在新型電力系統(tǒng)中,從供給側看,新能源逐漸成為裝機和電量主體;從需求側看,終端能源消費高度電氣化、電力“產消者”大量涌現(xiàn)。從系統(tǒng)整體來看,電力系統(tǒng)運行機理將發(fā)生深刻變化。由于新能源發(fā)電具有波動性和隨機性,無法通過調節(jié)自身出力適應用戶側需求變化,傳統(tǒng)的“源隨荷動”模式將不再適用于新型電力系統(tǒng),必須通過儲能等措施,依靠源網荷儲協(xié)調互動,實現(xiàn)電力供需動態(tài)平衡。
我國儲能發(fā)展大致分為四個階段
第一階段:以抽水蓄能為主
2016年前,我國新能源裝機量占比不足10%,發(fā)電量占比不足4%,滲透率較低,對電力系統(tǒng)影響較小,儲能需求主要來自電力系統(tǒng)“削峰填谷”。我國電力系統(tǒng)負荷特點為白天為負荷峰值,夜間為負荷谷值,發(fā)電側接受電網統(tǒng)一調度迎合負荷變化。
火電是發(fā)電側的絕對主力,火電雖可以通過啟停、減少燃料投放等方式控制出力,但一方面啟停成本較高且需要時間進行功率爬坡,另一方面火電在滿負荷運行時的單位收益最優(yōu)、單位污染最低。
圖:通過儲能進行削峰填谷原理圖
因此,通過對負荷側進行削峰填谷是比通過發(fā)電側火電廠調節(jié)出力更好的選擇。儲能可以在夜間負荷低谷時充電,白天負荷高峰時放電,來實現(xiàn)負荷端的削峰填谷。彼時電化學儲能成本較高,抽水蓄能是最經濟的選擇,因此抽水蓄能占據彼時儲能市場99%以上的份額。
第二階段:電化學儲能開始走上歷史舞臺
2016年起,隨著新能源發(fā)電滲透率提升,我國儲能產業(yè)邁入第二階段。2015年我國平均棄風、棄光率分別為15%、14%,隨新能源發(fā)電滲透率的不斷提升,若不對其加以控制,棄風棄光現(xiàn)象將更為嚴重。儲能可以將棄風棄光電量進行存儲,在電力系統(tǒng)需要時釋放,從而解決棄風棄光問題。
抽水蓄能電站受地理位置影響,難以與風電、光伏電站共同建設,而電化學儲能安裝靈活,成為新能源消納的最佳技術路徑,因此2016年起電化學儲能開始走上歷史舞臺,但是此階段電化學儲能經濟效益仍然較差,所以整體裝機規(guī)模仍然較小,2020年累計裝機量僅3.3GW,為風光電累計裝機量的0.6%。
圖:儲能協(xié)助光伏消納原理
除新能源消納外,電化學儲能在第二階段亦開始嘗試應用于其他場景。尤其是電網側儲能,其曾在2018年爆發(fā)式增長,全年投運及規(guī)劃電網側儲能電站達600MW,彼時全球電網側儲能裝機容量合計僅756.5MW。
圖:2017-2020 年我國電化學儲能裝機量
但2019年5月份,國家發(fā)改委和國家能源局聯(lián)合發(fā)布《輸配電定價成本監(jiān)審辦法》,規(guī)定電儲能設施成本費用不得計入輸配電定價成本,在彼時電網側儲能商業(yè)模式不明確、經濟性較差的情況下,對電網側儲能造成了巨大的打擊。但長期來看,此規(guī)定有利于促進電網側儲能合理商業(yè)模式的形成,并合理促進儲能市場化競爭,為儲能長期發(fā)展做好鋪墊。
第三階段:電化學儲能累計裝機量超過抽水蓄能
第三階段預計為2021-2030年,在此階段,電化學儲能將迎來發(fā)電側、電網側、用電側的全面爆發(fā)。
圖:儲能應用場景
發(fā)電側:儲能將繼續(xù)承擔促進新能源消納的任務,各地方政府也各自出臺新能源配儲政策支持發(fā)電側儲能發(fā)展。
電網側:因新能源發(fā)電機組出力不穩(wěn)定,且無法自主提供調峰調頻,故需要其他發(fā)電機組提供調峰調頻服務,儲能憑借其靈活、精準調節(jié)的特性,將取代火電機組成為主要調峰調頻資源。
用電側:除分布式新能源消納外,儲能可以為用戶實現(xiàn)電價的峰谷價差套利,同時幫助電力系統(tǒng)實現(xiàn)負荷“削峰填谷”。
根據測算,此階段電網側、用戶側儲能將初步具備經濟性,2025年中國裝機量需求預計為76GWh,較2021年復合增長率高達111%。
第四階段:儲能成為新型電力系統(tǒng)核心環(huán)節(jié)
第四階段為2031-2060年。預計從2030年開始,風光電將成為電力系統(tǒng)供電主力,在2060年碳中和背景下,風光電發(fā)電量將占據總發(fā)電量70%以上,其發(fā)電波動性、不穩(wěn)定性為電力系統(tǒng)帶來挑戰(zhàn),儲能可通過其調節(jié)價值、容量價值為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定帶來保障。
調節(jié)價值方面,新能源消納仍是儲能的主要應用場景,但在此階段,儲能在新能源出力高峰期存儲的電能,將取代退役的火電機組,成為新能源出力低谷期的主力電源;容量價值方面,儲能將為電力系統(tǒng)尖峰負荷提供容量保障。
展望未來,中國風光電新增裝機持續(xù)引領全球,在雙碳目標引領下,發(fā)電占比將持續(xù)提升。經濟性方面,政策端在持續(xù)發(fā)力,電力市場不斷完善,經濟效益邊際向好。總體來看,中國儲能長期發(fā)展的必要條件漸趨成熟,10年內儲能裝機或持續(xù)高增。
原標題:正迎發(fā)展拐點!一文了解儲能發(fā)展四大階段