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嚴超 嚴碧波 | ?我國新型儲能規(guī)模化發(fā)展的現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)和對策建議
發(fā)布日期:2024-07-03 信息來源:中咨研究 訪問次數(shù): 字號:[ ]

摘要:2023年以來,我國新型儲能裝機容量爆發(fā)增長,技術路線多元發(fā)展,正邁入大規(guī)模發(fā)展階段。當前處于規(guī)模化發(fā)展初期階段,面臨著發(fā)展方向尚不明確、規(guī)劃運行不夠科學、產(chǎn)業(yè)發(fā)展還存隱憂、市場機制仍難盈利等問題和挑戰(zhàn),亟需錨定方向、統(tǒng)籌謀劃,從發(fā)展定位、規(guī)劃運行、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和市場機制等方面全方位推動我國新型儲能高質量規(guī)?;l(fā)展。

新型儲能是實現(xiàn)碳達峰碳中和戰(zhàn)略目標、建設新型電力系統(tǒng)的重要支撐技術,是搶占未來發(fā)展機遇、推動經(jīng)濟綠色轉型的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。2023年以來,我國新型儲能裝機實現(xiàn)爆發(fā)式增長,多元化發(fā)展成效顯著,從裝機規(guī)模、技術路線、政策創(chuàng)新和商業(yè)模式四個方面看,我國新型儲能受益于政策紅利,已實現(xiàn)短期快速發(fā)展,正邁入規(guī)模化發(fā)展階段,但也面臨發(fā)展定位尚不明確、規(guī)劃運行不夠科學、產(chǎn)業(yè)發(fā)展還存隱憂、市場機制仍難盈利四重挑戰(zhàn),亟需分階段錨定發(fā)展定位,差異化制定規(guī)劃運行規(guī)范,跟蹤示范、加強標準引導產(chǎn)業(yè)發(fā)展,創(chuàng)新機制、增量定制推動市場盈利,全方位推動我國新型儲能行穩(wěn)致遠。

一、我國新型儲能規(guī)?;l(fā)展的現(xiàn)狀

2022年,我國已成為全球新增投運新型儲能項目最多的國家,占全球新增項目的36%,遠高于歐洲(26%)和美國(24%)[1],2023年占比進一步提升。鈉離子電池、液流電池、飛輪儲能、重力儲能、二氧化碳壓縮空氣儲能等各種技術路線的新技術均在我國落地驗證。較為成熟的儲能用鋰電池,我國2023年出貨量(206000兆瓦時)已占全球總出貨量的90%以上。同時,初步建立了電源側、電網(wǎng)側和用戶側等不同場景下的新型儲能應用模式。綜上,我國新型儲能裝機規(guī)模領先、技術路線多樣、產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛、應用場景全面,正邁向世界新型儲能領域的大國。

(一)新型儲能規(guī)?;l(fā)展局面初顯

2023年,我國新型儲能建設規(guī)模實現(xiàn)爆發(fā)式增長,全國已建成投運裝機31390兆瓦/66870兆瓦時,較2022年增長超過260%,近十倍于“十三五”末裝機規(guī)模;規(guī)劃、在建、運行的新型儲能項目達到2500個,較2022年增長46%,其中,百兆瓦級項目數(shù)量增速明顯,投運100多個,規(guī)劃、建設550多個,較2022年分別增長370%、41%[2]。國內(nèi)現(xiàn)有規(guī)模最大的新型儲能電站(200兆瓦/800兆瓦時)在新疆喀什投運,國家能源局新型儲能試點示范項目65%以上為百兆瓦級,大容量新型儲能項目成為常態(tài)。

(二)新型儲能多元化技術路線齊放

新型儲能按照技術路線可劃分為電化學儲能(鋰離子電池、鈉離子電池、鉛炭電池、液流電池、鈉硫電池等)、機械儲能(壓縮空氣、液態(tài)空氣、飛輪、重力儲能等)、電磁儲能(超級電容器、超導磁儲能等)、化學儲能(合成氫氣、天然氣等)、熱(冷)儲能(熔鹽儲熱、冰蓄冷等)等幾十種不同的儲能技術(如圖1)。2023年,全國已投運新型儲能中鋰離子電池占比97.4%,鉛炭(酸)電池占比0.5%,壓縮空氣儲能占比0.5%,液流電池儲能占比0.4%,飛輪等其他技術占比1.2%。全球首座非補燃鹽穴壓縮空氣儲能電站、百兆瓦先進壓縮空氣儲能電站、百兆瓦全釩液流電站、商業(yè)化重力儲能電站、商業(yè)化二氧化碳壓縮儲能電站,全球規(guī)模最大的非補燃壓縮空氣儲能電站(300兆瓦/1500兆瓦時)、全釩液流儲能電站(100兆瓦/500兆瓦時)、液態(tài)壓縮空氣儲能電站(60兆瓦/60兆瓦時)、鉛炭電池儲能電站(100兆瓦/1061兆瓦時)等不同技術路線的“世界之最”項目均在我國開工、投運,我國已然成為全球新型儲能技術落地驗證的“熱土”。

圖1 新型儲能技術路線圖

(三)新型儲能常態(tài)化政策創(chuàng)新頻出

近年來,我國新型儲能頂層設計不斷加強。國家陸續(xù)印發(fā)《關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》(發(fā)改能源規(guī)〔2021〕1051號)《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》(發(fā)改能源發(fā)〔2022〕209號),設計規(guī)劃了新型儲能的發(fā)展路線;《新型儲能標準體系建設指南》(國標委聯(lián)〔2023〕6號)的出臺,進一步規(guī)范了相關技術要求;《關于進一步推動新型儲能參與電力市場和調(diào)度運用的通知》《關于促進新型儲能并網(wǎng)和調(diào)度運用的通知》(國能發(fā)科技規(guī)〔2024〕26號)發(fā)揮市場機制作用、完善電網(wǎng)調(diào)度方式,為促進新型儲能利用水平提高創(chuàng)造了條件;《關于加強發(fā)電側電網(wǎng)側電化學儲能電站安全運行風險檢測的通知》(國能綜通安全〔2023〕131號)在新型儲能安全方面提出了要求。

地方政府積極落實中央政策,先后20多個省份出臺新能源強制配儲政策、發(fā)布“十四五”規(guī)劃或實施方案、探索市場化運行機制,成為推動新型儲能創(chuàng)新發(fā)展的積極實踐者。據(jù)統(tǒng)計,2023年,國家和地方各?。ㄗ灾螀^(qū)、市)共出臺600多項儲能相關政策,其中國家政策75項,地方政策500多項,涵蓋新能源配儲、儲能規(guī)劃、儲能補貼、市場交易等方面。

(四)新型儲能商業(yè)化模式全面探索

新型儲能在電力系統(tǒng)中具有削峰填谷、消納新能源、安全穩(wěn)定支撐、替代輸電設施等多重價值,但現(xiàn)階段成本仍然偏高[3-4]。不同于風電、光伏初期通過中央直接補貼、逐漸退坡補貼的方式鼓勵發(fā)展,新型儲能并未采用直接補貼的方式促進發(fā)展,而是在國家層面明確新型儲能以獨立主體身份參與電力市場,地方省份探索各有特色的市場化商業(yè)模式,如山東、甘肅等省份支持參與現(xiàn)貨市場,青海、安徽等省份支持參與調(diào)峰輔助服務市場,湖南、山東等省份支持參與容量租賃市場,山東、山西還支持“儲能+新能源廠站”整體參與現(xiàn)貨市場,河北出臺容量電價政策,試圖推動新型儲能實現(xiàn)盈利。

二、我國新型儲能規(guī)?;l(fā)展面臨四重挑戰(zhàn)

(一)新型儲能發(fā)展定位尚不明確

儲能發(fā)展的早期,被普遍認為是實現(xiàn)電力系統(tǒng)高比例新能源滲透的“解藥”,“風電、光伏加儲能”就能實現(xiàn)碳達峰碳中和目標。在風光強制配儲政策執(zhí)行幾年后,現(xiàn)階段,新型儲能發(fā)揮的實際作用遠低于預期。據(jù)統(tǒng)計,2023年上半年,我國電化學儲能電站(占新型儲能裝機98%以上)平均日等效充放電次數(shù)0.58次(相當于1.7天完成1次完整充放電),實際利用率僅34%,還未達到設計利用率的一半[5]。

面對這種建而不用、少用的尷尬局面,行業(yè)內(nèi)部開始反思新型儲能的發(fā)展。2023年底,部分院士、專家提出“風光配儲不是最優(yōu)路徑”“儲能不是萬能的”“儲能沒那么重要”等新的質疑觀點,甚至傳言部分發(fā)電企業(yè)2024年不再采購磷酸鐵鋰電池儲能,新型儲能定位莫衷一是,亟需明確定位以錨定目標、聚力發(fā)展。

(二)新型儲能規(guī)劃運行不夠科學

新型儲能的規(guī)劃技術規(guī)范尚未明確,據(jù)調(diào)研,各地新型儲能按照不同比例計入電力平衡,部分省份按裝機規(guī)模的50%參與電力平衡,部分省份按照30%、20%甚至10%的比例參與平衡,平衡系數(shù)缺乏明確標準,電力保供價值難以科學衡量。新型儲能調(diào)度方式有待論證,發(fā)電側配建儲能調(diào)度方式仍有爭議,若以“新能源+儲能”整體方式由電網(wǎng)調(diào)度有利于新能源消納和發(fā)電企業(yè)盈利,若直接由電網(wǎng)調(diào)度有利于系統(tǒng)安全穩(wěn)定和全局最優(yōu),但單個配建儲能場站規(guī)模小,直接調(diào)度占用電網(wǎng)資源嚴重、使用繁瑣;電網(wǎng)側儲能明確由電網(wǎng)直接調(diào)度,但發(fā)揮新型儲能調(diào)峰、調(diào)頻、爬坡、慣量響應等多重應用功能的“一體多用,分時復用”的復雜調(diào)度模式尚未建立,可行性尚需驗證;用戶側儲能由于缺乏調(diào)度支持系統(tǒng),整體未納入電網(wǎng)調(diào)度范圍,難以發(fā)揮保供支撐作用。

(三)新型儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展還存隱憂

新技術爭先恐后,淘汰危險不容忽視。我國全固態(tài)電池技術仍落后日韓,鋰電池產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢有被彎道超車風險;鋅基液流電池、重力儲能、液態(tài)空氣儲能等技術均由國外直接引進,但這些技術在國外面臨初裝維護成本高、安全穩(wěn)定控制難等問題,尚未走通商業(yè)化應用道路。國內(nèi)已開始布局百兆瓦級示范項目和吉瓦時級生產(chǎn)產(chǎn)能,能否推動這些技術在我國實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化,仍然有待全面驗證。

裝備質量參差不齊,安全問題恐亮紅燈。截至目前,全球累計新型儲能事故超過80起,2021年曾發(fā)生在我國北京的“4.16”儲能電站燃爆事故造成3死1傷的嚴重后果[6]。然而,新型儲能標準體系仍不完善,《電化學儲能電站設計標準》是目前該領域唯一正在實施的強制性國家標準;行業(yè)門檻不高,數(shù)百家企業(yè)跨界涌入,造成產(chǎn)品質量良莠不齊。據(jù)調(diào)研,已投運的新型儲能電站普遍存在故障率高、容量衰減、效率低下等問題,電池試驗合格率不足60%,可能埋下安全隱患。

(四)新型儲能市場機制仍難盈利

據(jù)調(diào)研,除用戶側儲能、發(fā)電側火儲聯(lián)合的部分項目盈利,其余發(fā)電側、電網(wǎng)側新型儲能項目大部分面臨“穩(wěn)賠不賺”的尷尬局面。不同于歐美國家新型儲能發(fā)展受市場用戶需求驅動,當前我國新型儲能主要受政策影響,并且電力市場體系建設剛起步,尚不完善。發(fā)電側配建儲能無盈利模式且損耗自擔,收益主要靠減少“棄風棄光”增加電費收入和減少考核費用,經(jīng)濟性并不顯著,相當于發(fā)電企業(yè)在被動接受配儲的同時仍需支付大額輔助服務費用,反而增加了經(jīng)濟負擔;電網(wǎng)側儲能已逐步建立了新能源租賃、容量補償、參與輔助服務(調(diào)峰、調(diào)頻等)和現(xiàn)貨市場等多重盈利模式,但多在試點階段,效果有待驗證,且輔助服務市場規(guī)模小、產(chǎn)品種類少、機制不完善,不利于發(fā)揮新型儲能技術優(yōu)勢、實現(xiàn)盈利。以儲能市場化商業(yè)模式發(fā)展較為領先的山東省為例,在“新能源租賃、現(xiàn)貨電能量交易、容量補償”三重收益下,獨立儲能電站僅能維持微利,受新能源租賃價格、容量補貼不穩(wěn)定和現(xiàn)貨價差減小影響,未來面臨收益率變低的風險;用戶側儲能盈利模式單一,高度依賴峰谷電價差套利,目前僅有廣東、浙江等峰谷電價差較大地區(qū)能夠真正實現(xiàn)盈利。

三、推動我國新型儲能規(guī)?;l(fā)展的對策建議

(一)“三步走”分階段錨定新型儲能發(fā)展定位

電力系統(tǒng)的正常供電需要維持電力平衡(功率層面)、電量平衡(能量層面)和系統(tǒng)穩(wěn)定(安全層面)。綜合考慮投資成本、度電成本、技術成熟度、新能源滲透比例、電價接受能力,找準不同階段新型儲能技術自身定位,分三步走:

當前階段,充分發(fā)揮響應快、精度高、選址靈活、建設周期短等技術優(yōu)勢,聚焦調(diào)峰、調(diào)頻、爬坡等功率調(diào)節(jié)作用,與傳統(tǒng)電源、抽水蓄能形成錯位發(fā)展,支撐系統(tǒng)電力平衡。

中期階段,構網(wǎng)儲能技術日益完善,發(fā)揮穩(wěn)定控制作用,支撐系統(tǒng)安全穩(wěn)定。

遠期階段,長時儲能技術成熟、成本下降、新能源滲透率進一步提高,發(fā)揮能量調(diào)節(jié)作用,支撐系統(tǒng)電量平衡,實現(xiàn)高比例新能源電力系統(tǒng)的電力、電量平衡和安全穩(wěn)定支撐。

(二)差異化科學制定新型儲能規(guī)劃運行規(guī)范

充分考慮新型儲能不同技術特點、電網(wǎng)潮流分布改變和應用場景需求差異的復雜性,杜絕一概而論的“粗獷式”計量和配置儲能,面向發(fā)電側、電網(wǎng)側和負荷側等不同應用場景,針對鋰離子、液流電池、重力儲能、飛輪儲能等不同技術,差異化制定規(guī)劃計算規(guī)范,實現(xiàn)“一技術、一場景、一規(guī)范”。

研究比較發(fā)電側“新能源+儲能”一體化和新能源配儲分散式兩種調(diào)度方式優(yōu)劣勢,明確不同調(diào)度模式的適用場景和相應規(guī)范;研究電網(wǎng)側儲能“一體多用,分時復用”控制方法,盡快確立滿足不同技術特點、發(fā)揮多重應用價值的新型儲能調(diào)度方式;積極試驗虛擬電廠能源管理新模式,推動用戶側儲能納入調(diào)度范圍,發(fā)揮對系統(tǒng)電力的保供支撐作用。

(三)跟蹤示范、加強標準引導產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展

理順“新技術競爭淘汰”與“大規(guī)模產(chǎn)業(yè)布局”之間的矛盾,建立國家級示范項目動態(tài)跟蹤評價制度,建設示范項目跟蹤數(shù)據(jù)庫,客觀評價總結新技術運行經(jīng)驗,審慎發(fā)布評價結果,動態(tài)引導產(chǎn)業(yè)優(yōu)化布局,減小短期內(nèi)大規(guī)模布局階段性技術導致資源浪費的風險。

統(tǒng)籌好標準門檻與產(chǎn)業(yè)促進的關系,加快完善新型儲能安全強制性國家標準,改進本體制造生產(chǎn)工藝,研究產(chǎn)品質量快速檢測方法,加強產(chǎn)品質量控制環(huán)節(jié),建立第三方檢測認證機構,強制新型儲能并網(wǎng)檢測制度,嚴控本體制造、系統(tǒng)集成、并網(wǎng)運行各環(huán)節(jié)質量,確保儲能電站“能調(diào)能用”。

(四)創(chuàng)新機制、增量定制推動市場盈利循環(huán)

加快推動新型儲能發(fā)展由“政策驅動”轉向“市場驅動”,構建反映新型儲能真實價值的多層次市場體系?,F(xiàn)階段,我國電力市場體系不完善,而輔助服務市場適于發(fā)揮儲能調(diào)節(jié)功能,并且易于增量定制,可圍繞電力支撐定位,定制新型儲能參與調(diào)峰、一次調(diào)頻、頻率響應、爬坡、備用、黑啟動、慣量支撐等服務的市場創(chuàng)新產(chǎn)品,按新能源滲透比例逐步提高輔助服務費用,并打破“零和規(guī)則”向用戶側疏導輔助服務成本;推動“新能源+儲能”整體參與現(xiàn)貨和中長期市場,提高新能源參與電能量市場的議價能力;探索新型儲能容量補償、容量電價向容量市場轉變,有效反映儲能保供價值。

推動新能源配儲轉為獨立儲能,全面激活發(fā)電側儲能;創(chuàng)新共享儲能定價機制,合理分攤儲能建設成本;支持分布式儲能以虛擬電廠參與電力市場,完善用戶側儲能盈利方式,形成市場引導新型儲能投資盈利的正向循環(huán)。

參考文獻

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[2]中國電力企業(yè)聯(lián)合會.儲能產(chǎn)業(yè)年度回顧及趨勢展望—暨2023年儲能產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)發(fā)布[R].北京,2023.

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[6]張宗玟,梁雙,嚴超.碳達峰碳中和背景下電化學儲能安全有序發(fā)展研究與建議[J].中國工程咨詢,2021(10):41-45.

注:原文載自《中國工程咨詢》2024年第6期,本次發(fā)表有改動。文中圖片來源于網(wǎng)絡,版權歸原作者所有。




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