张运洲：储能是新型电力系统完成“平衡-不平衡-再平衡”过程的重要支撑

　　现阶段电网侧储能的规模还是比较小，对于电网调峰调频的作用是微不足道的。只有形成规模，才能起到更多作用。”

　　“我们也做了一定的经济性测算：做系统级调峰应用，现阶段新型储能尤其是锂电池储能在经济性上还不具备竞争力。”

　　11月23日，在2023中国能源研究会年会储能专题论坛上，国网能源研究院原院长张运洲总结新型储能在新型电力系统完成“平衡-不平衡-再平衡”过程中的重要支撑作用，并对各技术路线组合发展及电源侧、电网侧、用户侧储能应用实践情况做出研判。

　　“短期来看，针对缺电力(而非缺电量)背景，锂电池储能可能已具备一定经济性。长期而言，其发展潜力仍有赖于降本带来的经济性提升。”

　　然而张运洲强调，测算中新型储能寿命按照10年考虑，但实际运行看，电芯寿命和电池管理系统均有很大的提升空间。

　　“当前，对于电池系统没有快速老化和寿命检测的合适方法，仅靠厂家的一面之词。业主在实际应用中，(电芯)只循环了几百次效率就下降很多，储能在设备方面的高质量发展仍然面临很大的挑战。”

　　以下为国网能源研究院原院长张运洲发言内容整理：

　　“平衡-不平衡-再平衡”

　　大力发展新能源是推进能源转型和双碳战略的决定性举措，当前且在未来相当长的时间内，我国新能源都将保持高速增长的态势。

　　特别是我们国家的新能源行业除了在国际上保持领先地位之外，还大量输出设备与技术。

　　新能源的发展，呈现出四个方面的新特点。

　　一是光伏装机比重较高，2023年新增风光配比接近2023年新增风光配比接近1：5;二是开发模式向纵深推动，“沙戈荒”基地、海上风电等资源条件好、开发难度大等特征进一步显现;三是分布式新能源开发面临瓶颈，装机规模突破2.25亿千瓦，部分地区承载力受限影响并网;四是新能源利用率保持较高水平但已进入瓶颈期，整体看系统调节能力也已达到临界状态。

　　大规模新能源接入给系统带来一系列新的挑战，必须要构建新型电力系统，而储能则是必要的组成部分。

　　在电力保供方面，新能源出力与负荷特性匹配度不高，负荷高峰时段电力支撑能力不足。风电参与平衡能力大概在5%-20%，当前规划基本都在5%以下，光伏晚高峰参与平衡能力则基本为0。

　　此外，随着新能源渗透率的提高，长时段电力平衡问题凸显，新能源长时间低出力将造成电力供应可靠性大幅下降甚至出现缺电。而极端天气的频发，则给电力供需平衡带来新的压力，使电力供应中断的风险不断加大。

　　在新能源消纳方面，“量率协同”难度持续增加。系统调节能力逐步进入临界期，加之随新能源发展呈现出“光大风小”结构化特征，新能源弃电规模和范围将逐步扩大。

　　初步测算，预计2025、2030年全国新能源平均利用率将降至92%、90%左右。

　　而在安全稳定方面，技术特性发生质的变化，运行风险面临新挑战。随着新能源发电大量替代常规电源，电力系统的技术基础、控制基础和运行机理深刻变化，跨越升级的过程中安全稳定问题呈现复杂多样性。

　　储能是新型电力系统完成“平衡-不平衡-再平衡”过程的重要支撑。

　　它具备时间和空间尺度上的调节能力，以及通过构网型储能等创新探索可以为适应新能源大规模接入带来的时空平衡需求，给电力安全稳定提供支撑，拓宽了保供、消纳、稳定问题解决途径与维度。

　　从储能未来发展看，主要应用场景将广泛分布于能源电力系统各环节，需要站在适应新型电力系统发展的角度探究储能在整个行业生态链中的真正价值空间，并解决好技术创新、不同场景应用、安全、成本、市场等一系列重大实践问题。

　　多种储能技术组合是趋势

　　抽水蓄能发展的历史比较悠久，极具大规模开发条件，主要定位是系统级调节手段。其单位造价是电化学储能的30%-50%，寿命却是其3-6倍。

　　近中期，在站址资源满足要求的条件下，抽水蓄能应优先开发。

　　新型储能近年来发展迅猛，当前以锂离子技术占主导地位，但未来主流路线仍有不确定性。

　　从电力系统应用来看，仍难以判断哪种技术路线完全胜出。

　　“十四五”期间，多种技术路线并存，锂离子储能发展领先，全钒液流、压缩空气等多类型储能处于试验示范验证期。

　　“十五五”及中远期，适用于电力系统的储能技术路线将逐步明朗预计中选期将遴选出适应不同应用场景的数种技术路线。

　　我个人判断锂电池路线还是会占据一定优势。

　　从功能需求来看，新型电力系统的各个应用环节对储能装置的发电时间和功率等级的要求不同，只有多种储能技术组合才能满足不同系统的运行工况技术需要。

　　电源侧：配储已成新能源一大特点

　　按照应用领域分类，储能在电力系统中的应用可分为三大应用环节：电源侧、电网侧和用户侧。截至2022年底，电化学储能电源侧装机规模占比48.4%，电网侧占比38.7%，用户侧占比12.9%。

　　在电源侧，新能源配置新型储能已经成为新能源开发的一大特点。未来随着新能源大规模介入，内外部驱动因素均增强，电源侧储能发展规模还将进一步扩大。

　　在现货市场和辅助服务市场中，采用新能源和储能联合运行及合理的报价策略，可以减少偏差考核导致的经济惩罚。特别是对光伏发电，晚高峰时段出力为零，储能可以释放一部分出力。

　　目前不同资源区风电场和光伏配置储能后内部收益率有不同程度下降，总体经济性都欠佳，光伏+储能则更具备发展潜力。

　　以“沙戈荒”等大基地开发过程来看，配建储能可发挥重要的保供和消纳作用，提升新能源利用率以及高峰时段顶峰能力，其对通道的调峰顶峰作用存在边际递减效应。

　　配套储能对基地外送的经济性有一定影响。按照当前储能造价，若考虑增配“新能源+储能”来代替火电，电源发电成本电价将呈明显的上升趋势。

　　按照通道输电量及顶峰能力不变的原则，若每减配100万千瓦火电、增配“250万千瓦风光+200万千瓦储能”，火电400万、300万、200万千瓦三个情景下，电源发电成本电价分别为0.3252、0.3490、0.3700元/千瓦时。

　　而通过增配储能来提高“沙戈荒”基地新能源利用率是不经济的。

　　经测算，配套200万千瓦、350万千瓦储能后新能源利用率可分别提升至92%、95%，但相应发电成本电价将由0.2876元/千瓦时分别抬升至0.3252元/千瓦时、0.3488元/千瓦时。

　　电网侧：锂电储能还不具备经济性

　　在电网侧储能，主要起调峰调频、顶峰运行、事故备用等作用，承担保障故障或异常运行下的系统安全、提升输配电效率、助力调峰调频和提高新能源利用水平等功能，同时也可以部分调节线路潮流。

　　电网侧储能是应对大规模新能源并网下电力系统平衡的必要手段，较电源侧和用户侧储能，更能体现其规模效应和集中调度的系统整体优势。

　　当然，现阶段电网侧储能的规模还是比较小，对于电网调峰调频的作用是微不足道的。只有形成规模，才能起到更多作用。

　　我们也做了一定的经济性测算：做系统级调峰应用，现阶段新型储能尤其是锂电池储能在经济性上还不具备竞争力。

　　对于典型调峰情景(5小时下调谷+2小时上调峰)，在理想的设计寿命下，锂电池储能经济性介于火电灵活性改造和抽水蓄能之间，顶峰场景经济性可能好于新建煤电。

　　有关机构测算表明，抽水蓄能、锂电池储能、火电灵活性改造(顶峰能力充足，无需新建装机)、新建煤电(顶峰能力不足，新建火电仅用于顶峰发电)调峰成本比为1.4：1：0.7：2.2。

　　短期来看，针对缺电力(而非缺电量)背景，锂电池储能可能已具备一定经济性。长期而言，其发展潜力仍有赖于降本带来的经济性提升。

　　需要强调的是，上述测算中新型储能寿命按照10年考虑，但实际运行看，电芯寿命和电池管理系统均有很大的提升空间。

　　当前，对于电池系统没有快速老化和寿命检测的合适方法，仅靠厂家的一面之词。业主在实际应用中，(电芯)只循环了几百次效率就下降很多，储能在设备方面的高质量发展仍然面临很大的挑战。

　　目前来看，系统调节还应当主要依靠火电的灵活性和抽蓄电站。电网侧储能的发展仍要按照宏观规划、微观布点的方式协同推进。

　　用户侧：场景丰富，发展前景广阔

　　用户侧储能主要以市场化方式为用户提供削峰填谷、光储一体化运行等功能。

　　有测算表明，当峰谷电价差达到0.7元/千瓦时，投资锂电池储能财务上是可以生存的。

　　降低用能成本是近期用户侧储能发展的重要驱动因素。当前通过峰谷套利、降低需量电费、参与需求响应等方式降低用能成本是用户侧储能发展的重要驱动力。

　　用能方式升级、用能需求多样化是远期用户侧储能发展的另一重要驱动力。随能源互联网持续推进和社会经济发展，储能作为智能用电和多种能源互补枢纽，远期有相当大的发展潜力。

　　用户侧储能为用户服务同时，客观上也为电网带来综合效益。在合理价格信号引导下用户对储能的自发调控行为将发挥降低电网峰谷差、延缓配电网改造等作用，客观上是对电网调节功能的有益补充。

　　通过用户侧的峰值调节和负荷均衡可以实现用户侧需求响应的功能，帮助电力用户降低高峰负荷用电量，主要有空调系统、分布式储能和电动汽车三种参与需求响应表现形式。

　　新型储能则在虚拟电厂等新模式新业态中逐步成为重要资源，以进一步提升用户侧需求响应能力。

　　值得注意的是，为聚合大量分散储能资源形成规模化优势，避免用户侧储能无序发展对电力系统造成不利影响，亟待明确接入的电压等级、调度层级(地市、省调度中心)、运行调控模式等重要问题，实现“可观可控”。

　　对于大容量用户侧储能电站，电网调度者应做到“可观且必要时可控”;低电压等级用户侧储能可由用户自行调度，电网调度者通过接入“储能云”平台低电压等级等方式实现“可观”。

　　海量分布式储能接入后，产销一体用户行为更难预测，电力系统运行控制难度增大，需要采用大数据和人工智能等新技术辅助管理。

　　来源：星球储能所 编辑 | 叶均