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新型電力體系安全穩定離不開儲能系統保障

發布日期:2022-06-18

核心提示:新型儲能,在政策導向和市場拉動下站到了風口,得到快速發展,從試點示范到商業化初期,一些技術難題被相繼攻克解決,商業模式雛

新型儲能,在政策導向和市場拉動下站到了“風口”,得到快速發展,從試點示范到商業化初期,一些技術難題被相繼攻克解決,商業模式雛形顯現。另一方面,新型儲能以大規模、市場化應用為標志,除需解決安全和成本等問題外,還要統籌規劃、合理布局、制定標準,解決政策發力點及其實施效果等問題,以促進新型儲能產業和產品的持續健康發展。

一、儲能的內涵

能的類型不同,存儲方式和途徑也不盡相同。儲能并不是一個新概念,儲能產品也早已進入日常生活。簡言之,儲能是將能源儲存起來以備“不時之需”。薪柴存起來供冬天取暖之用,油儲在油罐中供汽車加油,均是儲能。新型儲能,主要是通過物理或化學手段將電能轉化為其他形式的能量存儲起來,在需要的時候再以電能的形式釋放出來。

電力系統儲能包括電物理儲能、電化學儲能、電磁儲能等。電物理儲能的代表性技術有抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等;電化學儲能的代表性技術有鋰離子電池、鉛蓄電池、液流電池等;電磁儲能包括超級電容儲能、超導儲能等技術。

近年來,電化學儲能關鍵技術被陸續攻克。鋰電池具有能量密度大、功率性能高、響應速度快等特點,應用廣泛,在電化學儲能裝機容量中占近90%。鉛蓄電池,因技術成熟、成本低廉等優勢,在前期應用較為廣泛;受回收處理和環保等因素影響,近來市場份額快速下降。液流電池具有儲能時間長、容量大、循環周期長等優勢,接近接入示范應用階段。超級電容主要用于軌道交通等領域,超導儲能則用作系統裝置部件或元器件。隨著技術創新步伐加速,氫儲能等技術研發也不斷取得新突破,基本具備了示范應用條件。

抽水蓄能和壓縮空氣儲能,是利用自然條件的儲能。抽水蓄能電站,又稱蓄能式水電站,利用電力負荷低谷時的電能抽水至地勢高的上水庫,在電力負荷高峰期放水至下水庫發電,不僅可將電網負荷低時的多余電能用起來,還能起到調頻調相、穩定電力系統電壓、提高電力系統中火電站和核電站的利用效率等作用。抽水蓄能技術成熟,適合建設大型儲能電站。壓縮空氣儲能,是在電網負荷低谷期將電能用于壓縮空氣,將空氣進行高壓密封,在電網負荷高峰期釋放壓縮空氣進行發電,尚處于示范應用階段。飛輪儲能是一種機電能量轉換的儲能裝置,利用電動機帶動飛輪高速旋轉,在需要時再用飛輪帶動發電機發電的儲能方式。小微型飛輪儲能主要用作重要設施不間斷電源;兆瓦級飛輪儲能2019年進入商業應用后受到關注。

新型儲能,是除抽水蓄能外的項目,包括鋰離子電池、液流電池、飛輪、壓縮空氣、氫(氨)儲能、熱(冷)儲能等。新型儲能的特點是容量大,建設周期短。

二、新型儲能的作用及意義

為什么要高質量、規模化發展新型儲能?這是由以可再生能源為主體的新型電力體系安全運行的需要決定的。在可再生能源開發規模快速增加、負荷峰谷差持續拉大的情況下,提升電力系統調節能力、保障電力系統安全穩定運行,必須有新型儲能做支撐、來保障。

光伏發電、風電等,是“靠天吃飯”:沒有太陽光,光伏發電板安裝得再多也發不了電;沒有風,風機建得再多也發不了電。隨著可再生能源發電占比的不斷提高,以新能源為主體的新型電力體系的安全穩定供應必須得到保障;4小時以上的長時間儲能成為電力供應安全保障的剛需。

作為新型電力系統的“調節器”,儲能的重要性毋庸贅言。儲能是智能電網、可再生能源高占比能源系統、“互聯網+”智慧能源的重要組成部分和關鍵支撐技術,是支撐新型電力系統的重要技術和基礎裝備,對推動能源綠色轉型、應對極端事件、保障能源安全、促進高質量發展、實現碳達峰碳中和具有重要意義。

儲能的作用,可以通俗地理解為大型“充電寶”:風電、光伏發電增加或用電低谷時充電,風光出力小或用電高峰時放電。這樣既能平滑不穩定的光風電,也能為常規火電、核電等的電源配套,為電力系統運行提供調峰調頻等服務,提高電力系統的靈活性。

三、儲能發展現狀及市場規模

在應對氣候變化、大力發展可再生能源、實現能源轉型的時代背景下,全球儲能行業迅猛發展。我國相關政策也密集出臺,推動儲能產業多元化發展。2021年3月,中央財經委員會第九次會議提出,深化電力體制改革,構建以新能源為主體的新型電力系統;2021年10月發布的《中共中央 國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》,要求加快推進抽水蓄能和新型儲能規模化應用。“十四五”規劃和2035年遠景目標綱要也明確提出,要加快發展非化石能源;加強源網荷儲銜接,提升清潔能源消納和存儲能力;加快抽水蓄能電站建設和新型儲能技術規模化應用等。

《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》《“十四五”新型儲能發展實施方案》分別于2021年7月和2022年1月由國家發展改革委、國家能源局發布實施,明確了新型儲能的發展原則、目標任務、試點示范、體制機制和政策保障。兩部門還出臺《關于完善能源綠色低碳轉型體制機制和政策措施的意見》等相關文件。政策的密集出臺為新型儲能發展創造了有利條件。

“十三五”以來,我國新型儲能由研發示范進入商業化階段。鋰離子電池、壓縮空氣儲能等技術達到世界領先水平。以電化學儲能技術為例,電池安全性、循環壽命和能量密度等指標大幅提升,成本快速下降。根據中關村儲能產業技術聯盟不完全統計,截至2021年底,我國已投運的儲能項目累計裝機容量達到45.74吉瓦(1吉瓦=100萬千瓦),同比增長29%。其中,抽水蓄能累計裝機容量最高為34.5吉瓦,但電化學儲能增速更快,尤其是鋰離子電池儲能已成為發展最快的新型儲能技術。

按照相關規劃,到2025年,新型儲能由商業化初期步入規模化發展階段,具備大規模商業化應用條件,裝機規模達3000萬千瓦以上。其中,電化學儲能技術性能進一步提升,系統成本降低30%以上。到2030年,新型儲能全面市場化發展。到2025年,抽水蓄能投產總規模較“十三五”翻一番,達到6200萬千瓦以上;到2030年,抽水蓄能投產總規模達到1.2億千瓦左右。健全新型儲能價格機制和“新能源+儲能”項目激勵機制,市場機制、商業模式、標準體系成熟健全;省級電網基本具備5%以上的尖峰負荷響應能力等。

四、對推動新型儲能發展的進一步思考

《“十四五”新型儲能發展實施方案》提出“市場主導、有序發展”原則,明確了新型儲能獨立市場地位,并提出充分發揮市場在資源配置中的決定性作用。以往,新型儲能主要作為火電廠的輔助設施參與調頻;在明確獨立市場地位后,可以獨立參與并網調度、交易結算等,尤其是電價相關政策的出臺,將加快新型儲能的市場化步伐。我國是世界儲能技術研發和示范的主要國家之一,但儲能占風電、光伏等可再生能源的裝機比例(簡稱儲新比)不足7%,發達國家和地區平均占比達15.8%。換句話說,隨著我國可再生能源發電規模的快速增加,儲新比還有很大的增長空間,新型儲能發展前景樂觀。

未來,實現新型儲能的規模化、產業化、市場化發展,需要跨過安全、成本等“多道門檻”。安全是新型儲能產業發展的底線。新型儲能模塊、電池柜等方面的安全標準、風險評估流程也需完善和規范。面向電力系統應用場景需求,要加快推動長壽命、低成本、高安全、高效率的先進電化學儲能材料以及大容量、長時間的新型儲能技術研發和市場化進程。

此外,新型儲能發展還面臨并網接入和調度標準尚不明確、商業模式尚不成熟等問題。在發展新型儲能時,應以市場為導向,高安全、低成本、可持續是目標,鼓勵儲氫、儲熱、儲能等多種技術路線研發,加速提升新型儲能成熟度;儲能之間的替代應以技術成熟性、經濟適用性、安全可靠性作為優先條件;開展國家級儲能的經濟、政策、應用領域研究,在重視裝備制造的同時,也要重視軟件、人工智能等產業鏈關鍵環節的培育,開始試點示范,以實現新型儲能產業持續健康發展。

作者單位:國務院發展研究中心


 
 
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