王 琤

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獨立電池儲能電站應(yīng)用于新能源發(fā)電領(lǐng)域探討

王 琤

（中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟，北京 100022）

1 儲能技術(shù)在新能源發(fā)電中的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 儲能技術(shù)在新能源發(fā)電中的應(yīng)用現(xiàn)狀

在我國與可再生能源相關(guān)的儲能應(yīng)用，主要分為兩種類型：一類是用戶端分布式發(fā)電及微電網(wǎng)中儲能的應(yīng)用；另一類是集中式風(fēng)光電站（可再生能源并網(wǎng)）儲能應(yīng)用。根據(jù)中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟（CNESA）的不完全統(tǒng)計，截至2015年底，這兩類應(yīng)用累計裝機規(guī)模已超過中國市場的80%，從項目個數(shù)上看，也遙遙領(lǐng)先其他應(yīng)用。

（資料來源：CNESA數(shù)據(jù)庫，2015）

（資料來源：CNESA數(shù)據(jù)庫，2015）

我國風(fēng)電、光伏消納困難的“三北”地區(qū)，主要為集中式風(fēng)光電站，儲能應(yīng)用于這一領(lǐng)域主要的作用為削峰填谷、平滑出力、跟蹤計劃出力、輔助電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行等。目前較為大型的集中式風(fēng)光電站儲能項目如下。

（1）張北風(fēng)光儲輸示范工程（一期）位于河北省張家口市張北縣，一期計劃建設(shè)風(fēng)電10萬千瓦，光伏發(fā)電4萬千瓦，儲能2萬千瓦。2011年12月開始，儲能系統(tǒng)陸續(xù)投運，目前已投運的儲能19萬千瓦，具體為：比亞迪，磷酸鐵鋰6000 kW/36000 kW·h；東莞新能源，磷酸鐵鋰4000 kW/16000 kW·h；萬向，磷酸鐵鋰1000 kW/2000 kW·h；中航鋰電，磷酸鐵鋰3000 kW/9000 kW·h；奧泰，鈦酸鋰1000 kW/500 kW·h；普能，全釩液流電池2000 kW/8000 kW·h；南都電源，鉛酸電池1000 kW/6000 kW·h；雙登，鉛酸電池1000 kW/6000 kW·h。

（2）國電和風(fēng)北鎮(zhèn)風(fēng)場儲能項目 位于遼寧省錦州市北鎮(zhèn)市，風(fēng)電裝機規(guī)模9.9萬千瓦，儲能8000 kW。2015年1月投運，儲能系統(tǒng)具體為：東莞新能源，磷酸鐵鋰3000 kW/6000 kW·h；力神，磷酸鐵鋰1000 kW/2000 kW·h；中航鋰電，磷酸鐵鋰1000 kW/2000 kW·h；大連融科，全釩液流電池2000 kW/4000 kW·h；超級電容，集星科技1000 kW/83.33 kW·h。

（3）龍源法庫臥牛石風(fēng)電場項目 位于遼寧省沈陽市，風(fēng)電裝機規(guī)模5萬千瓦，儲能5000 kW。2013年2月投運，采用的儲能系統(tǒng)為：全釩液流電池，大連融科5000 kW/10000 kW·h。

（4）科陸電子風(fēng)光儲項目 位于甘肅省玉門市，光伏裝機規(guī)模1.5萬千瓦，風(fēng)電裝機規(guī)模1萬千瓦，儲能規(guī)模1萬千瓦。2016年6月投運，采用的儲能系統(tǒng)為：磷酸鐵鋰，6000 kW；磷酸鐵鋰（移動式儲能電站）4000 kW。

1.2 儲能技術(shù)在新能源發(fā)電應(yīng)用中面臨的問題

目前儲能技術(shù)在新能源發(fā)電中應(yīng)用，面臨的最主要問題是缺乏盈利模式。理論上，儲能可以改善風(fēng)電質(zhì)量，減輕電網(wǎng)壓力，參與電力市場提供輔助服務(wù)等，但這些應(yīng)用目前都沒有明確的參與機制與結(jié)算方式，因此價值不能正確衡量，并獲得相應(yīng)回報。

在目前情況下，參與風(fēng)電場削峰填谷是比較能清晰計算的儲能應(yīng)用，以1 kW·h的鋰離子電池系統(tǒng)為例，簡要計算表明，削峰填谷尚不能使儲能獲得足夠的經(jīng)濟收益

（1）1 kW·h的鋰離子電池儲能系統(tǒng)，包含電池本體、電池管理系統(tǒng)、PCS等在內(nèi)，國內(nèi)造價大約為2500～3000元，按3000次循環(huán)，每次80%充放電深度計算，則不考慮其它成本，生命周期內(nèi)度電成本大約為1.04～1.25元（）；

（2）儲能參與削峰填谷，購電電價為棄風(fēng)電價，售電電價為風(fēng)電上網(wǎng)電價，假設(shè)棄風(fēng)電價為零，系統(tǒng)充放電效率為90%，則儲能充放1度電的收益即為風(fēng)電上網(wǎng)電價（）；

（3）根據(jù)最新發(fā)布的《關(guān)于完善陸上風(fēng)電光伏發(fā)電上網(wǎng)標(biāo)桿電價政策的通知》，2016年，我國風(fēng)電上網(wǎng)電價按地區(qū)不同分別為0.47元/kW·h、0.5元/ kW·h、0.54元/kW·h。

儲能應(yīng)用于風(fēng)電場削峰填谷，其度電成本高于上網(wǎng)電價至少0.5元，如沒有相關(guān)補貼政策，則完全沒有經(jīng)濟利益可言。因此要推動儲能在風(fēng)電場中應(yīng)用，需要進步拓展儲能的應(yīng)用，例如參與服務(wù)價值較高的電力輔助服務(wù)市場，為電網(wǎng)提供備用服務(wù)，收取容量費用等。

另外，整合性儲能系統(tǒng)也為儲能電站的建設(shè)運營帶來了一定的困難。

目前我國集中式風(fēng)光電站儲能應(yīng)用基本上是與某一風(fēng)光電站配套建設(shè)（這里稱為整合型儲能系統(tǒng)）。整合型儲能系統(tǒng)，這種方式一方面投資建設(shè)由風(fēng)光電站業(yè)主負(fù)責(zé)，大量投資成本的增加有可能會減緩儲能電站的建設(shè)步伐；另一方面，其生產(chǎn)運營由風(fēng)光電站主導(dǎo)，因此電網(wǎng)不能從全局最優(yōu)化的角度調(diào)度儲能資源，儲能可實現(xiàn)的功能大打折扣；再者，與風(fēng)光電站捆綁運營時，還需區(qū)分風(fēng)光電站和電網(wǎng)的收益，才能正確結(jié)算，因此對最后的付費機制的設(shè)定也造成了一定的困難。

為了解決以上難題，比亞迪提出了在集中式風(fēng)光電站區(qū)域建設(shè)獨立電池儲能電站的構(gòu)想，希望通過協(xié)調(diào)區(qū)域內(nèi)風(fēng)光電站和儲能電站的運行，在目前成本較高的前提下，最大程度上發(fā)揮儲能電站的價值，促進儲能商業(yè)化應(yīng)用，幫助新能源解決消納難題。

2 獨立電池儲能電站應(yīng)用方式探討

2.1 獨立電池儲能電站解決方案介紹

獨立電池儲能電站解決方案的總體構(gòu)想如下：在新能源發(fā)電集中地區(qū)的330 kV（或類似電壓等級）的母線上，選擇合適地點建立獨立的電池儲能電站（energy storage station，ESS），該ESS相當(dāng)于小型抽水蓄能電站，ESS直接接受當(dāng)?shù)厥〖墸ɑ虻貐^(qū)級）電網(wǎng)調(diào)度控制，省調(diào)（或地調(diào)）依據(jù)該母線各個風(fēng)力發(fā)電站和光伏電站的出力預(yù)測以及實時母線電壓、頻率等情況，控制ESS的充電和放電，達到平滑輸出、調(diào)峰、調(diào)頻的目的。

以甘肅橋灣330 kV輸變電站為例，采用該方式需要為橋灣地區(qū)600 MW的風(fēng)電配備120 MW/240 MW·h的獨立儲能電站。甘肅橋灣地區(qū)有4個風(fēng)電場（華潤橋灣第一風(fēng)電場200 MW、華能橋灣第二風(fēng)電場200 MW、橋灣第三北風(fēng)電場、橋灣第三北風(fēng)電場100 MW、橋灣第三南風(fēng)電場100 MW）將合建一座橋灣330 kV升壓變電所，如圖3所示。

（資料來源：比亞迪）

目前橋灣風(fēng)電場的出力波動較大，從小于15%的出力到大于80%的出力，一般每隔幾天都會發(fā)生一次，甚至日內(nèi)都會出現(xiàn)從接近零出力到額定出力的大范圍波動。連續(xù)數(shù)日出力很小和很大的情況比較罕見，日出力波動30%～50%比較常見。風(fēng)電波動和不可以預(yù)測性給甘肅骨干網(wǎng)造成了巨大的壓力。

配置儲能系統(tǒng)對風(fēng)電輸出功率波動進行平抑，綜合計算，將目前橋灣330 kV變電站1 min最大波動率3.6%、最大波動量21.6 MW下降到8 MW需要配置儲能約120 MW/240 MW·h。

2.2 與現(xiàn)有方式的對比分析

獨立電池儲能電站解決方案與現(xiàn)有的整合型儲能系統(tǒng)相比，具有以下優(yōu)點。

（1）可實現(xiàn)較多的功能由于獨立型儲能電站可由電網(wǎng)直接調(diào)度，與區(qū)域內(nèi)多個風(fēng)光電站協(xié)調(diào)運行，從原理上看，可類似于小型抽水蓄能電站，可為電網(wǎng)穩(wěn)定安全運行提供多重服務(wù)。例如：調(diào)峰、調(diào)頻、備用、跟蹤計劃發(fā)電、平滑風(fēng)電出力等。

（2）儲能計量及價值核算相對簡單 由于儲能電站獨立運營，相對整合型儲能系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)電量容易統(tǒng)計，另外，再為電網(wǎng)提供輔助服務(wù)時，服務(wù)的種類及計量也相對容易，因此會一定程度上簡化儲能電站的運營難度，并促進儲能電站根據(jù)電力市場相關(guān)機制形成一定的商業(yè)模式。

（3）投資主體清晰，評估容易 獨立儲能電站與發(fā)電設(shè)備徹底分開，在投資界面上，主體清晰明確，因此其產(chǎn)權(quán)與收益也會相應(yīng)明晰，如有儲能補貼，則補貼的主體也相應(yīng)確實。另外，在進行投資評估時，由于主體明晰，投資評估的難度也會相應(yīng)降低。這有利于提升投資人的積極性，推動儲能項目的開展。

（4）國家儲能補貼政策出臺更具針對性 由于與發(fā)電設(shè)備分開，因此在出臺儲能補貼政策時，更容易明晰儲能本身的價值，以及確定補貼的方式與額度。另外，在排除發(fā)電設(shè)備的投資成本后，獨立儲能電站的投資體量也會大大下降，從而補貼的總體量也會相應(yīng)下降。

3 促進獨立電池儲能電站發(fā)展的建議

為促進獨立電池儲能電站的發(fā)展，政府及電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)從以下幾方面進行布局。

3.1 明確獨立儲能電站的補貼或計費方式

明確補貼或計費方式，對儲能系統(tǒng)，不僅是獨立儲能電站，建立商業(yè)模式至關(guān)重要。目前尚無明確的政策對儲能系統(tǒng)參與電力市場做出規(guī)定，包括參與方式、計費標(biāo)準(zhǔn)、補貼標(biāo)準(zhǔn)等。國家能源局2016年6月發(fā)布的《關(guān)于促進電儲能參與“三北”地區(qū)電力輔助服務(wù)補償（市場）機制試點工作的通知》，準(zhǔn)許10 MW/40 MW·h以上的電儲能系統(tǒng)（含整合型儲能系統(tǒng)、獨立型儲能系統(tǒng)）參與輔助服務(wù)市場，提供調(diào)峰、調(diào)頻服務(wù)，但具體的結(jié)算方式并未制定。

對于獨立儲能電站補貼及結(jié)算的方式，應(yīng)避免只考慮一次性建設(shè)補貼，能促進電站持久運營的電價、補貼機制的制定可促進儲能電站在電網(wǎng)中長久發(fā)揮作用，可以考慮以下兩種形式。

（1）采用類似于抽水蓄能的結(jié)算方式，設(shè)置價格機制獨立儲能電站從功能上講，與小型抽數(shù)蓄能電站類似，因此可以借鑒抽水蓄能的管理方式進行設(shè)定，從而形成可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)營模式。目前我國的抽水蓄能電站，經(jīng)營模式及定價機制見表1。

表1 中國抽水蓄能電站的經(jīng)營模式及電價機制

資料來源于CNESA。

如采用容量電價的形式，假設(shè)容量電價為600元/kW·年，上述橋灣變電站600 MW風(fēng)電120 MW/240 MW·h儲能系統(tǒng)，在額外提供30%的建設(shè)費用（電站總投資約7.2億元，30%建設(shè)補貼約2.16億元）的情況下，預(yù)計投資回收年限為7年左右，對于投資者來說，將具有一定的吸引力。

（2）納入電力系統(tǒng)輔助服務(wù)范疇，制定相關(guān)政策，促進儲能電站參與輔助服務(wù) 《關(guān)于促進電儲能參與“三北”地區(qū)電力輔助服務(wù)補償（市場）機制試點工作的通知》已經(jīng)允許儲能參與電力輔助服務(wù)，但相關(guān)的結(jié)算機制并未確定。在現(xiàn)行主要以火電機組參與的電力輔助服務(wù)市場中，“三北”地區(qū)調(diào)峰的結(jié)算方式如表2所示。

表2“三北”地區(qū)調(diào)峰輔助服務(wù)現(xiàn)行結(jié)算方法

資料來源于CNESA。

同樣以橋灣變電站120 MW/240 MW·h獨立儲能電站為例，假設(shè)一天參與2次調(diào)峰，且儲存的 電量在用電高峰時段按照風(fēng)電上網(wǎng)電價賣出（按 0.5元/kW·h計算），充放電效率90%，一年按365天計算，則不同地區(qū)的收益情況見表3。

表3 不同地區(qū)收益情況對比

如儲能電站進一步參與其它輔助服務(wù)，例如調(diào)頻輔助服務(wù)，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計，有可能獲得更多的收益，進而進一步縮短投資回報期。對于儲能系統(tǒng)來說，可以參與輔助服務(wù)市場，顯然可以促使儲能形成一定的商業(yè)模式，目前還沒有明確的儲能參與輔助服務(wù)市場的規(guī)則制定，但如果按照現(xiàn)行的模式，在一些地區(qū)已經(jīng)具備盈利空間，未來應(yīng)根據(jù)儲能的特點，制定適應(yīng)的規(guī)則，促進儲能的應(yīng)用。

3.2 制定更嚴(yán)格的風(fēng)電、光伏準(zhǔn)入規(guī)則，促進儲能應(yīng)用

例如對風(fēng)電、光伏的電能質(zhì)量制定嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，促進儲能應(yīng)用。目前的標(biāo)準(zhǔn)較為寬松，風(fēng)電站、光伏電站在提高風(fēng)電、光伏發(fā)電質(zhì)量的問題上，動力不足。以風(fēng)電的波動率為例，根據(jù)2005年發(fā)布的《風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》，我國風(fēng)電場的波動率的控制標(biāo)準(zhǔn)見表4。

表4 我國風(fēng)電場的波動率的控制標(biāo)準(zhǔn)

張北風(fēng)光儲輸示范項目的相關(guān)經(jīng)驗表明，以上標(biāo)準(zhǔn)不足以促進儲能的應(yīng)用。制定更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，在沒有儲能設(shè)備的參與的情況下，達標(biāo)困難，例如每分鐘變化率2%，每10分鐘變化率7%，這將大大促進風(fēng)光電站應(yīng)用儲能的積極性。

3.3 明確電網(wǎng)的責(zé)任

在前期電網(wǎng)建設(shè)運營示范項目，積累相關(guān)調(diào)度管理經(jīng)驗后，儲能電站的建設(shè)應(yīng)該從電網(wǎng)釋放，儲能建設(shè)的投資方應(yīng)向獨立于電網(wǎng)的第三方轉(zhuǎn)移，而電網(wǎng)將主要承擔(dān)以下責(zé)任：①主動為儲能設(shè)施接入電網(wǎng)提供服務(wù)；②電力調(diào)度機構(gòu)負(fù)責(zé)并準(zhǔn)確計量儲能電站電量、電力服務(wù)，按規(guī)定及時結(jié)算儲能電站收益；③協(xié)調(diào)區(qū)域風(fēng)電站與儲能電站的運營，提供相關(guān)電力數(shù)據(jù)，幫助研究、制定儲能電站的優(yōu)化運行策略；④結(jié)合運行情況，研究制定儲能電站并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范儲能電站運行；⑤積極協(xié)助建立電力輔助市場。