(fā)展取得了較為豐碩的成果。城市電網儲能應用方面，目前上海范圍內已建成含12套不同種類的儲能系統(tǒng)，總容量達兆瓦級的4座儲能電站、2套移動供電系統(tǒng)以及2座電動汽車充放電站。開發(fā)儲能電站綜合調度平臺，研制移動式供電系統(tǒng)，實現削峰填谷、微網、新能源接入優(yōu)化、供電可靠性提升和電動汽車入網等綜合應用。分散布置的儲能電站將信息發(fā)送到集控站，集控站按照電網優(yōu)化運行目標要求，靈活制定相應的運行制度和控制策略，并下發(fā)儲能電站執(zhí)行。同時，集控站對儲能站的運行數據進行綜合分析，以提高運行水平。風儲系統(tǒng)領域，上海電網在崇明東灘風電場建設一套2 MW/2 MWh集裝箱式儲能系統(tǒng)，包括風儲監(jiān)控系統(tǒng)，接入19.5 MW風電場工作母線。該示范工程在國內是第一次將MW級儲能系統(tǒng)接入獨立運行的風電場，實際投入并網運行，示范工程具備有功控制和無功補償等多種功能，實現了風電場出力平滑、電壓穩(wěn)定與電能質量改善等作用。

智能交通領域，上海電網建成了嘉定安亭充換儲一體化電站。基于充換儲一體化電站的監(jiān)控與工程化應用技術，按照分布式、層次化的系統(tǒng)部署方案，將電動汽車充電站、換電站、儲能站和電池梯次利用等多功能進行融合，建成了電動汽車智能充換儲一體化電站，首先在上海嘉定國際汽車城安亭站獲得了應用實踐。嘉定安亭電動汽車一體化電站系統(tǒng)規(guī)模達到1.25 MW/2.25 MWh。

3.2 應用展望

頂層戰(zhàn)略設計方面，結合上海公司特色探索儲能技術在城市能源互聯網戰(zhàn)略中價值主張體系與系統(tǒng)性布局。與美國、日本、歐洲等國家相比，我國市場開放度還不太高，儲能的市場主體地位初步得以賦予，在技術、體制等方面具備與電網、分布式發(fā)電、用戶等結合的初步基礎，可以針對上?！耙粠б宦贰焙烷L江經濟帶的交匯樞紐戰(zhàn)略地位、經濟效益和社會效應高供電價值密度、占地面積小而精、城市管理精細化、沿海沿江災備防御和用戶需求多元化等城市特征需求，結合電改推進下的電力市場開放政策、國家儲能產業(yè)指導政策等市場規(guī)則，系統(tǒng)性開展儲能技術在城市能源互聯網價值網絡中的上海適用性分析，探索上海公司儲能技術的商業(yè)價值主張體系和布局。一是適度投資電網側儲能作為電網設備增容改造的最終或過渡性解決方案，并促請政府允許將儲能納入配電有效資產；二是考慮將社區(qū)儲能等用戶側可行性儲能商業(yè)模式納入綜合能源服務試點規(guī)劃范圍，結合電能替代等營銷策略開展前瞻性市場準入性分析；三是持續(xù)關注儲能突破性技術創(chuàng)新對于目前電網運行模式的顛覆性趨勢，從可靠優(yōu)質的電網供電品質、能控在控的安全品質角度出發(fā)，儲備、研發(fā)并轉化為真正有利于電網運行的儲能科技創(chuàng)新成果；四是產業(yè)經營單元關注固定、移動式儲能裝置開發(fā)，加強與國內外知名儲能電池與裝置制造商、儲能技術解決方案供應商的合作，為電網側儲能、用戶側儲能的推廣應用提前奠定裝備基礎。

政策參與影響方面，推動政府層面出臺合理的儲能補貼政策和相關產業(yè)鼓勵政策，分級分類研究儲能系統(tǒng)并網管理規(guī)定。一是加強對未出臺儲能產業(yè)補貼政策相關建議的測算，精準把握并盡早形成政府層面上儲能入網定價方面的“電網聲音”。遵循主要原則：對于用來區(qū)域調度調峰、解決棄風與棄光嚴重問題等具備電網級響應能力的大型儲能電站，本身具備中長期盈利能力，鼓勵政府以基礎投資補貼形式扶持，不建議給予過高電價補貼；對于偏遠地區(qū)、孤島等電網建設投資過高、用電規(guī)模較小的分布式儲能，建議給予鼓勵性電價補貼政策；對于社區(qū)儲能、汽車儲能、樓宇儲能等能夠創(chuàng)造更多社會價值的分布式儲能，鑒于后續(xù)可以形成商業(yè)模式帶來可持續(xù)盈利，可采取持續(xù)遞減補貼等等。二是結合電網中長期規(guī)劃和短期運行方式，考慮與電網的匹配度，參考電網的輸配用電技術環(huán)節(jié)劃分，識別電壓等級、容量等并網管理相關技術要素，盡快分級分類研究儲能系統(tǒng)并網管理措施，把好儲能技術融入城市能源互聯網體系的技術關口，規(guī)避產業(yè)扶持政策下的“一窩蜂”盲目投資帶來的安全與技術風險。

技術應用與商業(yè)推廣方面，采用安全第一的重視高度和謹慎態(tài)度，以電化學儲能為主體開展復合性儲能應用；以綜合能源服務為商業(yè)載體，主動搶占用戶側儲能技術和市場布局先機。一是電化學儲能具有體積小，能量密度高等優(yōu)點，比較適合在上海高經濟密度城市電網中應用。結合具體功率型及能量型應用的需求，重點引進布局技術相對成熟的鋰離子電池儲能和鉛碳電池儲能。針對儲能在削峰填谷、調頻備用等電網側儲能的應用現實需求，開展復合性應用。二是上海正在積極推進五個中心建設，高端制造、智能制造等對用戶側的安全可靠供電保障提出了更高的要求。負荷峰谷差不斷增大，電網調峰備用能力緊張，對高質量供電提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。以綜合能源服務公司為切入點，積極開展用戶側高可靠性供電、削峰填谷等儲能應用，搶占用戶側儲能市場，并反哺支撐電網高可靠運行。三是現階段還是以合同能源管理為基本商業(yè)模式，實現儲能在電源和用戶側的推廣。由電廠或用戶提供場地，電力公司與其簽訂能源管理合同，提供儲能設備采購、施工建設與運營管理，通過在發(fā)電側參與調頻市場，在用戶側提供削峰填谷等應用，實現經濟收益，雙方按照一定的比例分成。在此基礎上，利用互聯網平臺，可以進一步推進融資眾籌等金融模式。

4 結語

本文介紹了儲能技術的政策環(huán)境、技術現狀、應用場景及商業(yè)模式，結合儲能在上海電網中的實踐探討了其在未來能源系統(tǒng)中的發(fā)展，為未來儲能技術在上海電網的應用提供了借鑒可參考的方向。