儲(chǔ)能聯(lián)姻新能源三大問題：成本、能力和安全

文 | 孫財(cái)新

作者供職于龍?jiān)措娏瘓F(tuán)新能源發(fā)展研究中心

由于市場(chǎng)執(zhí)行力弱、輔助服務(wù)需求大，已經(jīng)抵達(dá)平價(jià)目的地的新能源在電力市場(chǎng)與傳統(tǒng)電源的競(jìng)爭(zhēng)仍處于下風(fēng)，尋求與輔助服務(wù)能力極強(qiáng)的儲(chǔ)能合作成為必然的趨勢(shì)。

近年來，風(fēng)電、光伏等新能源的發(fā)展已是大勢(shì)所趨。截至2019年底，全國風(fēng)電、光伏累計(jì)裝機(jī)分別為2.1億千瓦和2億千瓦，兩者在20億千瓦的總電力裝機(jī)中占比達(dá)到20%。

但是在整個(gè)電力市場(chǎng)中，在保障性收購利用小時(shí)數(shù)政策下，已作為主要電源的新能源被賦予了一定的特殊身份。為避免電力市場(chǎng)的扭曲，新能源如何以普通身份進(jìn)入電力市場(chǎng)與火電等傳統(tǒng)電源競(jìng)爭(zhēng)成為未來發(fā)展的關(guān)鍵。

誠然，新能源的特殊身份是由于其天生的波動(dòng)性特點(diǎn)造成的。近年來隨著儲(chǔ)能的快速發(fā)展，利用儲(chǔ)能在調(diào)峰、調(diào)頻等輔助服務(wù)的優(yōu)勢(shì)平抑新能源的波動(dòng)性成為重要的解決方案。

新能源的運(yùn)行成本可能比想象中高

目前我國已在全國范圍內(nèi)開展了中長期市場(chǎng)，根據(jù)《電力中長期交易基本規(guī)則（暫行）》的要求，需要首先安排規(guī)劃內(nèi)的風(fēng)電、太陽能等可再生能源保障性收購小時(shí)數(shù)，一定程度上給予了新能源特殊身份。

保障性收購政策看起來可以保障新能源的發(fā)展，實(shí)際上，由于我國資源與負(fù)荷的不均衡，受限于本地消納需求、線路傳輸能力、跨省跨區(qū)交易的需求規(guī)模和成本，一些新能源集中地區(qū)在物理執(zhí)行上難以達(dá)到要求。

近年來新能源成本下降迅速，一定程度上具備了平價(jià)上網(wǎng)的條件，2019年5月份發(fā)布的《國家發(fā)展改革委關(guān)于完善風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)政策的通知》已經(jīng)明確，2021年開始新核準(zhǔn)陸上風(fēng)電項(xiàng)目國家不再補(bǔ)貼。

但是，如若拋開保障性收購政策，新能源項(xiàng)目以普通身份與傳統(tǒng)電源在電力市場(chǎng)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)，仍可能會(huì)略顯競(jìng)爭(zhēng)力不足，其主要原因是新能源市場(chǎng)執(zhí)行力弱、輔助服務(wù)需求大。

2019年6月廣東、蒙西、甘肅、山西等8個(gè)現(xiàn)貨試點(diǎn)全部試運(yùn)行，電能量市場(chǎng)類型基本完善。在完善的電能量市場(chǎng)中，中長期市場(chǎng)更傾向于金融對(duì)沖，而現(xiàn)貨市場(chǎng)要實(shí)現(xiàn)物理交割。一般在日前市場(chǎng)，新能源需要根據(jù)功率預(yù)測(cè)上報(bào)交易曲線（目前一般為15分鐘間隔），在該時(shí)間內(nèi)想精確預(yù)測(cè)新能源的功率，難度較大，容易在實(shí)際運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生偏差，該部分偏差會(huì)使得新能源遭受偏差考核或者需要在實(shí)時(shí)市場(chǎng)中采購電能量來平衡偏差（部分地區(qū)兼而有之）。

此外，目前我國部分地區(qū)在發(fā)電側(cè)采取物理節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)電價(jià)，由于新能源配套的輸電線路建設(shè)需按照最大容量匹配，在此原則下，易導(dǎo)致輸電線路建設(shè)容量與新能源電站的發(fā)展不匹配，進(jìn)而致使發(fā)電側(cè)在發(fā)電量較大時(shí)超出線路潮流、斷面潮流上限，使得本節(jié)點(diǎn)電價(jià)下降。

由于新能源出力的波動(dòng)性，在電力系統(tǒng)中需要其他電源向相反方向調(diào)節(jié)來平衡，在分鐘、小時(shí)、日等不同時(shí)間尺度上的波動(dòng)，需要調(diào)頻、調(diào)峰等不同的輔助服務(wù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外，由于新能源出力的預(yù)測(cè)具有一定偏差，需要一定數(shù)量的備用裝機(jī)來平衡該偏差。

實(shí)際上，2019年東北地區(qū)風(fēng)電輔助服務(wù)的分?jǐn)傎M(fèi)用約為0.06元/kWh，如果由新能源來承擔(dān)其所需要的輔助服務(wù)費(fèi)用，該費(fèi)用可能更高。

儲(chǔ)能提升新能源競(jìng)爭(zhēng)力的理由

新能源在電力市場(chǎng)建設(shè)過程中可能會(huì)出現(xiàn)的問題，采用儲(chǔ)能技術(shù)可以有效解決。如果將儲(chǔ)能與新能源聯(lián)合，利用儲(chǔ)能技術(shù)快速響應(yīng)、雙向調(diào)節(jié)的特性，可以使新能源在一定程度上具備調(diào)節(jié)能力（該程度取決于儲(chǔ)能系統(tǒng)配置的容量和持續(xù)時(shí)間），與功率預(yù)測(cè)配合，在現(xiàn)貨市場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行中執(zhí)行能力增強(qiáng)，減少了日前功率預(yù)測(cè)與實(shí)際運(yùn)行偏差所帶來的損失。

目前，多數(shù)風(fēng)、光功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)的短期功率預(yù)測(cè)曲線精度都超過80%，平均偏差按照±10%來計(jì)算，配置10%容量的儲(chǔ)能可平抑功率預(yù)測(cè)誤差。

在上述過程中，儲(chǔ)能所用的容量較大，但是占用電能量較小，可以同步利用儲(chǔ)能存儲(chǔ)新能源資源較好時(shí)無法消納或通流斷面無法承受的能量，在負(fù)荷需求較大、斷面通流較小時(shí)發(fā)出，以此在分時(shí)分區(qū)的節(jié)點(diǎn)電價(jià)機(jī)制中提高本節(jié)點(diǎn)發(fā)電時(shí)的電價(jià)，同時(shí)可減少新能源棄能損失。

同樣考慮配置10%的儲(chǔ)能容量，以光伏電站為例，其在中午發(fā)電量大、負(fù)荷較低的時(shí)候利用儲(chǔ)能存儲(chǔ)限發(fā)或低價(jià)能量，加入配置儲(chǔ)能的持續(xù)時(shí)間為2小時(shí)，則可以存儲(chǔ)將近月1/3的光伏平均日發(fā)電量（按日均利用小時(shí)數(shù)為6計(jì)算），可以有效低減少通流壓力，進(jìn)行峰谷的負(fù)荷轉(zhuǎn)移，將原本中午時(shí)段的低價(jià)電轉(zhuǎn)移至其他電價(jià)相對(duì)較高時(shí)段，同時(shí)減少了網(wǎng)絡(luò)的阻塞剩余。

儲(chǔ)能配合新能源完成上述功能，可減少新能源電站的損失，一定程度上提升新能源在電力市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力，但是儲(chǔ)能的投入成本不低，上述功能并不能覆蓋儲(chǔ)能本身的投入成本。因此，儲(chǔ)能還需要帶來額外的收入，才能有效促進(jìn)新能源場(chǎng)站配置儲(chǔ)能。

慶幸的是，儲(chǔ)能還具有較好的輔助服務(wù)能力。輔助服務(wù)種類較多，有調(diào)峰、調(diào)頻、備用、調(diào)壓、黑啟動(dòng)等，根據(jù)目前儲(chǔ)能的技術(shù)特點(diǎn)和在國際上已經(jīng)開展的應(yīng)用，儲(chǔ)能具備開展上述所有輔助服務(wù)的能力，在調(diào)節(jié)速率、調(diào)節(jié)精度、響應(yīng)時(shí)間等要求較高的調(diào)頻方面，其表現(xiàn)尤為出色。

美國西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室的分析報(bào)告指出，同等規(guī)模比較下，儲(chǔ)能調(diào)頻的效率是水電機(jī)組的1.7倍，燃?xì)鈾C(jī)組的2.7倍，火電機(jī)組和聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的近20倍。

2011年紐約州電力系統(tǒng)中占調(diào)頻容量3.3%的飛輪儲(chǔ)能調(diào)頻系統(tǒng)，完成的調(diào)頻任務(wù)量占總體調(diào)頻任務(wù)量的23.8%。

目前，我國目前調(diào)峰、調(diào)頻和備用在輔助服務(wù)中費(fèi)用占比最高，三者共占超過80%的輔助服務(wù)費(fèi)用；在輔助服務(wù)市場(chǎng)方面，主要開展了調(diào)峰、調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)，貴州開展了黑啟動(dòng)。

但是，筆者認(rèn)為由于調(diào)峰屬于電能量調(diào)節(jié)范圍，電能量市場(chǎng)中的日前、日內(nèi)、實(shí)時(shí)交易可完成該項(xiàng)功能，輔助服務(wù)市場(chǎng)中包含調(diào)峰會(huì)造成功能和費(fèi)用重復(fù)，不應(yīng)將其納入輔助服務(wù)市場(chǎng)。

新能源側(cè)儲(chǔ)能發(fā)展問題待解

目前，我國與新能源結(jié)合的儲(chǔ)能項(xiàng)目大多為示范項(xiàng)目，或者地方政府或明或隱地要求配置儲(chǔ)能的項(xiàng)目，筆者認(rèn)為這種現(xiàn)象主要是目前新能源側(cè)儲(chǔ)能發(fā)展還存在一些問題。

首先是成本問題，該問題最為顯眼。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前我國抽水蓄能電站度電成本較低，約為0.21-0.25元/kWh，其他儲(chǔ)能技術(shù)的度電成本相對(duì)較高，如鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)度電成本為0.6-0.8元/kWh。

由于成本高，使得儲(chǔ)能在沒有實(shí)際政策支持時(shí)，眾多商業(yè)模式無法實(shí)現(xiàn)盈利，比如新能源場(chǎng)站內(nèi)儲(chǔ)能的跟蹤計(jì)劃出力、移峰填谷等。

筆者認(rèn)為儲(chǔ)能成本的下降，可以通過以下三方面開展：1）提高壽命、調(diào)高效率，降低儲(chǔ)能在生命周期內(nèi)的成本；2）發(fā)展新型低成本儲(chǔ)能技術(shù)，儲(chǔ)能的本質(zhì)在于通過將能量時(shí)空轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)能量的實(shí)時(shí)平衡，不應(yīng)拘泥于技術(shù)類型，應(yīng)因地因時(shí)因勢(shì)選擇合適的技術(shù)，因此發(fā)展新型的成本更低的技術(shù)是儲(chǔ)能降低成本的一種有效方法；3）政策促進(jìn)發(fā)展，繼而使得資本投入，產(chǎn)能增加，成本進(jìn)一步下降。

其次是新能源側(cè)儲(chǔ)能的輔助服務(wù)能力并未得到釋放。目前我國大多非示范型的新能源項(xiàng)目配置儲(chǔ)能，目標(biāo)僅是為了優(yōu)先并網(wǎng)，在規(guī)模需求不大、整體投資還有利潤的情況下企業(yè)進(jìn)行儲(chǔ)能投資，很少考慮將儲(chǔ)能合理、高效地利用。

將新能源側(cè)儲(chǔ)能或新能源和儲(chǔ)能聯(lián)合體納入輔助服務(wù)市場(chǎng)，如果可以實(shí)現(xiàn)盈利，則可以促使新能源項(xiàng)目積極主動(dòng)配置儲(chǔ)能，該部分新增規(guī)模將非常大。

以2019年新能源新增裝機(jī)為例，風(fēng)光共新增約65GW，如配套5%的儲(chǔ)能，則儲(chǔ)能新增將達(dá)到3.25GW。應(yīng)用規(guī)模的上升會(huì)促進(jìn)儲(chǔ)能的發(fā)展和成本的加速下降，進(jìn)而促進(jìn)新能源并網(wǎng)能力提升和新能源發(fā)展。筆者認(rèn)為要釋放新能源側(cè)儲(chǔ)能的輔助服務(wù)能力，需要采取以下三方面的措施。

第一，制定儲(chǔ)能參與輔助服務(wù)，或可進(jìn)行多項(xiàng)應(yīng)用功能的政策機(jī)制。實(shí)際上，新能源側(cè)儲(chǔ)能的跟蹤計(jì)劃出力等職能，使得新能源并網(wǎng)性能變得友好，可以促進(jìn)新能源發(fā)展，以此促進(jìn)實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的低碳化，是全社會(huì)受益的行為。擔(dān)任這種職能的新能源和儲(chǔ)能聯(lián)合體，或者新能源側(cè)儲(chǔ)能，應(yīng)是最應(yīng)被鼓勵(lì)開展輔助服務(wù)或可獲得其他額外收入功能的市場(chǎng)主體。

目前國內(nèi)已出臺(tái)政策允許新能源側(cè)儲(chǔ)能參與調(diào)頻的主要有甘肅、福建和江蘇，調(diào)峰較多但難以獲得收益（并且筆者認(rèn)為調(diào)峰應(yīng)屬于電能量市場(chǎng)，前文已提到）。此外，同一種儲(chǔ)能技術(shù)，一般具備實(shí)現(xiàn)多重功能的能力，國內(nèi)目前尚沒有具體的政策給予儲(chǔ)能多重收益的政策和機(jī)制文件。

第二，研究和認(rèn)證新能源側(cè)儲(chǔ)能或新能源和儲(chǔ)能聯(lián)合體輔助服務(wù)能力，或者提供多項(xiàng)功能的能力。

目前儲(chǔ)能所能提供的服務(wù)和功能較多，但是與新能源聯(lián)合后，或者在執(zhí)行新能源跟蹤計(jì)劃出力基本職能的前提下，儲(chǔ)能還可用于輔助服務(wù)的容量、存儲(chǔ)時(shí)間等需要評(píng)估，儲(chǔ)能在綜合各項(xiàng)功能或服務(wù)時(shí)，各項(xiàng)功能調(diào)用開展的順序、相互之間的關(guān)聯(lián)能也需要進(jìn)一步研究制定。

第三，發(fā)展新能源和儲(chǔ)能聯(lián)合出力優(yōu)化調(diào)度技術(shù)，新能源在配置儲(chǔ)能后，二者成為一個(gè)利益共同體，如果具備多項(xiàng)功能后，參與電能量、輔助服務(wù)市場(chǎng)等多個(gè)市場(chǎng)，此時(shí)需要一個(gè)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度的系統(tǒng)，通過預(yù)測(cè)各個(gè)市場(chǎng)需求、新能源功率，結(jié)合儲(chǔ)能、發(fā)電設(shè)備狀態(tài)，進(jìn)行整體的優(yōu)化決策，以防止出現(xiàn)有機(jī)制、有能力、無盈利的狀況，畢竟市場(chǎng)的目的就在于淘汰低效產(chǎn)能。

最后是安全問題。儲(chǔ)能的安全問題實(shí)際主要來自于電化學(xué)儲(chǔ)能，尤其是鋰電池這種脫嵌式的技術(shù)，和鈉硫電池這種高溫類的技術(shù)。之所以此處進(jìn)行討論，是因?yàn)榻鼛啄觌娀瘜W(xué)儲(chǔ)能發(fā)展速度最快，新能源場(chǎng)站儲(chǔ)能也以此技術(shù)為主。

自2018年韓國23個(gè)儲(chǔ)能電站起火以來，儲(chǔ)能的安全問題一直困擾著行業(yè)，從技術(shù)角度看，儲(chǔ)能電站的起火是個(gè)系統(tǒng)問題，與電池單體、BMS、機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣系統(tǒng)、熱管理等均有關(guān)系，一旦某一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，均有可能導(dǎo)致起火。

從目前的技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀來看，實(shí)際并沒有非常有效的工程應(yīng)用滅火措施，目前常配的七氟丙烷并不能有效滅火，甚至很難一直有效抑制火勢(shì)擴(kuò)大。因此，目前安全問題很難徹底解決。

筆者認(rèn)為當(dāng)前較好的方法是以下三措施。1）研究制定各個(gè)核心部件和整個(gè)系統(tǒng)體現(xiàn)在安全方面的性能指標(biāo)，形成標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，以規(guī)范行業(yè)、淘汰劣質(zhì)廠商。2）制定安全生產(chǎn)運(yùn)行規(guī)范，加強(qiáng)儲(chǔ)能相關(guān)知識(shí)普及。韓國23起事故中，有20起發(fā)生在運(yùn)行過程中，為減少起火概率和起火后的損失，需要研究制定相關(guān)生產(chǎn)運(yùn)行安全準(zhǔn)則，并加強(qiáng)相關(guān)知識(shí)普及，盡快提升儲(chǔ)能電站運(yùn)維人員、管理人員的專業(yè)能力。3）發(fā)展新型安全技術(shù)。本質(zhì)安全才是根本，儲(chǔ)能的安全問題需要新型安全的技術(shù)來解決，目前來講，固態(tài)鋰電池技術(shù)、鋰漿料電池技術(shù)等技術(shù)可有望解決該問題。