推動新型儲能發(fā)展 助力構建新型電力系統

中國綠發(fā)青海分公司位于海西州格爾木市新能源基地的電化學儲能電站。王國棟 攝

　　隨著碳達峰碳中和的推進，風能、太陽能等新能源快速發(fā)展。光伏發(fā)電和風力發(fā)電波動性、隨機性強，受資源位置約束，造成電力供需在時間、空間尺度上的不平衡，給電力系統帶來前所未有的挑戰(zhàn)。以電化學儲能為代表的新型儲能具有響應速度快、項目選址靈活和建設周期短等特點，能夠實現主動支撐、慣量管理、快速頻率響應和黑啟動等功能，可作為重要的靈活調節(jié)資源助力構建新型電力系統。

　　我國儲能行業(yè)呈現多元化發(fā)展趨勢

　　參照國家能源局發(fā)布的行業(yè)標準DL/T 2528—2022《電力儲能基本術語》，儲能電站按照不同技術原理分為電化學儲能電站和物理儲能電站。抽水蓄能作為傳統的物理儲能技術已在電力系統中規(guī)模化應用，而新型儲能是指除抽水蓄能以外的電力儲能技術。

　　我國正在構建以抽水蓄能為主、新型儲能為輔的電力儲能體系。新型儲能中鋰離子電池儲能占據主導地位，鈉離子電池、液流電池、壓縮空氣、飛輪等其他儲能在應用規(guī)模上也有所突破，應用模式逐漸增多。

　　近年來，我國電力儲能裝機快速增長，儲能行業(yè)呈現多元化發(fā)展趨勢。根據國家能源局的統計數據，截至2023年年底，已投運新型儲能項目累計裝機規(guī)模達3139萬千瓦/6687萬千瓦時，平均儲能時長2.1小時，2023年新增裝機規(guī)模約2260萬千瓦/4870萬千瓦時，較2022年年底增長超過260%。在技術路線方面，鋰離子電池儲能仍處于主導地位，占比超過97%，其集成規(guī)模向吉瓦級發(fā)展。壓縮空氣儲能和液流電池儲能占比分別為0.5%、0.4%，處于百兆瓦級工程應用示范階段。飛輪、重力、鈉離子電池等其余類型儲能規(guī)模占比較小，仍處于小容量試點示范階段。

　　新型儲能助力保安全、保供應、促消納

　　近年來，電力系統“雙高”特征凸顯，電網在安全穩(wěn)定運行、電力電量平衡、新能源發(fā)電消納等方面面臨挑戰(zhàn)。

　　高比例新能源的接入導致電力系統轉動慣量降低，調節(jié)能力和抗擾動能力下降。同時，配電網有源化造成可切負荷量下降。新能源發(fā)電“大裝機小電量”“極熱無風、晚峰無光”特征顯著，使迎峰度夏、迎峰度冬期間保障電力供應難度增大，日內電力供需平衡的不確定性增加。新能源發(fā)電成為電力保供的重要參與者，對于新能源發(fā)電出力預測的準確性要求更高。風光資源豐富的地區(qū)與電力需求大的地區(qū)呈逆向分布，新能源電力消納和外送的難度較大。

　　為保安全、保供應、促消納，電力系統需要針對新能源發(fā)電日周期(逐日)波動和日內(逐小時)波動增強相應的靈活調節(jié)能力。新型儲能可提供毫秒到數天寬時間尺度上的雙向靈活調節(jié)能力以及功率、能量的雙重支撐，將成為新型電力系統必不可少的調節(jié)手段。在保安全方面，在高比例新能源發(fā)電和大容量直流接入的地區(qū)，新型儲能電站可為電力系統提供慣量支撐和一次調頻，降低受端電網頻率失穩(wěn)的風險。在保供應方面，在峰谷差較大的局部電網中，規(guī)模化的新型儲能電站可滿足尖峰時段供電需求，降低負荷峰谷差，延緩輸電網建設及配電網改造升級投資，提高電網設備的利用率。在促消納方面，在高比例新能源發(fā)電集中接入電網的地區(qū)，規(guī)模化的新型儲能電站作為調峰資源，可助力提高新能源電力消納水平;在高比例分布式電源接入中低壓配電網的地區(qū)，分布式新型儲能電站可抑制分布式電源接入造成的功率波動，降低電壓越限風險，提升配電網對新能源發(fā)電的接納能力。

　　未來還需發(fā)展長周期儲能技術

　　國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布的《關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》提出，到2025年實現新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)模化發(fā)展轉變;到2030年實現新型儲能全面市場化發(fā)展。兼顧電力保供和新能源發(fā)電消納需求，在充分考慮電力系統技術經濟性的前提下，據測算，到2025年、2030年，國家電網有限公司經營區(qū)新型儲能配置需求分別為3200萬千瓦/7680萬千瓦時和1億千瓦/2.6億千瓦時。

　　在中短時間尺度(分鐘級、小時級)和長時間尺度(跨日、跨季節(jié))靈活性調節(jié)方面，目前鋰離子電池、壓縮空氣、液流電池、鈉離子電池和飛輪等新型儲能技術的經濟性仍弱于抽水蓄能技術。2030年前，新型儲能主要應用于轉移日內尖峰負荷，但還難以成為保障電力系統電力電量供給的重要支撐。2030年后，需要研發(fā)低成本、規(guī)模化的長周期儲能技術，以解決電力系統長周期調節(jié)能力不足問題。

　　目前，鋰離子電池儲能技術初步實現了規(guī)模化應用，將成為實現碳達峰目標進程中發(fā)展速度最快、應用前景最廣的儲能技術。近年來，鋰離子電池儲能產業(yè)本體研發(fā)、規(guī)模化集成、安全防護等關鍵技術水平持續(xù)提升，通過了規(guī)模化應用功能驗證。面向電力系統應用的技術標準體系和應用管理體系日趨完善。預計到2030年，鋰離子電池儲能電站單位容量成本將低于抽水蓄能電站，約為500至700元/千瓦時，度電成本接近0.1元。

　　液流電池、鈉離子電池、壓縮空氣、飛輪等其他新型儲能技術在部分指標方面具有相對優(yōu)勢，是儲能多元化應用場景的備選。但相關技術在綜合技術性能方面離實際應用需求還存在較大差距，應用經濟性還需提升，實際應用效果仍需進一步跟蹤評估與驗證，同時還需加快面向電力系統應用的技術標準體系和應用管理體系建設。

　　不同類型的儲能出力性能大不相同，出力特征需要與應用場景適配才更能發(fā)揮出相應的優(yōu)勢。目前，鋰離子電池、壓縮空氣、液流電池、鈉離子電池和飛輪等新型儲能均為日內型靈活性調節(jié)資源。以目前已有的技術儲備來看，已大規(guī)模應用的儲能技術難以在低成本、高安全性、長周期(100小時以上)、大規(guī)模等綜合性能方面實現突破，學界認可的長周期儲能技術方向主要包括規(guī)模化儲熱、儲水和氫儲能。

　　作者：楊岑玉 夏力行 吳曉康單位：中國電力科學研究院有限公司