國(guó)外儲(chǔ)能電站應(yīng)用分析及對(duì)我國(guó)的啟示

文 | 時(shí)智勇

作者供職于國(guó)網(wǎng)能源研究院

獨(dú)立的儲(chǔ)能電站也許還不能與傳統(tǒng)電源一爭(zhēng)高下，但未來(lái)新能源與儲(chǔ)能相結(jié)合對(duì)傳統(tǒng)電源的影響將是革命性的。

近幾年電力能源領(lǐng)域話題最多的當(dāng)數(shù)新能源。隨著新能源的快速發(fā)展，消納矛盾日益凸顯，通過(guò)儲(chǔ)能技術(shù)解決棄風(fēng)棄光問(wèn)題成為一種選擇。電能具有發(fā)輸供用實(shí)時(shí)平衡的特點(diǎn)，人們希望電能也可以像其他化石能源一樣得以存儲(chǔ)，所以?xún)?chǔ)能幾乎伴隨著電力的發(fā)明被人們所關(guān)注，數(shù)百年來(lái)世界各國(guó)從未停止各種探索，研究出了抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能等多種電能存儲(chǔ)形式。截止2018年，全球投運(yùn)儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模180.9GW，其中抽水蓄能裝機(jī)規(guī)模最大，為170.7GW，占全球儲(chǔ)能總裝機(jī)容量的94%，電化學(xué)儲(chǔ)能的累計(jì)裝機(jī)規(guī)模次之，為4.9GW，占到了3.6%，其中鋰離子電池占比達(dá)到了86%。

隨著應(yīng)用需求的不斷擴(kuò)大，各國(guó)支持政策持續(xù)出臺(tái)以及制造工藝不斷完善，近年來(lái)儲(chǔ)能電池技術(shù)發(fā)展迅猛，電池安全性、循環(huán)壽命和能量密度等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)均得到了大幅提升，應(yīng)用成本快速下降，其中鋰電池能量密度5年來(lái)提高了1倍、循環(huán)壽命提高了2～3倍、應(yīng)用成本下降了60%；鉛炭電池循環(huán)壽命較傳統(tǒng)鉛酸電池提升了3～4倍，再生利用率達(dá)97%，綜合度電成本約0.6元/千瓦時(shí)·次，均接近盈虧平衡點(diǎn)，大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用初現(xiàn)端倪。

與小型的戶(hù)用儲(chǔ)能系統(tǒng)不同，儲(chǔ)能電站專(zhuān)指面向電網(wǎng)的規(guī)?；瘍?chǔ)能設(shè)施，其容量在數(shù)兆瓦至數(shù)百兆瓦，在一定程度上達(dá)到了電站級(jí)的規(guī)模。之所以關(guān)注規(guī)?；膬?chǔ)能電站，是因?yàn)槠鋵?duì)能源轉(zhuǎn)型、在電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的作用以及改變電網(wǎng)形態(tài)都具有重要意義。2018年夏天，總投資7.85億元、總規(guī)模101MW/202MWh的鎮(zhèn)江電化學(xué)儲(chǔ)能電站項(xiàng)目投運(yùn)，對(duì)緩解當(dāng)?shù)叵募矩?fù)荷高峰發(fā)揮了重要作用。該項(xiàng)目是我國(guó)第一個(gè)真正意義上服務(wù)于電網(wǎng)的規(guī)?；?dú)立運(yùn)行的儲(chǔ)能電站，在儲(chǔ)能界刮起了一陣旋風(fēng)，不到一年的時(shí)間，河南、長(zhǎng)沙、甘肅百兆瓦級(jí)的儲(chǔ)能電站紛紛上馬。儲(chǔ)能的價(jià)格雖然降了很多，但與替代措施相比仍然很高，還未達(dá)到與其他傳統(tǒng)能源相競(jìng)爭(zhēng)的地步。國(guó)外儲(chǔ)能電站在一些領(lǐng)域已經(jīng)得到商業(yè)化應(yīng)用，他們的驅(qū)動(dòng)因素也是各有特色。

儲(chǔ)能成為多元化保障供電能力的重要選擇

2012年1月31日，美國(guó)南加州愛(ài)迪生公司宣布，因?yàn)閮?nèi)部蒸汽管道發(fā)生泄漏，由該公司主要負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)的圣奧諾弗雷核電站3號(hào)反應(yīng)堆已被關(guān)閉。圣奧諾弗雷核電站有兩個(gè)正在運(yùn)轉(zhuǎn)的核反應(yīng)堆，裝機(jī)容量為2200兆瓦，是南加州最大的電力來(lái)源，可滿足140萬(wàn)家庭的電力需求。此次核電站反應(yīng)堆的關(guān)閉引起了人們對(duì)電力供應(yīng)可靠性方面的擔(dān)憂。

加州阿里索（Aliso Canyon）天然氣氣田泄露所引發(fā)的電力短缺危機(jī)加速了加州對(duì)于安裝儲(chǔ)能系統(tǒng)、保障供電安全的步伐。發(fā)生事故的Aliso Canyon天然氣地下儲(chǔ)氣庫(kù)隸屬于美國(guó)Sempra能源公司下屬南加州天然氣公司，2015年10月至2016年2月期間，儲(chǔ)氣井共計(jì)泄漏天然氣10.7萬(wàn)噸，是美國(guó)歷史上最大的天然氣泄漏事故，前后共導(dǎo)致1.1萬(wàn)名附近居民離家疏散，總損失約10 億美元。Aliso Canyon天然氣氣田在冬季可滿足CEC所轄區(qū)域內(nèi)20%的高峰負(fù)荷，夏季滿足60%的高峰負(fù)荷。若沒(méi)有Aliso Canyon的天然氣儲(chǔ)備，將給地區(qū)的供電、供暖和燃?xì)夤?yīng)帶來(lái)嚴(yán)重挑戰(zhàn)。為了彌補(bǔ)電力不足，加州六個(gè)月的時(shí)間里在幾個(gè)地點(diǎn)部署了100兆瓦的儲(chǔ)能設(shè)備。

公平開(kāi)放的電力市場(chǎng)為儲(chǔ)能提供了平臺(tái)

PJM負(fù)責(zé)美國(guó)13個(gè)州以及哥倫比亞特區(qū)電力系統(tǒng)的運(yùn)行與管理，集中調(diào)度美國(guó)目前最大、最復(fù)雜的電力控制區(qū)，擁有獨(dú)立的調(diào)頻市場(chǎng)。PJM也是美國(guó)儲(chǔ)能電站功率裝機(jī)規(guī)模最大的地區(qū)，占到已投運(yùn)項(xiàng)目近40%的功率規(guī)模和31%的能量規(guī)模，平均功率規(guī)模為12MW，平均儲(chǔ)能充放電時(shí)長(zhǎng)為45分鐘，且大部分為獨(dú)立的儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)商。儲(chǔ)能電站之所以在PJM調(diào)頻市場(chǎng)中得到較好的商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，得益于公平的市場(chǎng)環(huán)境和按效果付費(fèi)的價(jià)格機(jī)制。

聯(lián)邦能源管理委員會(huì)自2007年起通過(guò)立法，要求各電力市場(chǎng)的組織者修改市場(chǎng)規(guī)則，消除歧視性條款，允許包括儲(chǔ)能在內(nèi)的新興設(shè)施接入電力系統(tǒng)并參與電力市場(chǎng)，2011年發(fā)布755號(hào)令制定了調(diào)頻輔助服務(wù)按效果付費(fèi)補(bǔ)償機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，2012年P(guān)JM市場(chǎng)創(chuàng)建了快速調(diào)頻市場(chǎng)。

儲(chǔ)能憑借快速的響應(yīng)特性，在各類(lèi)調(diào)頻資源中拔得頭籌，取代燃?xì)鈾C(jī)組成為PJM最大調(diào)頻來(lái)源。2015年約有177MW儲(chǔ)能參與PJM調(diào)頻市場(chǎng)。到2016年上半年，容量增加到265MW，2016上半年P(guān)JM 總調(diào)頻費(fèi)用4295萬(wàn)美元，較2015年同期減少62.4%。

PJM調(diào)頻市場(chǎng)的儲(chǔ)能應(yīng)用也并非一帆風(fēng)順，儲(chǔ)能響應(yīng)速度快，但持續(xù)提供調(diào)頻服務(wù)的時(shí)間有限制，PJM發(fā)現(xiàn)，在系統(tǒng)需要調(diào)節(jié)的時(shí)候儲(chǔ)能可能反向充放電，給系統(tǒng)增加調(diào)頻負(fù)擔(dān)，為此PJM不得不向其他調(diào)頻資源支付更多調(diào)頻費(fèi)用以應(yīng)對(duì)上述情況。PJM于2015年末調(diào)低快速調(diào)頻資源效益因子，導(dǎo)致PJM出清的儲(chǔ)能調(diào)頻服務(wù)減少，2016年總收入降幅達(dá)到32%，直接打擊了儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)商投資積極性。

英國(guó)去核、去煤能源計(jì)劃加大容量市場(chǎng)對(duì)儲(chǔ)能的需求

英國(guó)電力市場(chǎng)化改革是世界許多國(guó)家參考的典范，也深刻影響著我們國(guó)家的電改路徑。英國(guó)自1989年開(kāi)始至今施行了三次比較大的改革，2011年，英國(guó)能源部正式發(fā)布了《電力市場(chǎng)化改革白皮書(shū)（2011）》，開(kāi)始了以促進(jìn)低碳電力發(fā)展為核心的第三輪電力市場(chǎng)改革，容量市場(chǎng)作為本次改革的一個(gè)重要組成部分而被提出。

容量市場(chǎng)的建立也是基于一定的能源發(fā)展背景，歐盟決心推動(dòng)新能源變革，《巴黎協(xié)定》、《2030年氣候與能源框架協(xié)議》、《可再生能源發(fā)展指南》不斷推動(dòng)英國(guó)能源更新?lián)Q代，新能源擠占傳統(tǒng)化石能源發(fā)電份額，加快燃煤、核電等機(jī)組的退役。2010年至2016年間共退役23GW裝機(jī)容量的燃煤電站及核電站，這其中除了正常退役的機(jī)組以外，也包括了部分由于環(huán)保要求而提前退役的機(jī)組；預(yù)計(jì)未來(lái)10年，還將有24GW的燃煤電站及核電站面臨退役。傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組退役一方面使得電網(wǎng)可用資源減少，調(diào)節(jié)能力減弱；另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)組盈利能力更加不穩(wěn)定，降低了社會(huì)投資信心。同時(shí)隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，英國(guó)電力市場(chǎng)的需求還將繼續(xù)增長(zhǎng)，加劇了對(duì)備用容量的需求。

2013年英國(guó)能源氣候變化部頒布了《英國(guó)電力市場(chǎng)改革執(zhí)行方案》其目的希望通過(guò)建立容量市場(chǎng)，為容量提供穩(wěn)定、持續(xù)性的新刺激，保證現(xiàn)有容量機(jī)組的盈利能力，維持投資者對(duì)新建容量機(jī)組的熱情，減少目前較高的容量?jī)?chǔ)備所帶來(lái)的資金流失。

英國(guó)從2016年開(kāi)始允許包括電化學(xué)儲(chǔ)能在內(nèi)的新興資源參與容量市場(chǎng)，容量市場(chǎng)允許參與容量競(jìng)拍的資源同時(shí)參與電能批發(fā)市場(chǎng)，大大促進(jìn)了英國(guó)儲(chǔ)能裝機(jī)容量的快速提升。2016年，超過(guò)500MW的儲(chǔ)能資源在容量市場(chǎng)拍賣(mài)中中標(biāo)，占該年總競(jìng)拍容量的6%，且此次拍賣(mài)出清價(jià)格為22英鎊每千瓦每年，高于前一年18英鎊每千瓦每年。

同樣，作為新興事物的儲(chǔ)能，參與市場(chǎng)也非一帆風(fēng)順。儲(chǔ)能電站在容量市場(chǎng)大量中標(biāo)，引起部分傳統(tǒng)電源運(yùn)營(yíng)商質(zhì)疑。

移栽期不同，烤煙在大田生育期間所處的氣候條件就不同，從而對(duì)烤煙個(gè)體發(fā)育、生育進(jìn)程及其產(chǎn)量和質(zhì)量產(chǎn)生明顯作用[18]。移栽過(guò)早，生長(zhǎng)前期溫光不能滿足煙株生長(zhǎng)的需要，煙株生長(zhǎng)緩慢；隨著移栽期的推遲，氣溫、地溫、光照時(shí)數(shù)逐漸升高，光合作用增強(qiáng)，煙株的生長(zhǎng)速度加快，烤煙的大田生育期縮短。因此，提早或者推遲移栽，均會(huì)對(duì)煙株的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，3個(gè)不同移栽期在各個(gè)生育時(shí)期的農(nóng)藝性狀差異明顯。在成熟期，不同處理間的株高及葉面積差異顯著，以4月25日移栽的煙株生長(zhǎng)發(fā)育較好。葉片發(fā)育程度的不同，導(dǎo)致葉面積大小的差異，從而影響煙葉的產(chǎn)質(zhì)量。從經(jīng)濟(jì)性狀角度看，仍然以4月25日移栽較好。

2017年初，他們向主管部門(mén)施壓，認(rèn)為儲(chǔ)能不具備長(zhǎng)期供電能力，會(huì)對(duì)電力供應(yīng)安全構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)。2017年12月，英國(guó)容量市場(chǎng)修改了針對(duì)儲(chǔ)能電池的降額系數(shù)，該系數(shù)在一定程度上表征著在電力系統(tǒng)緊急事件中儲(chǔ)能貢獻(xiàn)的容量?jī)r(jià)值，直接影響儲(chǔ)能在容量市場(chǎng)中的收益。降額系統(tǒng)的調(diào)整主要針對(duì)放電時(shí)間小于4小時(shí)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，尤其對(duì)于放電時(shí)間為30分鐘左右的儲(chǔ)能系統(tǒng)影響很大。該調(diào)整使得持續(xù)放電時(shí)間較短的儲(chǔ)能系統(tǒng)在容量市場(chǎng)中收益明顯降低。

2018年11月，因需求管理供應(yīng)商Tempus Energy公司質(zhì)疑英國(guó)容量市場(chǎng)規(guī)則偏向傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組，歧視需求響應(yīng)和儲(chǔ)能等新興資源，歐洲法院裁定暫停英國(guó)容量市場(chǎng)競(jìng)拍。隨著成本降低，儲(chǔ)能將在更多應(yīng)用領(lǐng)域扮演著重要角色，與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的博弈才剛剛開(kāi)始。

儲(chǔ)能是新能源高占比系統(tǒng)最佳支撐技術(shù)

應(yīng)對(duì)間歇性、隨機(jī)性新能源大規(guī)模并網(wǎng)，電網(wǎng)需要更加靈活的調(diào)節(jié)資源。儲(chǔ)能系統(tǒng)可有效平滑新能源場(chǎng)站出力波動(dòng)，降低新能源隨機(jī)性和波動(dòng)性對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響，顯著提升跟蹤計(jì)劃的能力；儲(chǔ)能系統(tǒng)可改善新能源場(chǎng)站無(wú)功調(diào)節(jié)能力，平抑并網(wǎng)點(diǎn)電壓波動(dòng)，提升局部電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性；在棄風(fēng)棄光情況下存儲(chǔ)剩余電量，保障綠色電能全額消納。獨(dú)立的儲(chǔ)能電站也許還不能與傳統(tǒng)電源一爭(zhēng)高下，但未來(lái)新能源與儲(chǔ)能相結(jié)合對(duì)傳統(tǒng)電源的影響將是革命性的。

南澳州可再生能源發(fā)電占比高，是澳大利亞占比最高的州，天然氣發(fā)電規(guī)模大但氣源緊張，電力供應(yīng)不確定性大，且電網(wǎng)對(duì)外聯(lián)系薄弱，難以依靠電網(wǎng)互聯(lián)進(jìn)行互濟(jì)支撐，需要建設(shè)儲(chǔ)能這樣的高靈活性電源。

截至2017年底，南澳州電源總裝機(jī)544萬(wàn)千瓦，其中風(fēng)電170萬(wàn)千瓦，光伏78萬(wàn)千瓦，合計(jì)占比46%；燃?xì)獍l(fā)電裝機(jī)267萬(wàn)千瓦，占49%。南澳州僅有兩條線路（輸電能力82萬(wàn)千瓦）與維多利亞州相連。2017年3月南澳州政府出臺(tái)《能源計(jì)劃》，提出建立儲(chǔ)能和可再生能源技術(shù)基金，對(duì)儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)予以部分資金資助，總預(yù)算1.5億澳元。南澳州特斯拉電池儲(chǔ)能項(xiàng)目獲得政府經(jīng)濟(jì)資助，并通過(guò)參與電量市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)獲利。該項(xiàng)目位于南澳州Hornsdale風(fēng)電場(chǎng)附近，由該風(fēng)電場(chǎng)業(yè)主投資并負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)，特斯拉公司建設(shè)，采用鋰離子電池技術(shù)，總?cè)萘?00MW/129MWh，2017年12月1日與風(fēng)電場(chǎng)三期項(xiàng)目同時(shí)投運(yùn)。2017年底，澳大利亞非用戶(hù)側(cè)儲(chǔ)能達(dá)到了174MW，規(guī)劃與建設(shè)的儲(chǔ)能容量超過(guò)575MW，大部分項(xiàng)目與新能源發(fā)電相關(guān)。

近年來(lái)意大利可再生能源發(fā)電的持續(xù)增長(zhǎng)，特別是意大利南部和西西里、薩丁島，風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)展迅速，對(duì)電網(wǎng)的滲透率越來(lái)越高，其中西西里島和薩丁島的風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電已經(jīng)分別到達(dá)當(dāng)?shù)乜偘l(fā)電量的36%和41%，且島內(nèi)電網(wǎng)與主網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)比較薄弱，系統(tǒng)穩(wěn)定裕度比較小，為提高電網(wǎng)可再生能源接納能力，降低因電網(wǎng)原因造成的棄風(fēng)、棄光電量，意大利國(guó)家輸電網(wǎng)公司Terna在意大利薩丁島、西西里島分別安裝了8.65MW、7.3MW儲(chǔ)能系統(tǒng)，在中南部電網(wǎng)分3個(gè)地點(diǎn)安裝了6套儲(chǔ)能系統(tǒng)，規(guī)模35MW/23MWh。

監(jiān)管層面，意大利電力監(jiān)管政策允許Terna建設(shè)和運(yùn)營(yíng)用于輸電網(wǎng)安全運(yùn)行、提高可再生能源滲透率和用于調(diào)度服務(wù)的發(fā)電設(shè)施。并且項(xiàng)目在列入電網(wǎng)規(guī)劃并經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)發(fā)展部和監(jiān)管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)后，相應(yīng)的投資可以享受相應(yīng)的資產(chǎn)回報(bào)。

我國(guó)儲(chǔ)能電站未來(lái)可期、道路荊棘

從國(guó)外儲(chǔ)能電站的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)來(lái)看：一是需求驅(qū)動(dòng)，合理引導(dǎo)。二是宜市場(chǎng)則市場(chǎng)，宜監(jiān)管則監(jiān)管。三是建立完善的市場(chǎng)機(jī)制，合理的價(jià)格形成機(jī)制。四是儲(chǔ)能電站的發(fā)展不是一蹴而就，而是各利益主體相互博弈的過(guò)程，其本質(zhì)也是能源技術(shù)經(jīng)濟(jì)的博弈。

得益于清晰的盈利模式，2017年以前，我國(guó)儲(chǔ)能項(xiàng)目主要集中在用戶(hù)側(cè)，自去年以來(lái)，我國(guó)電網(wǎng)側(cè)的儲(chǔ)能電站實(shí)現(xiàn)了階躍式的發(fā)展，截止2018年，我國(guó)累計(jì)投運(yùn)電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目達(dá)到了1.02GW/2.9GWh，電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站貢獻(xiàn)了接近三分之一的容量。

與國(guó)外儲(chǔ)能電站的應(yīng)用相比，我國(guó)投運(yùn)的儲(chǔ)能電站呈現(xiàn)如下特點(diǎn)，全部由電網(wǎng)輔業(yè)單位投資建設(shè)，電網(wǎng)公司租賃，其功能為保障電力可靠供應(yīng)，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，相關(guān)成本也尚未有明確的疏導(dǎo)機(jī)制，相對(duì)國(guó)外儲(chǔ)能電站的發(fā)展，我國(guó)儲(chǔ)能電站還面臨著諸多問(wèn)題。

政策方面，盡管?chē)?guó)家出臺(tái)了諸多政策和文件均強(qiáng)調(diào)要積極發(fā)展儲(chǔ)能，發(fā)揮儲(chǔ)能在電網(wǎng)調(diào)峰、可再生能源并網(wǎng)等領(lǐng)域的作用，但這些政策和文件只是明確了儲(chǔ)能的“重要性”，沒(méi)有配套出臺(tái)可操作的“實(shí)用性”政策。業(yè)界評(píng)論我國(guó)儲(chǔ)能處于廠商投資熱、研究評(píng)論熱、主管部門(mén)反應(yīng)平淡的局面。

價(jià)格機(jī)制方面，電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立儲(chǔ)能電站的上網(wǎng)電價(jià)、充電電價(jià)未有明確定位，價(jià)格機(jī)制作為儲(chǔ)能項(xiàng)目的生命線直接決定項(xiàng)目的可持續(xù)發(fā)展。市場(chǎng)準(zhǔn)入方面，獨(dú)立儲(chǔ)能電站可參與的市場(chǎng)類(lèi)型有限，現(xiàn)貨市場(chǎng)尚未建成，輔助服務(wù)市場(chǎng)品種單一，且缺乏可操作性，尚未有獨(dú)立儲(chǔ)能電站參與市場(chǎng)的實(shí)際案例。

投資主體方面，仍以電網(wǎng)企業(yè)投資為主，社會(huì)資本參與較少，電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站投資強(qiáng)度也將直接影響商業(yè)模式的創(chuàng)新發(fā)展。盈利模式方面，電網(wǎng)公司投資的儲(chǔ)能設(shè)施缺少成本疏導(dǎo)機(jī)制，社會(huì)資本投資的儲(chǔ)能項(xiàng)目缺少可預(yù)期的盈利空間。

目前主流觀點(diǎn)是通過(guò)市場(chǎng)化方式，提高儲(chǔ)能技術(shù)性能，降低成本實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。我國(guó)正處于電力體制改革過(guò)渡期，市場(chǎng)機(jī)制還不完善，而規(guī)?；笕萘康膬?chǔ)能電站投資大、應(yīng)用專(zhuān)，更需要完善的市場(chǎng)機(jī)制予以保障。正如本文開(kāi)篇所說(shuō)儲(chǔ)能電站對(duì)能源轉(zhuǎn)型、在電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的作用以及改變電網(wǎng)形態(tài)都具有重要意義，未來(lái)將備受各界關(guān)注。