摘要：在碳達峰、碳中和雙碳目標愿景下，國家發(fā)改委、國家能源局及各省市發(fā)改委、能源局相繼發(fā)布了《關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》《“十四五"新型儲能發(fā)展實施方案》《“十四五"新型儲能的發(fā)展規(guī)劃》等重要文件，新型儲能規(guī)劃建設由此展開。經(jīng)推算，到2025年新型儲能裝機規(guī)模將達30GW以上，其中新能源配儲將占儲能市場規(guī)模的45%。本文將從新能源配儲的必要性和所起到的作用等方面開展論述。

關鍵詞：新型儲能；電化學儲能；風電裝機

1新型儲能的發(fā)展背景

“雙碳"目標下，我國正在建設含高比例新能源的新型電力系統(tǒng)，以風/光為主的新能源加速發(fā)展，當前，已經(jīng)暴露出電力緊缺和棄風限電雙重風險并存趨勢。新能源主要以波動、隨機的風/光為主，2022年我國新能源新增裝機達1.25億kW，占全國新增發(fā)電機組的63%，已成為我國電力新增裝機的主體。2023年4月12日，國家能源局發(fā)布關于印發(fā)《2023年能源工作指導意見》的通知。其中明確，2023年風光發(fā)電量占全社會用電量的比重達到15.3%，風光裝機增加1.6億kW左右，風光發(fā)電能力已成為我國新增發(fā)電量的主體之一。與此同時，我國電力緊缺與棄風限電風險并存。在此背景下，儲能將成為建設高比例新能源供給消納體系、提高電網(wǎng)柔性和靈活性的關鍵應用技術。

2新能源配置儲能的必要性

在新能源發(fā)展之初，裝機容量較火電相比極少，電力系統(tǒng)通過常規(guī)電源的調(diào)節(jié)可以消納新能源，調(diào)峰問題表現(xiàn)的不明顯。隨著新能源并網(wǎng)比例的不斷增加，由于新能源出力的隨機性、波動性和階段性反調(diào)峰特性，系統(tǒng)凈負荷波動性加大、谷峰差加大、隨機性加大、谷峰切換速度加大，對調(diào)峰資源的規(guī)模、調(diào)峰能力、響應速度、爬坡速度提出了更高的要求，僅僅依靠火電等常規(guī)電源來實現(xiàn)電力平衡已經(jīng)不太現(xiàn)實。而且，在電力系統(tǒng)新能源裝機占比不斷上升的同時，火電、核電等可靠性電源占比卻逐步降低，疊加氣候?qū)λ姵隽Φ挠绊?，大大削弱供給側響應與調(diào)節(jié)能力。供給側負荷調(diào)節(jié)需求必須依靠清潔高效的儲能裝機彌補。除滿足調(diào)節(jié)需求外，儲能對于電網(wǎng)的電力傳輸與安全很有幫助，還能起到減緩電網(wǎng)阻塞、提供備用和黑啟動等作用。對于發(fā)電側，儲能能夠起到平滑新能源波動、提高新能源消納的作用。而負荷側的儲能裝機，能夠大大提升負荷側的自我平衡能力和響應能力。因此，儲能的規(guī)?；l(fā)展可推動解決新能源發(fā)電隨機性、波動性、季節(jié)性、不均衡性帶來的系統(tǒng)平衡問題，是建設高比例新能源供給消納體系、提高電網(wǎng)柔性和靈活性的關鍵技術。

3風光等新能源規(guī)模應用面臨的痛點及配置儲能的優(yōu)勢

風電、光伏應用面臨的痛點主要包括：一是輸出功率的頻繁變化造成電網(wǎng)電壓波動、閃變和頻率波動等；二是風光出力難以控制，可調(diào)節(jié)性有限；三是可再生能源出力不穩(wěn)定需配置備用電源和電網(wǎng)通道容量，增加成本；四是出力和用電負荷峰谷不匹配，造成棄風限電。

新能源配儲的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在4個方面：一是可動態(tài)吸收并儲存來自發(fā)電側或電網(wǎng)的電能，減輕因電壓波動、閃變等對電網(wǎng)造成的影響，在需要時釋放，從而改變電能生產(chǎn)、輸送和使用同步完成的模式，使得實時平衡的“剛性"電力系統(tǒng)變得更加“柔性"；二是緩解局部因輸電通道受阻引發(fā)的棄電或因電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰能力不足引發(fā)的限電，增強電網(wǎng)可調(diào)節(jié)性；三是儲能系統(tǒng)可平衡可再生能源出力，滿足新能源并網(wǎng)后面臨的各項考核；四是儲能充電模式可采用峰發(fā)谷存模式，緩解棄風限電的同時，可為電網(wǎng)提供調(diào)頻調(diào)峰等輔助服務和提供應急供電等。

4新能源配置儲能的控制策略及盈利模式介紹

新能源控制策略：一是根據(jù)政策規(guī)定和收益確定儲能類型和控制目標；二是合理設置儲能控制動作優(yōu)先級，優(yōu)先保障電網(wǎng)需求和單位電量收益；三是儲能SOC應始終保留有充放電余地；四是積極促進儲能和新能源的協(xié)調(diào)控制。

對應的盈利模式：一是降低限電量獲得收益；二是降低一次調(diào)頻、出力波動、風功率預測偏差引起的考核；三是二次調(diào)頻輔助服務收益和調(diào)峰輔助服務收益。還可通過實現(xiàn)黑啟動、調(diào)壓等服務獲得收益。

5新型儲能種類及成本介紹

截止2021年底，全球已投運儲能項目中，抽水蓄能裝機規(guī)模約195.3GW，占比低于90%。新型儲能累計裝機規(guī)模3000萬kW，同比增長67.7%，其中鋰離子電池裝機2300萬kW·h，占主導地位。2022年我國儲能累計裝機功率約56.9GW，其中抽水蓄能累計裝機功率約為45.1GW，占儲能裝機總量的79.3%，新型儲能累計裝機功率約為11.2GW，占儲能裝機總量的19.8%。在新型儲能裝機中，鋰離子電池占比最高，接近90.7%，壓縮空氣占比為1.9%，飛輪儲能占比為0.3%，鉛酸電池占比為0.8%，液流電池占比為3.5%。新型儲能主流種類目前主要有以下3種。

5.1飛輪儲能

目前處于發(fā)展階段，商業(yè)化應用有待進一步挖掘。飛輪儲能是通過電能將放在真空外殼內(nèi)的轉子加速，從而將電能轉化為動能的形式存儲起來，利用大轉輪所儲存的慣性能量存儲電能。飛輪儲能具有響應時間快、功率密度高、不受充放電次數(shù)限制、綠色無污染等特點，非常適合快速大功率充放電應用場合。飛輪儲能的響應時間可達到毫秒級，單機功率可達2000~3000kW，可實現(xiàn)儲能0.5~100kWh，且沒有化學儲能充放電次數(shù)限制。其缺點是成本較高，能量密度較低、儲能容量小、安全性有待進一步提高。

飛輪儲能技術主要應用于新能源配儲的調(diào)頻功能，但因其成本、轉換率、使用壽命、安全性影響，商業(yè)化應用場景還未建立，多為試點項目。但從長遠來看，飛輪儲能未來市場需求較為廣闊，隨著大規(guī)模新能源項目并網(wǎng)，電網(wǎng)頻率的波動性會隨之增大，電網(wǎng)對類似飛輪儲能這種短時高頻的儲能技術需求會越來越迫切。目前飛輪儲能使用的飛輪及磁懸浮軸承價格較高，投資成本在10~15元/W，高于其他儲能方式。

5.2壓縮空氣儲能

壓縮空氣儲能系統(tǒng)是以高壓空氣壓力作為能量介質(zhì)存儲，在需要調(diào)用時通過高壓空氣膨脹做功來發(fā)電的系統(tǒng)。壓縮空氣儲能的儲能量級可與抽水蓄能相媲美，功率可達百兆瓦級，且建設周期較短，一般只需要12~18個月。形式主要有傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)、帶儲熱裝置的壓縮空氣儲能系統(tǒng)、液氣壓縮儲能系統(tǒng)。和傳統(tǒng)的電池技術相比，壓縮空氣儲能技術的壓力容器的壽命更長，毒性更低，成本更低，可以長時間存儲能量并且只需要很少的維護。目前，壓縮空氣儲能投資成本在5~6元/Wh；度電成本約為0.45~0.5元/kWh，度電成本明顯低于電化學儲能。

此外，壓縮空氣儲能在電源側應用主要與光伏、風電相結合，構成風儲或光伏一體化系統(tǒng)，提升新能源發(fā)電消納率，但目前尚未有新能源側大型壓縮空氣儲能投運，主要存在21個問題：一是三北沙戈荒等重點大型風光基地一般沒有鹽穴等地下儲氣資源，需采用人工硐室進行儲氣，導致儲氣成本和施工周期增加。二是壓縮空氣儲能響應尺度與風電波動性的匹配有待于進一步研究，一方面需進一步拓展CAES寬負荷、變工況運行特性；另一方面需要研究CAES與電池、飛輪等混合儲能系統(tǒng)的可行性和經(jīng)濟性。

5.3電化學儲能

電化學儲能是指利用化學元素做儲能介質(zhì)，伴隨儲能介質(zhì)的化學反應進行充放電過程。主要包括液流電池、鈉硫電池、鋰離子電池等。

5.4液流電池

液流電池儲能是利用液態(tài)活性物質(zhì)在離子交換膜進行氧化還原反應，由電堆單元、電解液、電解液存儲供給單元以及管理控制單元等部門組成，液流電池儲能電解液基質(zhì)采用水性溶液，使用過程中沒有固相反應，因此不存在起火、爆炸等風險，具有安全穩(wěn)定、容量高、循環(huán)壽命長、容易回收等特點。液流電池根據(jù)電極活性物質(zhì)不同，可分為全釩、鋅鎳、鋅鐵、鐵鉻等體系。其中，全釩液流電池應用較為成熟。液流電池相比其他儲能電池，具有設計靈活、性能好、電池使用壽命長的特點，可用作削峰填谷、調(diào)頻，能夠滿足大規(guī)模儲能要求。電解質(zhì)溶液容易再生循環(huán)使用、選址自由度大、安全性高、能量效率高、啟動速度快等優(yōu)點。液流電池的缺點是電池能量密度小、電池對環(huán)境溫度要求高、價格貴、系統(tǒng)復雜。系統(tǒng)造價可達3.5~4元/Wh。

5.5鈉硫電池

鈉硫電池儲能，是一種以金屬鈉為負極、硫為正極、陶瓷管為電解質(zhì)隔膜的二次電池。在一定的工作溫度下，鈉離子透過電解質(zhì)隔膜與硫之間發(fā)生的可逆反應，形成能量的釋放和儲存。其具有比能量高和可大電流高功率放電的特點。鈉硫電池理論的比能量為760Wh/Kg，實際已大于150Wh/Kg，且隨著科學界不斷地研究深入，其實際比能量一直在直線上升，這也讓鈉硫電池很有可能成為主流的儲能電池。鈉硫電池的放電電流密度為200~300mA/cm2，并且可以在瞬間釋放出其3倍的固有能量，同時，鈉硫電池也支持大功率充放電，電池所采用的固體電解質(zhì)，也不會像液態(tài)電解質(zhì)一樣會有自放電和副反應，所以鈉硫電池的充放電效率也很高，循環(huán)次數(shù)高達2500次以上。鈉硫電池的缺點是對工作環(huán)境要求苛刻，300℃方能啟動，如果發(fā)生短路故障，溫度會高達2000℃，因此對技術有著高的要求。由于硫和硫化物具有強的腐蝕性，所以需要用到昂貴的抗腐蝕電極材料，電池的整體生產(chǎn)成本較高，達12元/Wh。鈉硫儲能電池國外應用較多，國內(nèi)未能大規(guī)模推廣。

5.6鋰電池

鋰離子電池是指分別用2個能可逆的嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負極構成的電池。按鋰電池材料分，可分為鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池等，其中磷酸鐵鋰電池的應用范圍較為廣泛。鋰電池能量比較高，具有高存儲能量密度，還具備使用壽命長、額定電壓高、高功率承受力優(yōu)、自放電率低、高低溫適應性強、重量較輕等優(yōu)點。其缺點主要集中在安全性較差，鋰離子電池不能大電流放電，有存在爆炸的風險，電能自損耗大，在不使用的狀態(tài)下存儲一段時間后，其部分容量會喪失。目前，鋰離子電池儲能系統(tǒng)的投資成本為1.3~1.7元/Wh。

6安科瑞Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

6.1概述

Acrel-2000MG儲能能量管理系統(tǒng)是安科瑞專門針對工商業(yè)儲能電站研制的本地化能量管理系統(tǒng)，可實現(xiàn)了儲能電站的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢與分析、可視化監(jiān)控、報警管理、統(tǒng)計報表、策略管理、歷史曲線等功能。其中策略管理，支持多種控制策略選擇，包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等。該系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)下級各儲能單元的統(tǒng)一監(jiān)控和管理，還可以實現(xiàn)與上級調(diào)度系統(tǒng)和云平臺的數(shù)據(jù)通訊與交互，既能接受上級調(diào)度指令，又可以滿足遠程監(jiān)控與運維，確保儲能系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟運行。

6.2應用場景

適用于工商業(yè)儲能電站、新能源配儲電站。

6.3系統(tǒng)結構

6.4系統(tǒng)功能

（1）實時監(jiān)管

對微電網(wǎng)的運行進行實時監(jiān)管，包含市電、光伏、風電、儲能、充電樁及用電負荷，同時也包括收益數(shù)據(jù)、天氣狀況、節(jié)能減排等信息。

（2）智能監(jiān)控

對系統(tǒng)環(huán)境、光伏組件、光伏逆變器、風電控制逆變一體機、儲能電池、儲能變流器、用電設備等進行實時監(jiān)測，掌握微電網(wǎng)系統(tǒng)的運行狀況。

（3）功率預測

對分布式發(fā)電系統(tǒng)進行短期、超短期發(fā)電功率預測，并展示合格率及誤差分析。

（4）電能質(zhì)量

實現(xiàn)整個微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進行持續(xù)性的監(jiān)測。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態(tài)數(shù)據(jù)進行監(jiān)測分析及錄波展示，并對電壓、電流瞬變進行監(jiān)測。

（5）可視化運行

實現(xiàn)微電網(wǎng)無人值守，實現(xiàn)數(shù)字化、智能化、便捷化管理;對重要負荷與設備進行不間斷監(jiān)控。

（6）優(yōu)化控制

通過分析歷史用電數(shù)據(jù)、天氣條件對負荷進行功率預測，并結合分布式電源出力與儲能狀態(tài)，實現(xiàn)經(jīng)濟優(yōu)化調(diào)度，以降低尖峰或者高峰時刻的用電量，降低企業(yè)綜合用電成本。

（7）收益分析

用戶可以查看光伏、儲能、充電樁三部分的每天電量和收益數(shù)據(jù)，同時可以切換年報查看每個月的電量和收益。

（8）能源分析

通過分析光伏、風電、儲能設備的發(fā)電效率、轉化效率，用于評估設備性能與狀態(tài)。

（9）策略配置

微電網(wǎng)配置主要對微電網(wǎng)系統(tǒng)組成、基礎參數(shù)、運行策略及統(tǒng)計值進行設置。其中策略包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制、新能源消納、逆功率控制等。

7硬件及其配套產(chǎn)品

8對于儲能發(fā)展的相關建議

8.1豐富儲能應用場景，使新型儲能多元化健康發(fā)展

根據(jù)儲能應用特點及發(fā)展階段各有不同，儲能應用場景逐步呈現(xiàn)出多樣化和多元化發(fā)展。根據(jù)不同儲能時長的需求，儲能的應用場景可以分為容量型（≥4h）、能量型（約1~2h）、功率型（≤30min）和備用型（≥15min）4類。根據(jù)儲能時長要求的不同進行儲能類型劃分，有助于推進以市場應用為導向的技術開發(fā)思路，使不同儲能技術在各自適用的場景中發(fā)揮獨特的性能優(yōu)勢。

8.2不斷完善新型儲能技術產(chǎn)業(yè)的頂層設計

近年來，國家出臺了《關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》《新型儲能項目管理規(guī)范（暫行）》《“十四五"新型儲能發(fā)展實施方案》《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》等一系列政策文件，始終堅持市場主導、政策驅(qū)動，強調(diào)統(tǒng)籌規(guī)劃、多元發(fā)展，鼓勵創(chuàng)新示范、先行先試。但同時，新型儲能產(chǎn)業(yè)的頂層設計扔有優(yōu)化和改進空間。未來，隨著新型儲能產(chǎn)業(yè)政策體系逐步完善和市場環(huán)境不斷優(yōu)化，將會推動新型儲能產(chǎn)業(yè)的快速成熟和發(fā)展。

8.3加快分類制定國內(nèi)新型儲能行業(yè)標準

近幾年，國家正在逐步規(guī)范和完善針對新型儲能的行業(yè)標準，主要包括設計、安裝、運維、安全保護和消防設計等，以及后期回收處置等標準。但在重力儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、液流電池、鈉離子電池等細分領域的相關標準，并未做到細分。建議通過完善的新型儲能各標準體系建設，建立各型儲能產(chǎn)品的高安全、高標準、高品質(zhì)體系建立，推動國內(nèi)相關企業(yè)提高產(chǎn)品兼容性和環(huán)境適應性，助力國內(nèi)儲能企業(yè)與國際接軌并取得顯著突破。

8.4加快建立健全容量電價調(diào)控補償機制

通過合理的電價調(diào)控機制和補償機制扶持新型儲能市場規(guī)?；?、可持續(xù)化發(fā)展。2021年8月，浙江省發(fā)改委發(fā)布了《關于開展新型儲能設施示范應用的實施意見(征求意見稿)》，在全國范圍內(nèi)提出了給予調(diào)峰型儲能項目容量補償，暫定補償期3年，補償費用逐年退坡，分別為200元/kW·年、180元/kW·年、170元/kW·年。隨后，雖然在各地陸續(xù)出臺的儲能發(fā)展規(guī)劃中都對容量電價有所提及，但具體的補償額度及補償機制都未明確。容量電價對于保障儲能電站獲取合理、持續(xù)的收益至關重要，如有細則政策出臺，勢必會扭轉目前主要依靠新能源場站租賃儲能容量，由新能源發(fā)電企業(yè)為儲能電站買單的不合理局面，以更合理的價格機制促進儲能電站的長效持續(xù)發(fā)展。加快研究建立儲能電站容量電價機制，或?qū)⒋龠M各地配套政策出臺。建議通過合理的電價調(diào)控、補償機制扶持新型儲能技術開拓更為可觀的新型電力市場。