不管輿論場(chǎng)是鼓吹,還是唱衰,新型儲(chǔ)能都將是無(wú)法阻擋的時(shí)代潮流。
大約在幾百年前,人類所需的動(dòng)力大部分還來(lái)自于水流、風(fēng)力、人力。
邁入現(xiàn)代化工業(yè)文明之后,人們學(xué)會(huì)了用煤炭、石油、天然氣自己制造動(dòng)力,隨著人們對(duì)化石能源大量的開(kāi)發(fā)使用,不但使得資源儲(chǔ)量大大減少,而且直接燃燒化石燃料造成的環(huán)境污染問(wèn)題與日俱增。
然后,人們把目光重新投向了自然界。風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能光伏發(fā)電等,可再生能源的發(fā)展便在這樣的契機(jī)下誕生了。
根據(jù)國(guó)際可再生能源署(IRENA)數(shù)據(jù),截至2022年底,全球可再生能源發(fā)電容量達(dá)到32.72 億千瓦,其中大部分增長(zhǎng)來(lái)自光伏和風(fēng)電。
而截至2022年底,中國(guó)可再生能源總裝機(jī)量已經(jīng)突破12.13億千瓦,首次超越了傳統(tǒng)火電的裝機(jī)量,其中,中國(guó)風(fēng)電和光伏總裝機(jī)量為7.6億千瓦。
什么水平?僅中國(guó)的可再生能源裝機(jī)量就已經(jīng)超過(guò)了全球的三分之一,中國(guó)成為了全球可再生能源裝機(jī)增長(zhǎng)的最大引擎!
為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo),中國(guó)風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量在2030年時(shí),預(yù)估要達(dá)到12億千瓦以上。沒(méi)有任何懸念,未來(lái)數(shù)年內(nèi)新能源裝機(jī)量仍將強(qiáng)勁增長(zhǎng)。
在可再生能源領(lǐng)域,中國(guó)已經(jīng)成為風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電的強(qiáng)國(guó)。
就從2022年的發(fā)電量數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō),中國(guó)可再生能源發(fā)電量達(dá)到了2.7萬(wàn)億千瓦時(shí),占全社會(huì)用電量的31.6%,其中風(fēng)電、光伏發(fā)電量突破1萬(wàn)億千瓦時(shí),達(dá)到1.19萬(wàn)億千瓦時(shí),占全社會(huì)用電量的13.8%。
新能源轉(zhuǎn)型的浪潮,浩浩蕩蕩而來(lái),如黎明時(shí)溫暖的陽(yáng)光,亦如珠璣落盤(pán)的春雨。
電力系統(tǒng)已經(jīng)并將持續(xù)發(fā)生深刻變化,逐步過(guò)渡到以高比例新能源和高比例電力電子裝備為特征的新型電力系統(tǒng)階段。
說(shuō)到這席卷全球的轉(zhuǎn)型大勢(shì),在如此龐大的增量數(shù)據(jù)面前,當(dāng)然會(huì)有一些反對(duì)的聲音,這樣才顯得似乎合理。反對(duì)的聲音無(wú)外乎,新能源發(fā)電本身有缺陷,消納形勢(shì)依然嚴(yán)峻等老生常談的問(wèn)題。
然而這種問(wèn)題,在破解能源危機(jī)、實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)面前,根本算不得什么。
如今有一種強(qiáng)關(guān)聯(lián)的技術(shù),被認(rèn)為是能源轉(zhuǎn)型破局的關(guān)鍵所在,這就是新型儲(chǔ)能。
2022年3月,國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》,明確到2030年,新型儲(chǔ)能全面市場(chǎng)化發(fā)展。
什么概念?到那時(shí)候,新型儲(chǔ)能會(huì)基本滿足構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的需求,將全面支撐能源領(lǐng)域碳達(dá)峰目標(biāo)如期實(shí)現(xiàn)!
同時(shí)也意味著,大勢(shì)所趨面前,中國(guó)非常需要儲(chǔ)能!新型儲(chǔ)能必須要在不足10年的時(shí)間之內(nèi),完成壯大和破局!
五千年文明孕育中國(guó)特色。儲(chǔ)能,對(duì)于中國(guó)而言,源遠(yuǎn)流長(zhǎng),早在周朝時(shí)期,便已經(jīng)出現(xiàn)了“凌陰”,即用來(lái)存放冰的冷窖,寒冬時(shí)節(jié)鑿冰、存冰,夏天的時(shí)候便可以拿出來(lái)降溫解暑。
《周禮》中記載“凌人掌冰正(政),歲十有二月,令斬冰,三其凌”,這便是中國(guó)古代最初的儲(chǔ)能方式。
新中國(guó)成立后,百?gòu)U待興,中國(guó)式現(xiàn)代儲(chǔ)能難免起步較晚,落于人后,1949年中國(guó)的電池行業(yè)一度被國(guó)外壟斷。但是經(jīng)過(guò)幾代儲(chǔ)能人的艱苦奮斗,中國(guó)儲(chǔ)能事業(yè)蒸蒸日上,日新月異!
特別是在“十四五”雙碳戰(zhàn)略提出后,儲(chǔ)能更是成為國(guó)之重器,得到了國(guó)家大力扶持。
多年以來(lái),中國(guó)最為成熟的儲(chǔ)能方式,就是抽水蓄能。截至2022年底,中國(guó)抽水蓄能已建、在建裝機(jī)規(guī)模達(dá)到1.6億千瓦,同時(shí)還有接近2億千瓦的抽水蓄能電站正在開(kāi)展前期勘察設(shè)計(jì)工作。
這是一件令人興奮的事,但隨著它大規(guī)模的推進(jìn),缺點(diǎn)也暴露無(wú)遺。
抽水蓄能嚴(yán)重依賴地理?xiàng)l件,一般只能建造在山與丘陵存在的地方。并且上下水庫(kù)要位于較近的距離內(nèi),還得有較高的高度差。
抽水蓄能不但初始建設(shè)成本高,而且開(kāi)發(fā)時(shí)間的周期很長(zhǎng)。一個(gè)120萬(wàn)千瓦的電站,通常動(dòng)輒需要60-80億元的投資,開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)達(dá)7年之久。
建成后其與負(fù)荷中心通常還不相鄰,往往要進(jìn)行長(zhǎng)距離輸電,從而增加了成本。
要知道,在風(fēng)光建設(shè)勢(shì)如破竹,快速推進(jìn)的情況下,高成本、長(zhǎng)周期的特點(diǎn),決定了抽水蓄能無(wú)法及時(shí)配套。這是擺在抽水蓄能面前的隱痛!
此背景下,沉寂了十幾年,新型儲(chǔ)能起勢(shì)。
所謂新型儲(chǔ)能,指的是抽水蓄能之外的其他儲(chǔ)能技術(shù),包括新型鋰離子電池、液流電池、壓縮空氣儲(chǔ)能、機(jī)械儲(chǔ)能等。
多樣化的儲(chǔ)能技術(shù),在提升電力系統(tǒng)靈活性、促進(jìn)新能源消納、保障電網(wǎng)安全等方面具有顯著優(yōu)勢(shì),對(duì)于推動(dòng)中國(guó)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和保障能源供應(yīng)安全意義重大。
截至2022年底,中國(guó)已投運(yùn)新型儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模達(dá)870萬(wàn)千瓦,比2021年底增長(zhǎng)110%以上,平均儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)約2.1小時(shí)。
在需求增長(zhǎng)和技術(shù)進(jìn)步的雙重作用力推動(dòng)下,新型儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用發(fā)展迅速。
根據(jù)國(guó)際能源網(wǎng)/儲(chǔ)能頭條的統(tǒng)計(jì),已經(jīng)有26個(gè)省市發(fā)布新型儲(chǔ)能相關(guān)“十四五”規(guī)劃,初步估計(jì)有20個(gè)省市將累計(jì)完成5485萬(wàn)千瓦的裝機(jī)量。相當(dāng)于去年裝機(jī)量的6倍有余。
蛻變:在爭(zhēng)議中成長(zhǎng)
中國(guó)的電力工業(yè)始于1882年(清光緒八年)上海南京路第一次裝機(jī)發(fā)電,至今已有141年的歷史。
在這樣的電力歷史長(zhǎng)河中,毫無(wú)疑問(wèn)新型儲(chǔ)能是小輩,是一個(gè)很新的事物,尚處于商業(yè)化早期的階段。
最早被提及,還要追溯到2005年《可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)目錄》,從這份目錄才開(kāi)始涉及儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略布局。直到2010年儲(chǔ)能的發(fā)展才首次被寫(xiě)入《可再生能源法修正案》,規(guī)定“電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)發(fā)展和應(yīng)用智能電網(wǎng)、儲(chǔ)能技術(shù)”。
如今,儲(chǔ)能已成為時(shí)代發(fā)展的寵兒。但由于行業(yè)發(fā)展底子淺,很多人對(duì)它所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)性、價(jià)值性等問(wèn)題開(kāi)始擔(dān)憂。
這種情緒中,影響力最大的當(dāng)屬工程院院士劉吉臻的觀點(diǎn)。
劉院士旗幟鮮明地表示,“在將來(lái)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)中,儲(chǔ)能要發(fā)揮作用,但作用十分有限”。他還具體提到,電力的儲(chǔ)存難度、流動(dòng)總量之大與可實(shí)現(xiàn)的存儲(chǔ)量差距懸殊。
被“潑冷水”,一來(lái)說(shuō)明新型儲(chǔ)能已經(jīng)受到了廣泛關(guān)注,二來(lái)不同的聲音某種程度上對(duì)行業(yè)亦是一種鞭策。
這都是產(chǎn)業(yè)走向成熟必然要經(jīng)歷的爭(zhēng)議。
在百余年的電力發(fā)展史中,中國(guó)電業(yè)的發(fā)展無(wú)不與當(dāng)時(shí)的歷史背景和時(shí)代特色緊密相連,而此時(shí)的新型儲(chǔ)能,也是時(shí)代發(fā)展的召喚。
中國(guó)電力工業(yè)披荊斬棘,完成了從亦步亦趨、奮力追趕,到并駕齊驅(qū)、部分領(lǐng)先的角色轉(zhuǎn)換。
如今,新型儲(chǔ)能發(fā)展也正在經(jīng)歷著產(chǎn)業(yè)向上,從落后到先進(jìn)的一般歷史規(guī)律。
在儲(chǔ)能技術(shù)方面,液流電池儲(chǔ)能循環(huán)壽命、能量密度等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)得到大幅度提升,成本快速下降,其他新型儲(chǔ)能技術(shù)如壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到全球領(lǐng)先水平。
在儲(chǔ)能應(yīng)用技術(shù)方面,初步掌握了儲(chǔ)能容量配置、儲(chǔ)能電站能量管理、源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同控制等關(guān)鍵技術(shù),核心指標(biāo)也達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。
在儲(chǔ)能裝備產(chǎn)業(yè)化方面,已初步建成包括儲(chǔ)能電池、電池管理系統(tǒng)、功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)等在內(nèi)的電化學(xué)儲(chǔ)能裝備產(chǎn)業(yè)鏈,已處于國(guó)際領(lǐng)先水平。
在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面,已初步建立起電力儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)體系,先后發(fā)布國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)13項(xiàng)、能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)35項(xiàng)、各類團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)140余項(xiàng),主導(dǎo)并參與IEC和IEEE國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)6項(xiàng)。
爭(zhēng)議中發(fā)展,實(shí)踐中成功。這一套組合拳下,我們的新型儲(chǔ)能進(jìn)入了一個(gè)嶄新的崛起時(shí)期
價(jià)值躍遷:技術(shù)創(chuàng)新帶來(lái)關(guān)鍵改變
新的歷史發(fā)展周期,必將給儲(chǔ)能的發(fā)展帶來(lái)千載難逢的機(jī)遇!
這時(shí)候新型儲(chǔ)能的“支撐作用”就不單是“新型電力系統(tǒng)”這么簡(jiǎn)單了,而是承擔(dān)著賦能綠色地球的重任!
經(jīng)過(guò)在“技術(shù)驗(yàn)證、示范應(yīng)用”這前兩個(gè)階段的辛勤耕耘,儲(chǔ)能所扮演的角色正在起變化,一張新型電力系統(tǒng)的大網(wǎng)正在形成,那就是“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化。
對(duì)于儲(chǔ)能自身來(lái)說(shuō),就是你要具備減輕社會(huì)用能成本、提高系統(tǒng)效率、提高安全可靠性、提高經(jīng)濟(jì)性方面的能力,才能真正做大做強(qiáng)。
在這個(gè)和技術(shù)賽跑的時(shí)間窗口,我們將技術(shù)的研發(fā)和新型儲(chǔ)能社會(huì)影響的研究同時(shí)推進(jìn),在電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)都取得了讓人刮目相看的進(jìn)步。
電源側(cè)的儲(chǔ)能指的是裝設(shè)并接入在常規(guī)電廠、風(fēng)電站、光伏電站等電源場(chǎng)站內(nèi)部的儲(chǔ)能系統(tǒng)。
新能源電站配置一定規(guī)模的新型儲(chǔ)能,除了平滑新能源出力、減少棄電、減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊外,還具備支持系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻、抑制寬頻震蕩等功能。
在現(xiàn)貨市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)中,采用新能源和儲(chǔ)能聯(lián)合運(yùn)行及合理報(bào)價(jià)策略,可以減少偏差考核導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)懲罰。特別是對(duì)光伏發(fā)電,晚高峰出力為零,儲(chǔ)能可以釋放一部分出力。
而在“沙戈荒”等大基地開(kāi)發(fā)過(guò)程中,儲(chǔ)能可以發(fā)揮重要的保供和消納作用。
新能源配置儲(chǔ)能已經(jīng)成為新能源開(kāi)發(fā)的一大特點(diǎn)。
電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能是指直接接入公共電網(wǎng)的儲(chǔ)能系統(tǒng),主要承擔(dān)保障故障或異常運(yùn)行下的系統(tǒng)安全、提升輸配電效率、助力調(diào)峰調(diào)頻和提高新能源利用水平等功能,同時(shí)也可以部分調(diào)節(jié)線路潮流。
當(dāng)前,電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能參與系統(tǒng)調(diào)峰有“一充一放”、“兩充兩放”、“多充多放”等模式,具體模式一般根據(jù)當(dāng)?shù)毓┬杵胶庑枰M(jìn)行選擇。
由于電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站具有雙向有功功率的調(diào)節(jié)能力,利用其響應(yīng)的快速性可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域電網(wǎng)的一次調(diào)頻,加強(qiáng)區(qū)域電網(wǎng)頻率緊急支撐的能力。電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能也能夠參與二次調(diào)頻,是將儲(chǔ)能電站作為電網(wǎng)AGC的控制電源加以利用。
為了提升儲(chǔ)能價(jià)值,在中國(guó),已有多數(shù)企業(yè)具備構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能技術(shù)的能力。
也就是,在并網(wǎng)場(chǎng)景下能提供虛擬慣量、提升短路容量、提高系統(tǒng)強(qiáng)度、虛擬輸電、實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng);在微網(wǎng)場(chǎng)景下能實(shí)現(xiàn)黑啟動(dòng),可用于離網(wǎng)孤島微電網(wǎng),也可作為備用電源及UPS不間斷電源。
舉個(gè)直白點(diǎn)的例子,內(nèi)蒙古電網(wǎng)的最西端是額濟(jì)納地區(qū)電網(wǎng),這里承擔(dān)了全旗11.46萬(wàn)平方公里、3萬(wàn)多老百姓生產(chǎn)生活供電任務(wù)。而供電線路通過(guò)單回440公里的220千伏線路與主網(wǎng)相連,一旦聯(lián)絡(luò)線路檢修或者故障時(shí),額濟(jì)納全旗都將停電。
并且區(qū)域內(nèi)具有無(wú)常規(guī)同步電源、新能源高比例接入、源荷雙隨機(jī)波動(dòng)、供電可靠性差等特點(diǎn)。
風(fēng)光新能源裝機(jī)110MW,最大負(fù)荷70MW,平均負(fù)荷35MW。同時(shí)配置了具備2.25倍過(guò)流能力的25MW/25MWh構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能,算的上是真正意義上的“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化項(xiàng)目。
實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)中給出的結(jié)果,十分漂亮!構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能具備支撐高比例新能源電網(wǎng)的能力。
這個(gè)項(xiàng)目打破了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)常規(guī)旋轉(zhuǎn)機(jī)組的依賴,檢驗(yàn)了構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能支撐廣域電網(wǎng)建頻建壓和新能源并網(wǎng)的能力,檢驗(yàn)了構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能支撐廣域純新能源電力系統(tǒng)調(diào)頻調(diào)壓、穩(wěn)頻穩(wěn)壓長(zhǎng)周期運(yùn)行的能力。
與此同時(shí),也驗(yàn)證了構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能系統(tǒng)支撐純新能源電力系統(tǒng)抵御故障沖擊,維持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的能力。
多維度的測(cè)試,表明我們?cè)趦?chǔ)能技術(shù)價(jià)值轉(zhuǎn)化上,取得了階段性成果。
再來(lái)看看用戶側(cè)儲(chǔ)能,它是指在用戶內(nèi)部場(chǎng)地或鄰近建設(shè),并接入用戶內(nèi)部系統(tǒng)的儲(chǔ)能系統(tǒng),主要以市場(chǎng)化方式為用戶提供削峰填谷、光儲(chǔ)一體化運(yùn)行等功能。
當(dāng)前通過(guò)峰谷套利、降低需量電費(fèi)、參與需求響應(yīng)等方式降低用能成本是用戶側(cè)儲(chǔ)能發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力。
隨著能源互聯(lián)網(wǎng)持續(xù)推進(jìn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,用能方式升級(jí)、用能需求多樣化將是遠(yuǎn)期用戶側(cè)儲(chǔ)能發(fā)展的另一重要驅(qū)動(dòng)力。
在偏遠(yuǎn)或者農(nóng)村地區(qū)配電網(wǎng)末端網(wǎng)架薄弱,在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段未考慮過(guò)載的情況,通過(guò)移動(dòng)式儲(chǔ)能可以實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)臺(tái)區(qū)的快速“增容”和電能質(zhì)量治理,保障配電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行。
還有一些通過(guò)聚焦縣域或鎮(zhèn)域零碳電廠,配置新型儲(chǔ)能以實(shí)現(xiàn)所發(fā)電量的域內(nèi)消納,內(nèi)部能源協(xié)調(diào)平衡,有效降低區(qū)域范圍內(nèi)分布式新能源和用戶負(fù)載對(duì)電網(wǎng)的沖擊和影響。
可想而知,新型儲(chǔ)能的存在并非作用有限!
截至2023年10月底,國(guó)家電投涉及儲(chǔ)能業(yè)務(wù)二級(jí)單位32家,儲(chǔ)能電站共計(jì)173座, 總裝機(jī)規(guī)模4941MW/11788.88MWh,電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)容量占比高達(dá)99%以上。
新型儲(chǔ)能將對(duì)中國(guó)構(gòu)建新型電力系統(tǒng)未來(lái)形態(tài)和能源互聯(lián)網(wǎng)新業(yè)態(tài),發(fā)揮非常大的作用,勢(shì)必影響能源轉(zhuǎn)型質(zhì)量、效率和電力系統(tǒng)清潔高效發(fā)展水平。
中國(guó)電力工業(yè)已經(jīng)今非昔比了,距離新型儲(chǔ)能成為我們真正的驕傲還會(huì)遠(yuǎn)嗎?