未來具有潛力的儲能技術(shù)，最有可能在哪個領(lǐng)域率先實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用?這是技術(shù)創(chuàng)新者們近年來一直在思考的問題。
2013年9月16日，北京石景山熱電廠2MW鋰離子電池儲能電力調(diào)頻系統(tǒng)掛網(wǎng)運(yùn)行，這是中國第一個以提供電網(wǎng)調(diào)頻服務(wù)為主要目的的兆瓦級儲能系統(tǒng)示范項目。
該項目由北京睿能世紀(jì)科技有限公司建設(shè)，這家公司成立于2011年，是國內(nèi)第一家為電網(wǎng)提供儲能系統(tǒng)解決方案的企業(yè)，這也是其第一個在國內(nèi)運(yùn)行的儲能電力調(diào)頻項目。
該項目輔助火電機(jī)組對電網(wǎng)提供AGC調(diào)頻服務(wù)，睿能公司方案總監(jiān)王澍接受《中國投資》采訪時表示，這是一個商業(yè)性的示范項目，主要目的就是驗證儲能在電力調(diào)頻領(lǐng)域中的商業(yè)價值。
近年來在智能電網(wǎng)和可再生能源發(fā)電規(guī)模快速發(fā)展的帶動下，儲能技術(shù)越來越成為多個國家能源科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)支持的焦點。不過，由于成本高昂，能在商業(yè)應(yīng)用中脫穎而出的儲能技術(shù)應(yīng)用還不多。
王澍表示，該項目瞄準(zhǔn)中國巨大的電力調(diào)頻服務(wù)市場，而通過儲能技術(shù)來進(jìn)行電力調(diào)頻，具有常規(guī)發(fā)電電源所不具備的優(yōu)勢，他們希望在經(jīng)濟(jì)性上盡快有所突破，讓電力調(diào)頻成為儲能技術(shù)率先商業(yè)化的領(lǐng)域。
什么是儲能技術(shù)
電力以光速傳播，自從電力成為重要的能源形式，如何儲存它就成為電力行業(yè)的一個課題。
19世紀(jì)的鉛酸電池揭開了工業(yè)儲能的序幕。進(jìn)入20世紀(jì)后，伴隨著可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用，各種新型儲能技術(shù)層出不窮，包括電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻及系統(tǒng)備用，可再生能源發(fā)電出力平滑，分布式發(fā)電和微電網(wǎng)等等，儲能成為解決諸多能源問題的新途徑。
“全球都在尋找壽命更長，功率更大，配置和建設(shè)更加靈活的新型電網(wǎng)級別的儲能技術(shù)，最新發(fā)展起來的儲能技術(shù)包括鋰離子電池、飛輪儲能、超級電容、納硫電池、釩液流電池，這些儲能技術(shù)在使用壽命和容量的規(guī)模化、運(yùn)行可靠性、系統(tǒng)制造成本等已經(jīng)獲得了突破，具備了應(yīng)用的基礎(chǔ)條件”，國家發(fā)改委能源所劉堅表示。
盡管如此，大規(guī)模的電網(wǎng)級別的儲能應(yīng)用，目前還存在經(jīng)濟(jì)性上的瓶頸，無法完全實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。大規(guī)模的電網(wǎng)級別的儲能應(yīng)用，目前提及較多的是調(diào)峰和調(diào)頻兩種市場需求。
什么是調(diào)峰?由于電力系統(tǒng)中的用電負(fù)荷隨著生產(chǎn)和生活的周期性規(guī)律發(fā)生變化，為了維持中長時間尺度，例如一小時或早中晚的有功功率平衡，需要發(fā)電部門相應(yīng)安排發(fā)電機(jī)的出力以適應(yīng)用電負(fù)荷的變化，這就叫做調(diào)峰。
可再生能源的大規(guī)模使用，令電力調(diào)峰問題變得突出。以風(fēng)電為例，在中國的三北地區(qū)，風(fēng)能夜里大、白天小，與電力的負(fù)荷趨勢剛好相反，出現(xiàn)了反調(diào)峰現(xiàn)象，對電網(wǎng)產(chǎn)生了更高調(diào)峰的需求。目前很多地方會采用棄風(fēng)或者壓低火電負(fù)荷的方式，但這會造成不同程度的系統(tǒng)整體發(fā)電效率的損失。此外，抽水蓄能儲能技術(shù)是較為有效的調(diào)峰手段，但是其建設(shè)成本高，環(huán)境影響大，地質(zhì)條件高。
目前，已經(jīng)有專注于調(diào)峰需求的儲能示范項目。在中國的張北地區(qū)，正在進(jìn)行風(fēng)光儲的調(diào)峰儲能試驗。目前，該項目規(guī)劃建設(shè)風(fēng)力發(fā)電規(guī)模400兆瓦、光伏發(fā)電60兆瓦，包含化學(xué)儲能發(fā)電50兆瓦。但是此類項目的經(jīng)濟(jì)性并不樂觀，按照目前一些專家的測算，建設(shè)一個儲能系統(tǒng)來解決風(fēng)電的調(diào)峰需求，尚不如棄風(fēng)更為經(jīng)濟(jì)。
而調(diào)頻服務(wù)，簡言之，是維護(hù)電網(wǎng)運(yùn)行安全性的一項服務(wù)，電力的頻率是由系統(tǒng)總的發(fā)電功率和用電功率決定，由于用電側(cè)的功率時常處于波動狀態(tài)，如果總的用電超過或者低于額定功率的一定范圍，那么就會對電網(wǎng)運(yùn)行帶來安全事故隱患。因此，電力系統(tǒng)需要實時持續(xù)監(jiān)測電網(wǎng)頻率變化，并通過調(diào)節(jié)電網(wǎng)中的各類可控發(fā)電設(shè)備保持電力系統(tǒng)供需的平衡，以保持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定。
目前，中國各地區(qū)電源結(jié)構(gòu)差異較大，區(qū)域電網(wǎng)呈現(xiàn)的調(diào)頻能力和效率不盡相同，“電網(wǎng)調(diào)度希望調(diào)頻電源能夠快速精確地響應(yīng)調(diào)度下發(fā)的出力指令。通常來講，比較常規(guī)發(fā)電設(shè)備的調(diào)頻效果，水電和燃?xì)鈾C(jī)組較好，火電相對較差。并且大型火電機(jī)組長期提供調(diào)頻服務(wù)會造成機(jī)組磨損、能源利用效率下降及故障率升高等問題。”王澍表示“在北方的各大區(qū)域電網(wǎng)中，火電機(jī)組為主要的調(diào)頻電源，優(yōu)質(zhì)調(diào)頻資源較為稀缺。南方地區(qū)水電較為豐富，調(diào)頻手段更為多樣化”。
“調(diào)峰的時間尺度以小時或半天計，能量型儲能系統(tǒng)較為適合，若以削峰填谷的運(yùn)行，儲能通常會每天一充兩放或一放的控制方式執(zhí)行充放電過程。但是，調(diào)頻與調(diào)峰時間尺度和技術(shù)需求有著顯著差異，調(diào)頻應(yīng)用要求功率型儲能系統(tǒng)在秒或分鐘級時間尺度頻繁充放電，并且電網(wǎng)在一天24小時都在進(jìn)行調(diào)頻，這些都對儲能系統(tǒng)的循環(huán)壽命、可靠性等提出了非常高的要求”。王澍表示。2011年美國電科院(EPRI)研究報告指出，儲能應(yīng)用于調(diào)頻是在所有電力系統(tǒng)儲能應(yīng)用中價值最高的應(yīng)用。
調(diào)頻服務(wù)市場廣闊
從2008年開始，一些儲能技術(shù)開始逐步成規(guī)模地進(jìn)入調(diào)頻市場，電監(jiān)會的一份研究報告指出，在過去的10年內(nèi)，全球范圍內(nèi)各種新型儲能技術(shù)和產(chǎn)品獲得了突破，在儲能產(chǎn)品的使用壽命、功率和容量、系統(tǒng)可靠性等方面都有長足的發(fā)展，已經(jīng)完全能夠滿足電網(wǎng)的需求。截至目前，美國正式商用的儲能調(diào)頻系統(tǒng)已達(dá)10萬千瓦。
“這是由于儲能的技術(shù)特性非常適合于電力調(diào)頻。2008年美國西北太平洋國家實驗室的分析報告指出，同等規(guī)模比較下，儲能系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)頻的效果是水電機(jī)組的1.7倍，是燃?xì)鈾C(jī)組的2.7倍，是火電機(jī)組和聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的近20倍”。王澍表示，“此外，儲能系統(tǒng)的功率容量可以根據(jù)需求在不同時間段靈活配置”。
此外，電網(wǎng)對于調(diào)頻服務(wù)的需求也在增長。隨著電力系統(tǒng)接入越來越多的風(fēng)電和光伏發(fā)電，系統(tǒng)的凈負(fù)荷波動性變得更加顯著，到2020年中國將有總共150GW的風(fēng)電并入各個區(qū)域電網(wǎng)。區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)調(diào)頻的壓力將越來越大，調(diào)頻需求將成倍增長。
盡管有著上述優(yōu)勢和巨大的市場，但是，要替代現(xiàn)有的調(diào)頻方式，儲能技術(shù)仍存在經(jīng)濟(jì)性上的疑問。
“電力輔助服務(wù)是確保電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要手段。如果輔助服務(wù)沒有達(dá)到要求，安全性與經(jīng)濟(jì)性將受到影響。與火電進(jìn)行調(diào)頻相比，儲能提供更優(yōu)質(zhì)的調(diào)頻服務(wù)的經(jīng)濟(jì)賬應(yīng)該怎么算是需要進(jìn)行重點研究的課題：目前，美國電力市場執(zhí)行按照調(diào)頻效果付費(fèi)的機(jī)制，調(diào)頻效果越好獲得的補(bǔ)償收益越高，那么儲能調(diào)頻就存在商業(yè)化的可能”。王澍說。
期待參與市場機(jī)會
美國儲能調(diào)頻的發(fā)展得益于美國聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會在政策方面的推動，其政策主要從3個方面為儲能參與調(diào)頻市場提供了機(jī)會：
其一，2007年890法案確認(rèn)了要包括儲能在內(nèi)的非傳統(tǒng)發(fā)電電源的市場主體地位，即他們可以提供調(diào)頻服務(wù)，其二，2011年的755法案解決了儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)調(diào)頻市場獲得合理回報的問題，要求電網(wǎng)為調(diào)頻服務(wù)的效果支付調(diào)頻補(bǔ)償費(fèi)用。
“這兩個法案解決了儲能系統(tǒng)參與調(diào)頻服務(wù)的合法準(zhǔn)入和合理收益的問題。今年又出了新的法案784，除儲能調(diào)頻可應(yīng)用于美國區(qū)域電力市場，還將應(yīng)用范圍擴(kuò)大到了全部美國國土范圍”。王澍說。
目前，中國的儲能政策還處于起步階段，2006年國家電監(jiān)會曾經(jīng)發(fā)布了并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理暫行辦法，電力輔助服務(wù)市場逐漸擴(kuò)大。不過，關(guān)于儲能能否作為電力調(diào)頻服務(wù)的市場主體，目前還沒有任何規(guī)定。
睿能公司政府事務(wù)總監(jiān)褚珂表示，“現(xiàn)行的政策中規(guī)定了只有發(fā)電企業(yè)才能作為參與輔助服務(wù)市場的主體，限制了儲能類企業(yè)以及其他新型技術(shù)服務(wù)類企業(yè)的參與空間。隨著調(diào)頻市場化工作的進(jìn)程，逐步放開市場準(zhǔn)入限制，將能夠鼓勵儲能產(chǎn)業(yè)的企業(yè)快速進(jìn)入，也能夠刺激民營資本進(jìn)入該領(lǐng)域，并有效推動國內(nèi)儲能產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展”。
不過，政策層面對于儲能的重視正在加強(qiáng)，例如《可再生能源法及修正案》提及儲能，把儲能作為完善電網(wǎng)運(yùn)行管理、提高吸納可再生能源電力的一種技術(shù);《國家“十二五”規(guī)劃綱要》也首次提及儲能，稱儲能是推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)、加強(qiáng)城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)和增強(qiáng)電網(wǎng)優(yōu)化配置的依托技術(shù);《國家“十二五”科技發(fā)展規(guī)劃》將儲能列為前沿技術(shù)。
國家能源局總經(jīng)濟(jì)師李冶此前曾在CNESA儲能國際峰會上透露，過去一年多時間里，國家能源局正對儲能技術(shù)與政策路線圖進(jìn)行研究，將形成具體規(guī)劃及可操作的政策，加大對儲能行業(yè)的支持力度。
“從產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的角度，建立一個公開、透明的調(diào)頻市場，鼓勵各市場主體公平參與競爭，是推動儲能大規(guī)模進(jìn)入電力調(diào)頻領(lǐng)域的關(guān)鍵因素之一”，褚珂表示，目前，國內(nèi)已有企業(yè)對投資建設(shè)儲能系統(tǒng)意愿強(qiáng)烈，加快試點項目的推動，將有助于政府及各方參與主體深入了解項目運(yùn)行實際情況。同時，根據(jù)項目效果，逐步、有效完善儲能參與電力調(diào)頻市場機(jī)制，可以引導(dǎo)儲能產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展，有效規(guī)避大規(guī)模建設(shè)所帶來的產(chǎn)業(yè)風(fēng)險，為突破現(xiàn)階段儲能技術(shù)發(fā)展的困境帶來機(jī)遇。
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