推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展 助力構(gòu)建新型電力系統(tǒng)

中國綠發(fā)青海分公司位于海西州格爾木市新能源基地的電化學(xué)儲(chǔ)能電站。王國棟 攝

　　隨著碳達(dá)峰碳中和的推進(jìn)，風(fēng)能、太陽能等新能源快速發(fā)展。光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電波動(dòng)性、隨機(jī)性強(qiáng)，受資源位置約束，造成電力供需在時(shí)間、空間尺度上的不平衡，給電力系統(tǒng)帶來前所未有的挑戰(zhàn)。以電化學(xué)儲(chǔ)能為代表的新型儲(chǔ)能具有響應(yīng)速度快、項(xiàng)目選址靈活和建設(shè)周期短等特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)主動(dòng)支撐、慣量管理、快速頻率響應(yīng)和黑啟動(dòng)等功能，可作為重要的靈活調(diào)節(jié)資源助力構(gòu)建新型電力系統(tǒng)。

　　我國儲(chǔ)能行業(yè)呈現(xiàn)多元化發(fā)展趨勢(shì)

　　參照國家能源局發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 2528—2022《電力儲(chǔ)能基本術(shù)語》，儲(chǔ)能電站按照不同技術(shù)原理分為電化學(xué)儲(chǔ)能電站和物理儲(chǔ)能電站。抽水蓄能作為傳統(tǒng)的物理儲(chǔ)能技術(shù)已在電力系統(tǒng)中規(guī)模化應(yīng)用，而新型儲(chǔ)能是指除抽水蓄能以外的電力儲(chǔ)能技術(shù)。

　　我國正在構(gòu)建以抽水蓄能為主、新型儲(chǔ)能為輔的電力儲(chǔ)能體系。新型儲(chǔ)能中鋰離子電池儲(chǔ)能占據(jù)主導(dǎo)地位，鈉離子電池、液流電池、壓縮空氣、飛輪等其他儲(chǔ)能在應(yīng)用規(guī)模上也有所突破，應(yīng)用模式逐漸增多。

　　近年來，我國電力儲(chǔ)能裝機(jī)快速增長(zhǎng)，儲(chǔ)能行業(yè)呈現(xiàn)多元化發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)國家能源局的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2023年年底，已投運(yùn)新型儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)3139萬千瓦/6687萬千瓦時(shí)，平均儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)2.1小時(shí)，2023年新增裝機(jī)規(guī)模約2260萬千瓦/4870萬千瓦時(shí)，較2022年年底增長(zhǎng)超過260%。在技術(shù)路線方面，鋰離子電池儲(chǔ)能仍處于主導(dǎo)地位，占比超過97%，其集成規(guī)模向吉瓦級(jí)發(fā)展。壓縮空氣儲(chǔ)能和液流電池儲(chǔ)能占比分別為0.5%、0.4%，處于百兆瓦級(jí)工程應(yīng)用示范階段。飛輪、重力、鈉離子電池等其余類型儲(chǔ)能規(guī)模占比較小，仍處于小容量試點(diǎn)示范階段。

　　新型儲(chǔ)能助力保安全、保供應(yīng)、促消納

　　近年來，電力系統(tǒng)“雙高”特征凸顯，電網(wǎng)在安全穩(wěn)定運(yùn)行、電力電量平衡、新能源發(fā)電消納等方面面臨挑戰(zhàn)。

　　高比例新能源的接入導(dǎo)致電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量降低，調(diào)節(jié)能力和抗擾動(dòng)能力下降。同時(shí)，配電網(wǎng)有源化造成可切負(fù)荷量下降。新能源發(fā)電“大裝機(jī)小電量”“極熱無風(fēng)、晚峰無光”特征顯著，使迎峰度夏、迎峰度冬期間保障電力供應(yīng)難度增大，日內(nèi)電力供需平衡的不確定性增加。新能源發(fā)電成為電力保供的重要參與者，對(duì)于新能源發(fā)電出力預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性要求更高。風(fēng)光資源豐富的地區(qū)與電力需求大的地區(qū)呈逆向分布，新能源電力消納和外送的難度較大。

　　為保安全、保供應(yīng)、促消納，電力系統(tǒng)需要針對(duì)新能源發(fā)電日周期(逐日)波動(dòng)和日內(nèi)(逐小時(shí))波動(dòng)增強(qiáng)相應(yīng)的靈活調(diào)節(jié)能力。新型儲(chǔ)能可提供毫秒到數(shù)天寬時(shí)間尺度上的雙向靈活調(diào)節(jié)能力以及功率、能量的雙重支撐，將成為新型電力系統(tǒng)必不可少的調(diào)節(jié)手段。在保安全方面，在高比例新能源發(fā)電和大容量直流接入的地區(qū)，新型儲(chǔ)能電站可為電力系統(tǒng)提供慣量支撐和一次調(diào)頻，降低受端電網(wǎng)頻率失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。在保供應(yīng)方面，在峰谷差較大的局部電網(wǎng)中，規(guī)模化的新型儲(chǔ)能電站可滿足尖峰時(shí)段供電需求，降低負(fù)荷峰谷差，延緩輸電網(wǎng)建設(shè)及配電網(wǎng)改造升級(jí)投資，提高電網(wǎng)設(shè)備的利用率。在促消納方面，在高比例新能源發(fā)電集中接入電網(wǎng)的地區(qū)，規(guī)模化的新型儲(chǔ)能電站作為調(diào)峰資源，可助力提高新能源電力消納水平;在高比例分布式電源接入中低壓配電網(wǎng)的地區(qū)，分布式新型儲(chǔ)能電站可抑制分布式電源接入造成的功率波動(dòng)，降低電壓越限風(fēng)險(xiǎn)，提升配電網(wǎng)對(duì)新能源發(fā)電的接納能力。

　　未來還需發(fā)展長(zhǎng)周期儲(chǔ)能技術(shù)

　　國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布的《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見》提出，到2025年實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能從商業(yè)化初期向規(guī)模化發(fā)展轉(zhuǎn)變;到2030年實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能全面市場(chǎng)化發(fā)展。兼顧電力保供和新能源發(fā)電消納需求，在充分考慮電力系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的前提下，據(jù)測(cè)算，到2025年、2030年，國家電網(wǎng)有限公司經(jīng)營(yíng)區(qū)新型儲(chǔ)能配置需求分別為3200萬千瓦/7680萬千瓦時(shí)和1億千瓦/2.6億千瓦時(shí)。

　　在中短時(shí)間尺度(分鐘級(jí)、小時(shí)級(jí))和長(zhǎng)時(shí)間尺度(跨日、跨季節(jié))靈活性調(diào)節(jié)方面，目前鋰離子電池、壓縮空氣、液流電池、鈉離子電池和飛輪等新型儲(chǔ)能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性仍弱于抽水蓄能技術(shù)。2030年前，新型儲(chǔ)能主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)移日內(nèi)尖峰負(fù)荷，但還難以成為保障電力系統(tǒng)電力電量供給的重要支撐。2030年后，需要研發(fā)低成本、規(guī)模化的長(zhǎng)周期儲(chǔ)能技術(shù)，以解決電力系統(tǒng)長(zhǎng)周期調(diào)節(jié)能力不足問題。

　　目前，鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)初步實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化應(yīng)用，將成為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)進(jìn)程中發(fā)展速度最快、應(yīng)用前景最廣的儲(chǔ)能技術(shù)。近年來，鋰離子電池儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)本體研發(fā)、規(guī)模化集成、安全防護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)水平持續(xù)提升，通過了規(guī)模化應(yīng)用功能驗(yàn)證。面向電力系統(tǒng)應(yīng)用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系和應(yīng)用管理體系日趨完善。預(yù)計(jì)到2030年，鋰離子電池儲(chǔ)能電站單位容量成本將低于抽水蓄能電站，約為500至700元/千瓦時(shí)，度電成本接近0.1元。

　　液流電池、鈉離子電池、壓縮空氣、飛輪等其他新型儲(chǔ)能技術(shù)在部分指標(biāo)方面具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)，是儲(chǔ)能多元化應(yīng)用場(chǎng)景的備選。但相關(guān)技術(shù)在綜合技術(shù)性能方面離實(shí)際應(yīng)用需求還存在較大差距，應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性還需提升，實(shí)際應(yīng)用效果仍需進(jìn)一步跟蹤評(píng)估與驗(yàn)證，同時(shí)還需加快面向電力系統(tǒng)應(yīng)用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系和應(yīng)用管理體系建設(shè)。

　　不同類型的儲(chǔ)能出力性能大不相同，出力特征需要與應(yīng)用場(chǎng)景適配才更能發(fā)揮出相應(yīng)的優(yōu)勢(shì)。目前，鋰離子電池、壓縮空氣、液流電池、鈉離子電池和飛輪等新型儲(chǔ)能均為日內(nèi)型靈活性調(diào)節(jié)資源。以目前已有的技術(shù)儲(chǔ)備來看，已大規(guī)模應(yīng)用的儲(chǔ)能技術(shù)難以在低成本、高安全性、長(zhǎng)周期(100小時(shí)以上)、大規(guī)模等綜合性能方面實(shí)現(xiàn)突破，學(xué)界認(rèn)可的長(zhǎng)周期儲(chǔ)能技術(shù)方向主要包括規(guī)模化儲(chǔ)熱、儲(chǔ)水和氫儲(chǔ)能。

　　作者：楊岑玉 夏力行 吳曉康單位：中國電力科學(xué)研究院有限公司