在全面落實(shí)“雙碳”戰(zhàn)略部署，加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的背景下，儲(chǔ)能作為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要技術(shù)和基礎(chǔ)裝備，是保障電力穩(wěn)定供應(yīng)、提高系統(tǒng)安全裕度、提升新能源利用率的重要手段。
正在加快構(gòu)建的新型電力系統(tǒng)最顯著的特征是新能源在電源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位，這導(dǎo)致新型電力系統(tǒng)中發(fā)電、電網(wǎng)、用戶都發(fā)生了重大變化，對(duì)新型儲(chǔ)能系統(tǒng)有更迫切的要求。
電網(wǎng)側(cè)應(yīng)用儲(chǔ)能可以提高系統(tǒng)可靠性，通過(guò)在電網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)合理布局新型儲(chǔ)能，可以提升系統(tǒng)抵御突發(fā)事件和故障后恢復(fù)能力，幫助電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，減少波動(dòng)引起電網(wǎng)故障的風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)供電保障能力，提升系統(tǒng)應(yīng)急保障能力。
電源側(cè)應(yīng)用儲(chǔ)能可以提高電站經(jīng)濟(jì)性，在西北沙戈荒、西南水風(fēng)光基地等新能源高滲透率區(qū)域，通過(guò)新能源與新型儲(chǔ)能的合理配置，有助于可再生能源的平滑調(diào)控、削峰填谷、提高電能質(zhì)量，有利于建設(shè)系統(tǒng)友好型新能源電站，煤電通過(guò)合理配置新型儲(chǔ)能參與電力現(xiàn)貨和調(diào)頻市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，可有效提升運(yùn)行特性和整體效益。
用戶側(cè)應(yīng)用儲(chǔ)能可以提高用能靈活性，通過(guò)在低峰時(shí)段或能源價(jià)格較低時(shí)充電，在高峰時(shí)段或能源價(jià)格較高時(shí)使用儲(chǔ)能系統(tǒng)的電力，實(shí)現(xiàn)靈活經(jīng)濟(jì)用能，對(duì)環(huán)保和節(jié)能具有積極意義。
儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)投資拉動(dòng)效應(yīng)高，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)從上游原材料、電芯制造、系統(tǒng)集成，到下游項(xiàng)目建設(shè)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)，產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)，拉動(dòng)效應(yīng)大，2024年《政府工作報(bào)告》首次將新型儲(chǔ)能寫入報(bào)告。
一、儲(chǔ)能技術(shù)類型及特點(diǎn)
目前，新型儲(chǔ)能技術(shù)主要有電化學(xué)儲(chǔ)能、機(jī)械儲(chǔ)能、其他儲(chǔ)能等三大類型。電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)種類眾多，鋰離子電池以其高能量密度的優(yōu)勢(shì)得到廣泛應(yīng)用并帶動(dòng)了儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，目前磷酸鐵鋰電池在大型儲(chǔ)能系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛，全釩液流電池、鉛炭電池、鈉硫電池等技術(shù)也已進(jìn)入示范或初步商業(yè)應(yīng)用段;機(jī)械儲(chǔ)能利用電能和機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)電能的存儲(chǔ)和輸出，主要有抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能技術(shù)，抽水蓄能電站是目前技術(shù)最為成熟、應(yīng)用最為廣泛的儲(chǔ)能技術(shù);其他儲(chǔ)能主要有氫儲(chǔ)能技術(shù)和儲(chǔ)熱/蓄冷等技術(shù)，其中氫儲(chǔ)能技術(shù)是利用電力和氫能的互變性實(shí)現(xiàn)能源形式的轉(zhuǎn)換，儲(chǔ)熱/蓄冷主要用于火電和供熱改造。課題小組通過(guò)調(diào)研、查閱有關(guān)文獻(xiàn)和專家評(píng)估論證等方式，對(duì)三類儲(chǔ)能的主要技術(shù)特性進(jìn)行對(duì)比分析，具體情況如下表。
綜合分析各類儲(chǔ)能的技術(shù)特點(diǎn)，從配置靈活性上看，電池儲(chǔ)能配置靈活性及可擴(kuò)展性最為優(yōu)異，抽水蓄能及傳統(tǒng)洞穴式壓縮空氣配置靈活性最差;從儲(chǔ)能發(fā)電時(shí)長(zhǎng)上看，氫能發(fā)電時(shí)間可達(dá)周級(jí)，抽水蓄能及傳統(tǒng)洞穴式壓縮空氣次之，電池儲(chǔ)能放電時(shí)間基本在s-10h之間;從啟動(dòng)及響應(yīng)速度上看，飛輪、超級(jí)電容和電池儲(chǔ)能技術(shù)基本在ms-s級(jí)別，適用于快速響應(yīng)的調(diào)頻領(lǐng)域;從安全性上看，機(jī)械儲(chǔ)能安全性最為優(yōu)異，電化學(xué)儲(chǔ)能的安全性相對(duì)較弱。
二、經(jīng)濟(jì)性分析
1.電站成本構(gòu)成
儲(chǔ)能電站的成本主要包括初始投資和運(yùn)行成本，其中初始投資成本包括儲(chǔ)能系統(tǒng)成本、功率轉(zhuǎn)換成本和建安成本，運(yùn)行成本包括運(yùn)維成本、回收殘值和其他附加成本。
電化學(xué)儲(chǔ)能目前以全戶外布置為主，儲(chǔ)能項(xiàng)目采購(gòu)范圍一般包括儲(chǔ)能電池艙和儲(chǔ)能較大，以充放電時(shí)間2小時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)為例，鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)工程建設(shè)成本為1000～1500元/kW，儲(chǔ)能系統(tǒng)本體約占80%，儲(chǔ)能電池是儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)格占比最高的設(shè)備，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，整體呈現(xiàn)快速下降趨勢(shì)，目前不同品牌磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的價(jià)格在0.5～0.95元/Wh左右。由于儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電能量考核點(diǎn)、充放次數(shù)、能量保持率的考核方式不一，導(dǎo)致項(xiàng)目實(shí)際配置電芯能量差異很大。預(yù)計(jì)到2030年，單體成本有望降低至0.4元/Wh以內(nèi)。
全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)格大約在2.63元/Wh，主要包括電堆成本、電解質(zhì)成本以及周邊設(shè)備成本，釩電解液是全釩液流電池系統(tǒng)中的核心材料之一，在系統(tǒng)成本占比中達(dá)到40%以上，其性能將直接影響到電池系統(tǒng)的工作效率、運(yùn)行工況和使用壽命等;電堆成本占全釩液流電池總成本的35%以上，主要成本源于離子交換膜的成本;其它構(gòu)件成本占比25%左右。液流電池初期成本高，但其服役周期長(zhǎng)，長(zhǎng)期而言在度電成本上具有一定優(yōu)勢(shì)。全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)格預(yù)計(jì)“十四五”末期能夠控制在2元/Wh以內(nèi)，隨著規(guī)模化應(yīng)用，到2030年有望降低至1～1.5元/Wh。
鈉硫電池工程建設(shè)成本為2000～2800元/kW，鈉硫電池本體成本約占75%，陶瓷管的制造成本約占電池本體總成本的40%。目前，由于鈉離子電池未開(kāi)始量產(chǎn)，鈉離子電池原材料、正負(fù)極配套尚未進(jìn)入規(guī)模化供應(yīng)，電芯材料成本偏高。如果鈉硫電池降本進(jìn)度不及預(yù)期，仍然難以替代磷酸鐵鋰在電化學(xué)儲(chǔ)能中的首選地位。
儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景多，技術(shù)路線多樣化，不同的項(xiàng)目在充放電時(shí)間、設(shè)備品牌和設(shè)備采購(gòu)范圍差異較大，導(dǎo)致價(jià)格水平差別較多，同時(shí)還存在諸多非價(jià)格因素，例如企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)策略、項(xiàng)目間的分?jǐn)偟取?duì)于項(xiàng)目建設(shè)單位，不能僅僅關(guān)注儲(chǔ)能系統(tǒng)的初始投資價(jià)格，更應(yīng)關(guān)注儲(chǔ)能系統(tǒng)本身的“硬實(shí)力”，綜合考慮其性能、安全、價(jià)格等綜合影響因子，從全壽命周期探索性價(jià)比最高以及安全可靠的儲(chǔ)能產(chǎn)品。
2.度電成本分析
度電成本是對(duì)儲(chǔ)能電站全生命周期內(nèi)的成本和發(fā)電量進(jìn)行平準(zhǔn)化后計(jì)算所得成本(即總投資/總充放電量)，對(duì)于容量型場(chǎng)景的儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評(píng)估有重要意義，能夠直接判斷儲(chǔ)能項(xiàng)目是否具有投資經(jīng)濟(jì)性。針對(duì)儲(chǔ)能電站度電成本計(jì)算，還要綜合考慮電站能量轉(zhuǎn)換效率、容量衰減和放電深度等因素。
目前除抽水蓄能以外，其它類型儲(chǔ)能技術(shù)成本仍然較為昂貴，電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)中經(jīng)濟(jì)性較好的是磷酸鐵鋰電池和鉛炭電池，技術(shù)成本較高是制約儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展的關(guān)鍵因素。以當(dāng)前典型項(xiàng)目邊界條件測(cè)算，抽水蓄能電站度電成本為0.21～0.25元/kWh，容量型磷酸鐵鋰儲(chǔ)能電站的度電成本為0.49～0.68元/kWh，壓縮空氣儲(chǔ)能電站度電成本約為0.43～0.56元/kWh，隨著技術(shù)快速進(jìn)步，壓縮空氣儲(chǔ)能電站度電成本會(huì)隨效率提升而快速下降。
3.里程成本分析
里程成本是指調(diào)頻儲(chǔ)能電站在全生命周期內(nèi)平均到單位調(diào)頻里程的總投資成本，里程成本是評(píng)價(jià)調(diào)頻型儲(chǔ)能電站經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)。根據(jù)課題組實(shí)地調(diào)研及相關(guān)文獻(xiàn)，目前調(diào)頻型儲(chǔ)能電站主要采用電化學(xué)和飛輪儲(chǔ)能兩種技術(shù)路線，其中功率型磷酸鐵鋰儲(chǔ)能在AGC調(diào)頻場(chǎng)景典型應(yīng)用的里程成本約為4.93～8.40元/MW，在部分調(diào)頻輔助服務(wù)價(jià)格較高的地區(qū)，火電配置調(diào)頻儲(chǔ)能項(xiàng)目能夠獲得較好收益。
飛輪儲(chǔ)能響應(yīng)速度快，非常適用于調(diào)頻場(chǎng)景，但是僅僅依靠飛輪儲(chǔ)能達(dá)到AGC調(diào)頻所規(guī)定的出力，需要配置的容量會(huì)較大，目前飛輪儲(chǔ)能的成本相對(duì)較高，導(dǎo)致大容量飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的造價(jià)非常高，折算里程成本不具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，一般多用于混合儲(chǔ)能調(diào)頻項(xiàng)目。
4.應(yīng)用能效分析
根據(jù)中電聯(lián)2023年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，電化學(xué)儲(chǔ)能充電電量3680GWh、放電電量3195GWh、平均轉(zhuǎn)換效86.82%，下網(wǎng)電量1869GWh、上網(wǎng)電量1476GWh、平均綜合效率78.98%，整體利用情況均好于2022年。
三、投資價(jià)值排序建議
各種儲(chǔ)能的技術(shù)特性和經(jīng)濟(jì)性各異，根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景有不同的投資價(jià)值，能量型儲(chǔ)能和功率型儲(chǔ)能的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)也各有側(cè)重，課題組以某能量型儲(chǔ)能項(xiàng)目邊界條件、遵循投資收益相對(duì)較優(yōu)的原則，總體評(píng)價(jià)如下：
(1)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評(píng)估，新型儲(chǔ)能投資價(jià)值排序?yàn)?ldquo;壓縮空氣儲(chǔ)能>鋰離子電池儲(chǔ)能>釩液流電池儲(chǔ)能>飛輪儲(chǔ)能”。
(2)根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景比較評(píng)估，新型儲(chǔ)能投資價(jià)值排序?yàn)?ldquo;工商業(yè)配儲(chǔ)>獨(dú)立儲(chǔ)能>新能源配儲(chǔ)”。
來(lái)源：能源新媒 文/中國(guó)華電集團(tuán)有限公司黨校
(課題組成員：趙羽斌、王峰、溫盛元、魏成偉、汪波、方福銘、田雨森、葉易)
作者：趙羽斌、王峰 等
評(píng)論