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集團(tuán)動態(tài)

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  • 重新認(rèn)識“新能源+儲能”

  • 發(fā)布時(shí)間:2020-06-10 11:55:06
  • 2020年是我國“十三五”收官之年,也是謀劃“十四五”發(fā)展的開局之年,為實(shí)現(xiàn)風(fēng)電、光伏發(fā)電平穩(wěn)有序發(fā)展,國家能源局下發(fā)《關(guān)于2020年風(fēng)電、光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)有關(guān)事項(xiàng)的通知》,要求各省根據(jù)國家可再生能源發(fā)展“十三五”相關(guān)規(guī)劃和本地區(qū)電網(wǎng)消納能力,合理安排新增核準(zhǔn)(備案)項(xiàng)目規(guī)模。

    目前多個(gè)省份陸續(xù)發(fā)布了2020年風(fēng)電、光伏發(fā)電建設(shè)方案和申報(bào)要求,與往年不同,河南、內(nèi)蒙、遼寧、湖南等省份均提出了優(yōu)先支持配置儲能的新能源發(fā)電項(xiàng)目,新能源場站配置儲能成為行業(yè)討論熱點(diǎn)。

    新能源發(fā)電項(xiàng)目配置儲能并非首次出現(xiàn)在政府文件當(dāng)中,早在2017年,青海省發(fā)改委發(fā)布的《青海省2017年度風(fēng)電開發(fā)建設(shè)方案》要求,列入規(guī)劃的風(fēng)電項(xiàng)目要按照其規(guī)模的10%配套建設(shè)儲電裝置,儲電設(shè)施總規(guī)模達(dá)33萬千瓦。該政策發(fā)布后引起較大爭議,最終執(zhí)行也未達(dá)預(yù)期。

    經(jīng)過數(shù)年發(fā)展,我國新能源發(fā)電邁上新臺階,新能源運(yùn)行與消納也面臨一系列新的問題,此外我國新能源發(fā)電即將迎來平價(jià)上網(wǎng),以鋰離子電池為代表的電化學(xué)儲能成本逐年下降,電力市場化改革持續(xù)推進(jìn),多種因素交織在一起,新能源場站配置儲能面臨新的環(huán)境,也需要進(jìn)行新的認(rèn)識。

    認(rèn)識一:“十四五”新能源發(fā)展和消納矛盾更加突出,調(diào)峰資源日趨緊張的情況下,亟需儲能等靈活性調(diào)節(jié)資源

    根據(jù)統(tǒng)計(jì),截止到2019年底,國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)內(nèi),新能源裝機(jī)占電源總裝機(jī)的23.4%,其中青海、甘肅新能源裝機(jī)占總裝機(jī)容量的50%和42%,已成為本省第一大電源,寧夏、新疆、蒙東、冀北等地區(qū)新能源裝機(jī)占總電源裝機(jī)容量均超過了30%,21個(gè)省份新能源發(fā)電成為第一、二大電源。

    新能源發(fā)電具有間歇性和隨機(jī)性,高比例新能源并網(wǎng)需要大規(guī)模輸出穩(wěn)定的可調(diào)節(jié)電源進(jìn)行調(diào)峰,隨著新能源發(fā)電的快速發(fā)展,電力系統(tǒng)調(diào)峰能力不足已不是個(gè)別省份、局部地區(qū)的問題。

    為實(shí)現(xiàn)2020年和2030年非化石能源分別占一次能源消費(fèi)比重15%和20%的目標(biāo),壯大清潔能源產(chǎn)業(yè),保持風(fēng)電、光伏裝機(jī)規(guī)模穩(wěn)定增長是“十四五”規(guī)劃的重要目標(biāo)和任務(wù)。

    為適應(yīng)能源轉(zhuǎn)型和促進(jìn)地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要,各省發(fā)展新能源的意愿依然強(qiáng)烈,“十四五”期間,我國新能源發(fā)電預(yù)計(jì)仍將保持“十三五”時(shí)期快速發(fā)展態(tài)勢。隨著裝機(jī)規(guī)模的擴(kuò)大,各省存在很大的調(diào)峰缺口,新疆、山西、山東等省份日最大功率波動超過1000萬千瓦。為實(shí)現(xiàn)新能源95%的利用率目標(biāo),在系統(tǒng)調(diào)峰資源日趨緊張甚至用盡的情況下,多個(gè)省份對儲能調(diào)峰寄予厚望。

    儲能具有調(diào)峰的天然優(yōu)勢,特別是電化學(xué)儲能集快速響應(yīng)、能量時(shí)移、布置靈活等特點(diǎn)于一體,受到高度關(guān)注,但發(fā)展初期價(jià)格偏高,僅在極個(gè)別早期并網(wǎng)的新能源場站試點(diǎn)運(yùn)行,并未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。

    認(rèn)識二:政府文件并未強(qiáng)制規(guī)定新能源發(fā)電配置儲能,但作為部分地區(qū)新能源優(yōu)先開發(fā)的重要條件

    與2017年青海省風(fēng)電開發(fā)建設(shè)方案不同,當(dāng)前各地政府文件并未強(qiáng)制規(guī)定新能源發(fā)電配置儲能。

    河南發(fā)改委印發(fā)《關(guān)于組織開展2020年風(fēng)電、光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)的通知》暫停各類新能源增量項(xiàng)目,優(yōu)先支持配置儲能的新增平價(jià)項(xiàng)目;內(nèi)蒙古自治區(qū)能源局印發(fā)《2020年光伏發(fā)電項(xiàng)目競爭配置方案》,優(yōu)先支持“光伏+儲能”項(xiàng)目建設(shè),光伏電站儲能容量不低于5%,儲能時(shí)長在1小時(shí)以上。針對風(fēng)電場,內(nèi)蒙古積極推動烏蘭察布市600萬千瓦風(fēng)電基地及配套儲能設(shè)施建設(shè)。遼寧省發(fā)改委印發(fā)《遼寧省風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)方案》,指出優(yōu)先考慮附帶儲能設(shè)施、有利于調(diào)峰的項(xiàng)目。湖南發(fā)改委印發(fā)《關(guān)于發(fā)布全省2020-2021年度新能源消納預(yù)警結(jié)果的通知》,指出電網(wǎng)企業(yè)要通過加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)、優(yōu)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、研究儲能設(shè)施建設(shè)等措施,切實(shí)提高新能源消納送出能力,為省內(nèi)新能源高比例發(fā)展提供容量空間。隨后國網(wǎng)湖南省電力有限公司下發(fā)《關(guān)于做好儲能項(xiàng)目站址初選工作的通知》,28家企業(yè)承諾配套新能源項(xiàng)目總計(jì)建設(shè)388.6MW/777.2MWh儲能設(shè)施,與風(fēng)電項(xiàng)目同步投產(chǎn),配置比例為20%左右。

    從下發(fā)文件來看,各省并未強(qiáng)制要求新增新能源發(fā)電項(xiàng)目必須配置儲能,但如果新能源開發(fā)企業(yè)想要提高競爭力,配置儲能將是優(yōu)先開發(fā)的重要條件。

    認(rèn)識三:光伏發(fā)電配置儲能的效益要優(yōu)于風(fēng)電配置儲能,新能源匯集區(qū)配置儲能要優(yōu)于各個(gè)新能源場站配置儲能

    受容量配置規(guī)模限制,連續(xù)無風(fēng)或大風(fēng)天氣可能限制儲能作用的發(fā)揮。一般電化學(xué)儲能滿功率連續(xù)充放電時(shí)間在1~4小時(shí)之間,可有效應(yīng)對新能源日內(nèi)波動,但若出現(xiàn)長時(shí)間無風(fēng)或大風(fēng)等極端天氣,儲能利用效率可能受到較大限制。

    通過對西北電網(wǎng)新能源歷史出力特性統(tǒng)計(jì)分析得出,單一省份極端無風(fēng)天氣最大持續(xù)時(shí)間達(dá)6天,頻次最高達(dá)3次/年,若聯(lián)網(wǎng)規(guī)??s小至單個(gè)風(fēng)力發(fā)電場,極端無風(fēng)或持續(xù)大風(fēng)天氣可持續(xù)數(shù)周。風(fēng)電大發(fā)時(shí)通常在晚上或夜間,此時(shí)負(fù)荷較低,與風(fēng)電消納匹配性較差,同時(shí)三北地區(qū)供暖季還存在“以熱定電”的另一重矛盾,火電機(jī)組調(diào)峰能力受限,因此儲能需要配置更大的容量進(jìn)行調(diào)峰。

    與風(fēng)電相比,光伏發(fā)電可預(yù)測性更好,且具有一定的規(guī)律性,儲能可實(shí)現(xiàn)定期充放,利用率相對較高;同時(shí)光伏發(fā)電輸出功率較高的時(shí)候也是用電高峰的白天,與負(fù)荷匹配度較好,只需要配置較小容量的儲能即可達(dá)到削峰填谷的作用。

    從儲能布局看,新能源匯集區(qū)配置儲能要優(yōu)于各個(gè)新能源場站內(nèi)配置儲能。

    一方面,新能源匯集區(qū)配置儲能所需的容量要顯著小于各新能源場站單獨(dú)配置儲能所需容量之和。從統(tǒng)計(jì)規(guī)律上看,風(fēng)光具有互補(bǔ)特性,各新能源場站出力的隨機(jī)性通過相互疊加能夠達(dá)到此消彼長的作用,一定程度上降低了峰谷差。

    另一方面,新能源匯集區(qū)配置儲能的經(jīng)濟(jì)效益要顯著好于新能源場站單獨(dú)配置儲能。新能源匯集區(qū)配置儲能可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級調(diào)峰,各個(gè)新能源場站均可共享,大大提高了儲能設(shè)施利用率,同時(shí),由于配置在升壓站外,不存在新能源補(bǔ)貼等計(jì)量方面的問題,交易和結(jié)算邊界清晰。

    按新能源裝機(jī)容量比例配置儲能的一刀切做法有待商榷。從目前政策來看,部分省份提出按新能源發(fā)電項(xiàng)目的裝機(jī)容量比例配置儲能,配置比例在5%~20%之間。由于各地新能源發(fā)展規(guī)模、電網(wǎng)結(jié)構(gòu),調(diào)峰資源缺口程度有所不同,在新能源場站無差異化地配置儲能有可能降低設(shè)備利用效率,增加項(xiàng)目總體成本,由電網(wǎng)企業(yè)根據(jù)本地調(diào)峰缺口和調(diào)節(jié)需要,經(jīng)測算后公開發(fā)布儲能容量需求和安裝地點(diǎn),為儲能投資和應(yīng)用創(chuàng)造條件。

    認(rèn)識四:受技術(shù)經(jīng)濟(jì)性影響,電化學(xué)儲能目前僅適合作為新能源發(fā)電調(diào)峰的補(bǔ)充措施

    儲能技術(shù)類型眾多,可滿足毫秒至數(shù)天不同時(shí)間尺度的調(diào)節(jié)需求。調(diào)峰介于調(diào)頻與容量備用之間,調(diào)峰輔助服務(wù)市場是我國特有的市場品種,本質(zhì)上是一種電能量市場,在國外歸為平衡市場或現(xiàn)貨市場,因此電力系統(tǒng)調(diào)峰對容量的需求要大于對功率的需求。

    目前,各類儲能技術(shù)中,抽水蓄能仍是新能源調(diào)峰的首要選擇,主要表現(xiàn)為容量大,單個(gè)電站規(guī)??蛇_(dá)到120~360萬千瓦,能量轉(zhuǎn)換效率75%~85%,日調(diào)節(jié)一般為5~6小時(shí),而電化學(xué)儲能容量難以達(dá)到系統(tǒng)級調(diào)峰的規(guī)模;抽水蓄能使用壽命長,設(shè)計(jì)壽命30年,水工建筑物50年以上,而電化學(xué)儲能壽命周期多為10年左右;抽水蓄能的能量成本約875~1085元/千瓦時(shí),僅為鋰離子電池的三分之一,且具有明確的兩部制電價(jià)回收機(jī)制。

    抽水蓄能兼具調(diào)頻、調(diào)峰、調(diào)相和黑啟動等多種功能,成為電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的綜合調(diào)節(jié)工具。截止到2019年底,我國在運(yùn)行的抽水蓄能電站將近3000萬千瓦,在建容量達(dá)到4600萬千瓦,均遠(yuǎn)超投運(yùn)的170萬千瓦電化學(xué)儲能,電化學(xué)儲能僅是系統(tǒng)調(diào)峰的補(bǔ)充措施。

    近年來,電化學(xué)儲能價(jià)格快速下降,在部分國家已得到商業(yè)化應(yīng)用,主要包括調(diào)頻和容量備用兩個(gè)領(lǐng)域,如美國的PJM調(diào)頻輔助服務(wù)市場、英國的快速調(diào)頻市場,英國容量市場等。

    電化學(xué)儲能的優(yōu)勢在于其快速的響應(yīng)特性,因此,從電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)的時(shí)間尺度上講,更適合對功率要求較高場合,如調(diào)頻、緊急功率支撐、可靠供電等領(lǐng)域。對容量要求較高的調(diào)峰領(lǐng)域,從經(jīng)濟(jì)性講電化學(xué)儲能還難以和其他靈活性資源競爭,如火電靈活性改造、抽水蓄能等。

    但電化學(xué)儲能并非完全沒有競爭力,受建設(shè)選址的局限以及施工周期較長的影響,抽水蓄能電站并不能解決局部網(wǎng)架結(jié)構(gòu)受阻、常規(guī)調(diào)峰資源匱乏的新能源發(fā)電聚集區(qū)調(diào)峰問題,可通過配置電化學(xué)儲能,發(fā)揮其“杠桿”作用,以較少的投資替代大規(guī)模電網(wǎng)改造或調(diào)峰電源投資。

    認(rèn)識五:新能源平價(jià)上網(wǎng)趨勢下儲能可持續(xù)發(fā)展取決于市場機(jī)制的設(shè)計(jì)

    國家發(fā)展改革委《關(guān)于完善風(fēng)電上網(wǎng)電價(jià)政策的通知》(發(fā)改價(jià)格〔2019〕882號)指出,2020年I~Ⅳ類資源區(qū)符合規(guī)劃、納入財(cái)政補(bǔ)貼年度規(guī)模管理的新核準(zhǔn)陸上風(fēng)電指導(dǎo)價(jià)分別為每千瓦時(shí)0.29元、0.34元、0.38元、0.47元。自2021年1月1日開始,新核準(zhǔn)的陸上風(fēng)電項(xiàng)目全面實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng),國家不再補(bǔ)貼。

    國家發(fā)展改革委《關(guān)于2020年光伏發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)政策有關(guān)事項(xiàng)的通知》(發(fā)改價(jià)格〔2020〕511號)指出,2020年納入國家財(cái)政補(bǔ)貼范圍的I~I(xiàn)II類資源區(qū)新增集中式光伏電站指導(dǎo)價(jià)分別為每千瓦時(shí)0.35元、0.4元、0.49元。

    文件雖未對光伏發(fā)電提出明確的平價(jià)上網(wǎng)時(shí)間,但今年以來我國新增光伏裝機(jī)項(xiàng)目約有三分之二已實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng),預(yù)計(jì)光伏發(fā)電大概率與風(fēng)電同步,在2021年實(shí)現(xiàn)全面平價(jià)上網(wǎng)。

    近年來以鋰離子電池為代表的電化學(xué)儲能價(jià)格已經(jīng)降到了每千瓦時(shí)0.5元/次,但與平價(jià)上網(wǎng)的新能源發(fā)電項(xiàng)目相比,通過配置儲能以電量置換的方式已不具備經(jīng)濟(jì)性。

    在電網(wǎng)調(diào)峰資源沒有改善的情況下,平價(jià)上網(wǎng)項(xiàng)目本質(zhì)上是擠占了其他新能源的發(fā)電空間,隨著新能源發(fā)電全面平價(jià)上網(wǎng)的到來,電網(wǎng)調(diào)峰和全額收購的壓力進(jìn)一步提升。

    既要發(fā)展新能源又要保持一定的消納水平,因此地方政府鼓勵平價(jià)上網(wǎng)項(xiàng)目的同時(shí)配置一定比例的儲能,這無疑提升了新能源發(fā)電項(xiàng)目的整體成本,而儲能僅從減少棄風(fēng)、棄光電量獲取收益無法收回成本。

    同時(shí),我們也看到隨著高比例新能源并網(wǎng)的發(fā)展,系統(tǒng)不僅僅面臨調(diào)峰問題,還存在系統(tǒng)頻率快速波動、轉(zhuǎn)動慣量下降、次同步振蕩(5~300Hz)等一系列新的問題。

    此外,隨著新能源發(fā)電成本的降低,參與電力市場的競爭力也在不斷增強(qiáng),未來保量保價(jià)的交易模式也將被打破。儲能具有多重功能,可滿足電力系統(tǒng)不同時(shí)間尺度的調(diào)節(jié)需求,未來成本回收的途徑以及參與市場的類型是多樣的,主要包括:

    一是參與電網(wǎng)系統(tǒng)級調(diào)峰,實(shí)現(xiàn)共享,相關(guān)費(fèi)用在全網(wǎng)收益電量中分?jǐn)?。共享型儲能既提高了利用率,也增加了儲能的收益,《青海電力輔助服務(wù)市場運(yùn)營規(guī)則(試行)》提出:在新能源棄電時(shí)對未能達(dá)成交易的儲能進(jìn)行調(diào)用,價(jià)格為0.7元每千瓦時(shí);2020年3月,新疆自治區(qū)發(fā)改委發(fā)布《新疆電網(wǎng)發(fā)電側(cè)儲能管理辦法》(征求意見稿)提出:電儲能設(shè)施根據(jù)電力調(diào)度機(jī)構(gòu)指令進(jìn)入充電狀態(tài)的,對其充電電量進(jìn)行補(bǔ)償,補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)為0.55元每千瓦時(shí)。從兩個(gè)省的規(guī)則來看,儲能參與系統(tǒng)級調(diào)峰的價(jià)格已經(jīng)超過儲能自身的度電成本,收益是可觀的,不過也應(yīng)看到,系統(tǒng)調(diào)峰通常是季節(jié)性的,儲能利用小時(shí)數(shù)難以得到有效保障,這對儲能收益也帶來了一定的風(fēng)險(xiǎn)。

    二是儲能參與電力系統(tǒng)快速調(diào)頻。我國調(diào)頻輔助服務(wù)市場規(guī)則以火電、水電為主要設(shè)計(jì)對象,獨(dú)立儲能電站雖然在響應(yīng)速度和調(diào)節(jié)精度上具有顯著優(yōu)勢,但跟蹤調(diào)頻指令時(shí)需要具備持續(xù)的輸出能力,因此獨(dú)立儲能電站調(diào)頻需要配置較大功率和容量的電池,成本快速上升,經(jīng)濟(jì)性較差。高比例新能源并網(wǎng)將導(dǎo)致系統(tǒng)頻率的快速波動,儲能快速響應(yīng)特性滿足了快速調(diào)頻的需要,未來對于建立快速調(diào)頻輔助服務(wù)市場的省份,儲能與新能源聯(lián)合調(diào)頻也將成為增加收益的重要渠道。

    三是儲能參與現(xiàn)貨市場?,F(xiàn)貨市場在經(jīng)濟(jì)學(xué)上是指買賣交易即刻生效的市場,是針對期貨市場而言。電力市場中,只有實(shí)時(shí)市場嚴(yán)格滿足現(xiàn)貨市場的定義。結(jié)合電力交易即發(fā)即用的特點(diǎn),在討論電力現(xiàn)貨市場時(shí)常把時(shí)間尺度擴(kuò)大到實(shí)時(shí)交易的日內(nèi)甚至一日前?,F(xiàn)貨市場的重要價(jià)值在于發(fā)現(xiàn)價(jià)格,用價(jià)格反映供需關(guān)系,目前我國八個(gè)現(xiàn)貨試點(diǎn)省份已經(jīng)全部進(jìn)入試運(yùn)行,隨著現(xiàn)貨市場的成熟運(yùn)行,電力電量的商品屬性逐步體現(xiàn),新能源發(fā)電邊際成本為零,與儲能配合可根據(jù)價(jià)格信號靈活充放電獲取更高的電量收益。

    四是作為備用或需求側(cè)響應(yīng)資源,提升電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。儲能具有四象限運(yùn)行特性,電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)下可以提高新能源涉網(wǎng)特性,電網(wǎng)暫態(tài)下可根據(jù)系統(tǒng)需要提供功率支撐,可以提高大規(guī)模新能源外送基地特高壓直流輸電線路輸送容量,備用收益也是儲能多重價(jià)值的重要體現(xiàn)。

    放眼全球,新能源發(fā)電的快速發(fā)展是驅(qū)動儲能發(fā)展的主要因素,新能源與儲能的結(jié)合也是未來高比例新能源并網(wǎng)電力系統(tǒng)的必然趨勢。隨著新能源發(fā)電規(guī)模的擴(kuò)大,新能源發(fā)電需承擔(dān)的系統(tǒng)平衡成本將成為項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性測算必須考慮的重要內(nèi)容,儲能也必將在高比例新能源并網(wǎng)電力系統(tǒng)中找到自己的角色定位。


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