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        雙碳目標下儲能市場的發展態勢與思考

        2023-08-25 10:03:30 來源: 國際能源網 國家能源局 廣東和發整合

        隨著可再生能源規模逐漸增大,可再生能源正逐步代替傳統化石能源成為我國主體能源之一,為了推動可再生能源高質量發展,緩解“棄風”、“棄光”現象,因此,迫切需要加快儲能設施建設。2021年7月15日,國家發展改革委、國家能源局聯合印發《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》,指出到2025年,實現新型儲能從商業化初期向規?;l展轉變,裝機規模達3000萬千瓦以上。進一步明確了儲能是實現我國“碳達峰、碳中和”目標、保障我國能源安全的重要裝備基礎和關鍵支撐技術。


        儲能市場發展潛力可觀


        目前,國際公認全球80%以上的二氧化碳等溫室氣體排放來自于化石能源的使用,我國作為全球二氧化碳排放總量高的國家,電力行業排放占比高達41%,在國家經濟態勢快速發展的情況下,碳排放壓力日益增大,因此擺脫對化石能源的依賴,大力發展新能源,推動能源清潔低碳高效利用對于我國碳達峰碳中和目標的實現具有重要意義。2022年,我國風電、光伏發電新增裝機連續第三年突破1億千瓦,達到1.25億千瓦,占可再生能源新增裝機的82.2%,再創歷史新高,已成為我國電力新增裝機的主體。全年風電、光伏發電量首次突破1萬億千瓦時,達到1.19萬億千瓦時,同比增長21%。



        但風電、光伏發電高度依賴于天氣狀況,具有不穩定、波動性大等特點,無法匹配用戶側需求變化,使得電網內負荷峰谷差現象日趨嚴重,源隨荷動的平衡模式難以為繼,電網系統平衡調節能力亟待提升。因此,通過儲能系統與風電、光伏等間歇性可再生能源相結合的應用形式,依靠源網荷儲協調互動,提高清潔能源的利用效率、充分發揮負荷側調節能力,打破能源領域低碳清潔、供給充足、成本低廉不可兼得的僵局,已成為新能源領域重要發展方向。

        根據國家能源局預測,2025年新型儲能裝機規模將超過3000萬千瓦,年均增速達50%以上。新型儲能將在推動能源領域碳達峰碳中和過程中發揮顯著作用。


        儲能技術日益成熟


        根據能量存儲的方式,儲能技術一般可分為機械儲能、電磁儲能和電化學儲能三類,其中機械儲能主要包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等,電化學儲能主要包括鉛酸電池儲能、鋰離子電池儲能、鈉硫電池儲能、液流電池儲能等,電磁儲能主要包括超級電容器儲能、超導儲能等。各類儲能方式均具有獨特屬性,儲能原理也有較大差異。


               


        抽水蓄能是目前成熟的儲能技術,其利用水資源高低勢能差以實現電網負荷調節,常見到的應用方式是高壩水電站,儲能容量可達幾千兆瓦特以上,但其受地域情況限制較大。

        壓縮空氣儲能是一種基于汽輪機技術的能量存儲系統,通過將空氣先壓縮,再膨脹做功發電,在容量、放電時間、功率等級、成本等方面都與抽水蓄能技術相近,在要求大規模儲能而抽水蓄能又受地域情況限制的情況下,壓縮空氣儲能將有廣闊的應用前景。

        飛輪儲能系統利用電動機帶動飛輪高速旋轉實現電能的存儲和釋放,其能量轉化率高,功率密度大,充放電速率高,可以達到毫秒級響應,主要應用于不間斷電源、制動動能回收、電磁彈射、微電網調頻等多個領域。

        超級電容器通過極化電解質儲能,是一種具有大容量儲能能力和快速響應能力的電容器,具有高功率、長循環壽命等優勢,目前被廣泛應用于交通運輸、電網設備和工業等領域。

        超導儲能系統是電力電子技術和超導技術有機結合的產物,利用超導磁體環流在零電阻下無能耗運行持久地儲存電磁能,需要時再將電能輸出給負載,且能夠在短路情況下運行,是靈活交流輸電的理想元件之一,對改善現代電網的品質意義重大。


        電化學儲能通過鋰離子電池、鈉流電池等不同類型電池完成能量的儲存、釋放和管理過程,其中鋰離子電池占主導地位,約為全球電化學儲能裝機規模的92%,是目前應用廣泛、重要的電化學儲能技術。


        儲能優勢日益凸顯

        隨著風電、光伏發電容量在電力系統中所占比例的持續增加,大規模隨機性和難預測性電力的集中接入使得電網在功率平衡和穩定控制等方面的問題日益復雜,電力系統的安全運行面臨極大的挑戰。而具有快速響應能力的儲能技術的接入能夠有效實現電力系統在各種工況下功率和能量的平衡,從而保障電網安全經濟運行,提高風電、光伏發電等的利用效率。

        以抽水蓄能為例,其蓄能電站主要由處于高海拔位置的上水庫、低海拔位置的下水庫、輸水系統、發電裝置和開關站等部分組成。抽水蓄能電站能夠使電能在時間和空間上得到合理的分配和利用,從而實現電力系統達安全運行,提高電能利用效率的目的,主要表現在以下幾個方面:


        消峰填谷:在用電低谷時,利用電能抽水至上水庫,將電能以水的重力勢能形式進行存儲,在用電高峰時再放水至下水庫,通過發電機將水的重力勢能轉換為電能。一抽一放將電網負荷低時的多余電能,轉變為電網高峰時期的高價值電能,節約能源,同時實現峰谷套利。

        調頻功能:抽水蓄能電站機組能夠實現在兩分鐘之內從啟動達到額定功率運行,維持電流頻率的穩定,并且具有較強可控性。

        調相功能:抽水蓄能電站通過進相和遲相兩種運行方式進行調相,因為其選址比一般水電站更接近負荷,因此具有較好調相功能。

        事故備用功能:抽水蓄能電站一般具有較大容量的水庫庫容,在電網發生故障時,能夠快速響應,保證重要用電戶的供電可靠性。

        黑啟動功能:當電力系統發生大規模停電事故時,抽水蓄能電站可以在短時間內起動,從而快速解決電力系統故障。


        儲能盈利模式日益清晰


        國外儲能市場起步較早,已形成完善的盈利模式。以抽水蓄能電站為例,其盈利模式包括垂直一體化內部結算模式,即電站由一體化的電力公司所有并統一運營;獨立參與市場模式,即在建立了競爭性批發電力市場的地區(如英國),抽水蓄能電站產權獨立于電網,其發電、配電、售電參與市場化競爭,通過峰谷套利方式實現的收入約占三至四成,參與輔助服務獲得的收入約占六至七成;租賃模式,即抽水蓄能電站所有權亦獨立于電網,抽水蓄能電站產權的擁有企業將電站租賃給電網運營管理,其盈利來源為電站運營權的讓渡價值。

        目前我國的儲能應用于電力系統的各個環節,從電源側、電網側、用戶側來看,其盈利模式各有不同:

        從電源側來看,是指儲能裝置接入在電源廠站內部或匯集站側的新型儲能系統,其主要功能為聯合可再生能源發電并網運行、聯合火電機組調峰調頻、獨立調峰調頻等。配置在新能源電站的儲能系統,平滑新能源出力,同時實現暫態有功出力響應、暫態電壓緊急支撐等,因此,其收益主要來源于參與調峰和棄電存儲。配置在火電廠的儲能系統,通過將火電機組和儲能設施進行聯合調頻,從而提升火電機組的調頻性能指標,收益主要來源于參與調頻輔助服務交易獲取的補償性收益。目前國內調頻輔助服務市場或調頻需求較大的省份主要為廣東、山西、甘肅。

        從電網側來看,是指建設在專用站址或已建變電站內的直接接入公用電網的儲能系統,其功能主要表現為延緩電網投資、參與電網調峰調頻、承擔事故備用、改善電能質量等。但目前還未形成成熟的盈利模式,其投資主體主要為電網公司的綜合能源公司,投資模式主要為購買儲能服務模式和租賃模式,收益主要來源于電力輔助服務交易。

        從用戶側來看,是指建設在電力用戶內部或鄰近場地,并接入用戶內部配電網的儲能系統,其主要功能為以市場化方式為用戶提供削峰填谷、需求響應、備用電源、需量管理等。用戶側儲能主要應用于園區用戶和大工業用戶,其主要通過實施消峰填谷,利用峰谷價差套利降低用電成本;參與需求響應,通過響應電網調度、幫助改變或推移用電負荷獲取收益;需量管理,通過削減用電尖峰,降低基本電費。



         儲能行業存在問題

        01缺少政策長效機制

        由于各地市相關輔助服務政策不一,且缺乏政策穩定性,導致儲能系統投資建設市場惡性競爭激烈,權責不對等,使收益較為局限,難以彌補儲能項目的投資成本。一定程度上制約了投資者參與儲能系統建設的積極性。

        02尚未形成標準體系

        儲能標準涉及設計、運輸、安裝、驗收、投運、運維、災后處理、電池回收等多個環節,由于缺乏儲能技術的標準體系,儲能系統并網驗收標準不夠完善,缺乏對儲能系統調度頻次、充放電次數等的明確規定,導致儲能產品的質量和安全無法保證。

        03集成設計參差不齊

        儲能集成系統包括直流側管理、電氣安全、系統控制、設備優化匹配、電池健康、安全聯動保護管理等多個方面,由于缺乏系統集成設計、電池管理系統、電能管理系統、日常管理技術等儲能相關標準,導致儲能集成設計參差不齊,阻礙儲能系統高安全、低成本、智能化發展。

        04儲能電站單位成本較高

        由于儲能尚未實現規?;瘧?,儲能技術成本投入拉高儲能電站項目整體成本。此外,銅、鋁、鋰等各類原材料價格漲幅巨大,儲能電站開發、土地使用、電網接入、并網驗收等也無形拉高了儲能系統的投資成本,成為制約儲能行業發展的主要原因之一。

        儲能行業發展建議

        01保持儲能政策的穩定性和可持續性

        各省市應積極響應國家儲能的大政方針,結合本省市固有特征,考慮經濟增長的可持續性,立足當前、著眼長遠,保持儲能政策的連續性穩定性可持續性,不“急轉彎”,形成政策長效機制,努力為儲能產業構建一個公平的政策環境,引導市場健康合理發展。

        02完善儲能技術的標準體系

        參考UL9540、NPFA855、VDE2510、IEC62933等相關標準,從儲能系統的設計、運輸、安裝、驗收、投運、運維、災后處理、電池回收等各個環節入手,制定儲能系統并網評價標準,同時建立嚴格的驗收測試規范并嚴格執行,確保儲能系統更好地服務于電網系統。

        03嚴格把控儲能設計

        從儲能系統直流側管理、電氣安全、系統控制、設備優化匹配、電池健康、安全聯動保護管理等多個方面入手,制定明確且完善的系統集成設計、電池管理系統、電能管理系統、日常管理技術等的標準,加強儲能系統的可調度性能測試,確保儲能系統更好地支撐電網運行的穩定性。

        04建立儲能價值評價體系

        不斷完善市場機制,體現儲能的多重價值,逐步建立終端峰谷電價動態調整機制,加快探索儲能容量電費機制,試點儲能容量市場。同時要基于儲能受益對象識別方法,研究電源側、電網側、用戶測等多元受益主體間的價值分攤技術,提出適合不同儲能應用場景的儲能價值評估方法,增加儲能電站投資者收益。


        雙碳目標下儲能市場的發展態勢與思考

        2023-08-25 10:03:30 來源: 國際能源網 國家能源局 廣東和發整合

        隨著可再生能源規模逐漸增大,可再生能源正逐步代替傳統化石能源成為我國主體能源之一,為了推動可再生能源高質量發展,緩解“棄風”、“棄光”現象,因此,迫切需要加快儲能設施建設。2021年7月15日,國家發展改革委、國家能源局聯合印發《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》,指出到2025年,實現新型儲能從商業化初期向規?;l展轉變,裝機規模達3000萬千瓦以上。進一步明確了儲能是實現我國“碳達峰、碳中和”目標、保障我國能源安全的重要裝備基礎和關鍵支撐技術。


        儲能市場發展潛力可觀


        目前,國際公認全球80%以上的二氧化碳等溫室氣體排放來自于化石能源的使用,我國作為全球二氧化碳排放總量高的國家,電力行業排放占比高達41%,在國家經濟態勢快速發展的情況下,碳排放壓力日益增大,因此擺脫對化石能源的依賴,大力發展新能源,推動能源清潔低碳高效利用對于我國碳達峰碳中和目標的實現具有重要意義。2022年,我國風電、光伏發電新增裝機連續第三年突破1億千瓦,達到1.25億千瓦,占可再生能源新增裝機的82.2%,再創歷史新高,已成為我國電力新增裝機的主體。全年風電、光伏發電量首次突破1萬億千瓦時,達到1.19萬億千瓦時,同比增長21%。



        但風電、光伏發電高度依賴于天氣狀況,具有不穩定、波動性大等特點,無法匹配用戶側需求變化,使得電網內負荷峰谷差現象日趨嚴重,源隨荷動的平衡模式難以為繼,電網系統平衡調節能力亟待提升。因此,通過儲能系統與風電、光伏等間歇性可再生能源相結合的應用形式,依靠源網荷儲協調互動,提高清潔能源的利用效率、充分發揮負荷側調節能力,打破能源領域低碳清潔、供給充足、成本低廉不可兼得的僵局,已成為新能源領域重要發展方向。

        根據國家能源局預測,2025年新型儲能裝機規模將超過3000萬千瓦,年均增速達50%以上。新型儲能將在推動能源領域碳達峰碳中和過程中發揮顯著作用。


        儲能技術日益成熟


        根據能量存儲的方式,儲能技術一般可分為機械儲能、電磁儲能和電化學儲能三類,其中機械儲能主要包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等,電化學儲能主要包括鉛酸電池儲能、鋰離子電池儲能、鈉硫電池儲能、液流電池儲能等,電磁儲能主要包括超級電容器儲能、超導儲能等。各類儲能方式均具有獨特屬性,儲能原理也有較大差異。


               


        抽水蓄能是目前成熟的儲能技術,其利用水資源高低勢能差以實現電網負荷調節,常見到的應用方式是高壩水電站,儲能容量可達幾千兆瓦特以上,但其受地域情況限制較大。

        壓縮空氣儲能是一種基于汽輪機技術的能量存儲系統,通過將空氣先壓縮,再膨脹做功發電,在容量、放電時間、功率等級、成本等方面都與抽水蓄能技術相近,在要求大規模儲能而抽水蓄能又受地域情況限制的情況下,壓縮空氣儲能將有廣闊的應用前景。

        飛輪儲能系統利用電動機帶動飛輪高速旋轉實現電能的存儲和釋放,其能量轉化率高,功率密度大,充放電速率高,可以達到毫秒級響應,主要應用于不間斷電源、制動動能回收、電磁彈射、微電網調頻等多個領域。

        超級電容器通過極化電解質儲能,是一種具有大容量儲能能力和快速響應能力的電容器,具有高功率、長循環壽命等優勢,目前被廣泛應用于交通運輸、電網設備和工業等領域。

        超導儲能系統是電力電子技術和超導技術有機結合的產物,利用超導磁體環流在零電阻下無能耗運行持久地儲存電磁能,需要時再將電能輸出給負載,且能夠在短路情況下運行,是靈活交流輸電的理想元件之一,對改善現代電網的品質意義重大。


        電化學儲能通過鋰離子電池、鈉流電池等不同類型電池完成能量的儲存、釋放和管理過程,其中鋰離子電池占主導地位,約為全球電化學儲能裝機規模的92%,是目前應用廣泛、重要的電化學儲能技術。


        儲能優勢日益凸顯

        隨著風電、光伏發電容量在電力系統中所占比例的持續增加,大規模隨機性和難預測性電力的集中接入使得電網在功率平衡和穩定控制等方面的問題日益復雜,電力系統的安全運行面臨極大的挑戰。而具有快速響應能力的儲能技術的接入能夠有效實現電力系統在各種工況下功率和能量的平衡,從而保障電網安全經濟運行,提高風電、光伏發電等的利用效率。

        以抽水蓄能為例,其蓄能電站主要由處于高海拔位置的上水庫、低海拔位置的下水庫、輸水系統、發電裝置和開關站等部分組成。抽水蓄能電站能夠使電能在時間和空間上得到合理的分配和利用,從而實現電力系統達安全運行,提高電能利用效率的目的,主要表現在以下幾個方面:


        消峰填谷:在用電低谷時,利用電能抽水至上水庫,將電能以水的重力勢能形式進行存儲,在用電高峰時再放水至下水庫,通過發電機將水的重力勢能轉換為電能。一抽一放將電網負荷低時的多余電能,轉變為電網高峰時期的高價值電能,節約能源,同時實現峰谷套利。

        調頻功能:抽水蓄能電站機組能夠實現在兩分鐘之內從啟動達到額定功率運行,維持電流頻率的穩定,并且具有較強可控性。

        調相功能:抽水蓄能電站通過進相和遲相兩種運行方式進行調相,因為其選址比一般水電站更接近負荷,因此具有較好調相功能。

        事故備用功能:抽水蓄能電站一般具有較大容量的水庫庫容,在電網發生故障時,能夠快速響應,保證重要用電戶的供電可靠性。

        黑啟動功能:當電力系統發生大規模停電事故時,抽水蓄能電站可以在短時間內起動,從而快速解決電力系統故障。


        儲能盈利模式日益清晰


        國外儲能市場起步較早,已形成完善的盈利模式。以抽水蓄能電站為例,其盈利模式包括垂直一體化內部結算模式,即電站由一體化的電力公司所有并統一運營;獨立參與市場模式,即在建立了競爭性批發電力市場的地區(如英國),抽水蓄能電站產權獨立于電網,其發電、配電、售電參與市場化競爭,通過峰谷套利方式實現的收入約占三至四成,參與輔助服務獲得的收入約占六至七成;租賃模式,即抽水蓄能電站所有權亦獨立于電網,抽水蓄能電站產權的擁有企業將電站租賃給電網運營管理,其盈利來源為電站運營權的讓渡價值。

        目前我國的儲能應用于電力系統的各個環節,從電源側、電網側、用戶側來看,其盈利模式各有不同:

        從電源側來看,是指儲能裝置接入在電源廠站內部或匯集站側的新型儲能系統,其主要功能為聯合可再生能源發電并網運行、聯合火電機組調峰調頻、獨立調峰調頻等。配置在新能源電站的儲能系統,平滑新能源出力,同時實現暫態有功出力響應、暫態電壓緊急支撐等,因此,其收益主要來源于參與調峰和棄電存儲。配置在火電廠的儲能系統,通過將火電機組和儲能設施進行聯合調頻,從而提升火電機組的調頻性能指標,收益主要來源于參與調頻輔助服務交易獲取的補償性收益。目前國內調頻輔助服務市場或調頻需求較大的省份主要為廣東、山西、甘肅。

        從電網側來看,是指建設在專用站址或已建變電站內的直接接入公用電網的儲能系統,其功能主要表現為延緩電網投資、參與電網調峰調頻、承擔事故備用、改善電能質量等。但目前還未形成成熟的盈利模式,其投資主體主要為電網公司的綜合能源公司,投資模式主要為購買儲能服務模式和租賃模式,收益主要來源于電力輔助服務交易。

        從用戶側來看,是指建設在電力用戶內部或鄰近場地,并接入用戶內部配電網的儲能系統,其主要功能為以市場化方式為用戶提供削峰填谷、需求響應、備用電源、需量管理等。用戶側儲能主要應用于園區用戶和大工業用戶,其主要通過實施消峰填谷,利用峰谷價差套利降低用電成本;參與需求響應,通過響應電網調度、幫助改變或推移用電負荷獲取收益;需量管理,通過削減用電尖峰,降低基本電費。



         儲能行業存在問題

        01缺少政策長效機制

        由于各地市相關輔助服務政策不一,且缺乏政策穩定性,導致儲能系統投資建設市場惡性競爭激烈,權責不對等,使收益較為局限,難以彌補儲能項目的投資成本。一定程度上制約了投資者參與儲能系統建設的積極性。

        02尚未形成標準體系

        儲能標準涉及設計、運輸、安裝、驗收、投運、運維、災后處理、電池回收等多個環節,由于缺乏儲能技術的標準體系,儲能系統并網驗收標準不夠完善,缺乏對儲能系統調度頻次、充放電次數等的明確規定,導致儲能產品的質量和安全無法保證。

        03集成設計參差不齊

        儲能集成系統包括直流側管理、電氣安全、系統控制、設備優化匹配、電池健康、安全聯動保護管理等多個方面,由于缺乏系統集成設計、電池管理系統、電能管理系統、日常管理技術等儲能相關標準,導致儲能集成設計參差不齊,阻礙儲能系統高安全、低成本、智能化發展。

        04儲能電站單位成本較高

        由于儲能尚未實現規?;瘧?,儲能技術成本投入拉高儲能電站項目整體成本。此外,銅、鋁、鋰等各類原材料價格漲幅巨大,儲能電站開發、土地使用、電網接入、并網驗收等也無形拉高了儲能系統的投資成本,成為制約儲能行業發展的主要原因之一。

        儲能行業發展建議

        01保持儲能政策的穩定性和可持續性

        各省市應積極響應國家儲能的大政方針,結合本省市固有特征,考慮經濟增長的可持續性,立足當前、著眼長遠,保持儲能政策的連續性穩定性可持續性,不“急轉彎”,形成政策長效機制,努力為儲能產業構建一個公平的政策環境,引導市場健康合理發展。

        02完善儲能技術的標準體系

        參考UL9540、NPFA855、VDE2510、IEC62933等相關標準,從儲能系統的設計、運輸、安裝、驗收、投運、運維、災后處理、電池回收等各個環節入手,制定儲能系統并網評價標準,同時建立嚴格的驗收測試規范并嚴格執行,確保儲能系統更好地服務于電網系統。

        03嚴格把控儲能設計

        從儲能系統直流側管理、電氣安全、系統控制、設備優化匹配、電池健康、安全聯動保護管理等多個方面入手,制定明確且完善的系統集成設計、電池管理系統、電能管理系統、日常管理技術等的標準,加強儲能系統的可調度性能測試,確保儲能系統更好地支撐電網運行的穩定性。

        04建立儲能價值評價體系

        不斷完善市場機制,體現儲能的多重價值,逐步建立終端峰谷電價動態調整機制,加快探索儲能容量電費機制,試點儲能容量市場。同時要基于儲能受益對象識別方法,研究電源側、電網側、用戶測等多元受益主體間的價值分攤技術,提出適合不同儲能應用場景的儲能價值評估方法,增加儲能電站投資者收益。


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