中國綠發(fā)青海分公司位于海西州格爾木市新能源基地的電化學儲能電站。王國棟 攝
隨著碳達峰碳中和的推進，風能、太陽能等新能源快速發(fā)展。光伏發(fā)電和風力發(fā)電波動性、隨機性強，受資源位置約束，造成電力供需在時間、空間尺度上的不平衡，給電力系統(tǒng)帶來前所未有的挑戰(zhàn)。以電化學儲能為代表的新型儲能具有響應速度快、項目選址靈活和建設周期短等特點，能夠?qū)崿F(xiàn)主動支撐、慣量管理、快速頻率響應和黑啟動等功能，可作為重要的靈活調(diào)節(jié)資源助力構建新型電力系統(tǒng)。
我國儲能行業(yè)呈現(xiàn)多元化發(fā)展趨勢
參照國家能源局發(fā)布的行業(yè)標準DL/T 2528—2022《電力儲能基本術語》，儲能電站按照不同技術原理分為電化學儲能電站和物理儲能電站。抽水蓄能作為傳統(tǒng)的物理儲能技術已在電力系統(tǒng)中規(guī)?；瘧?，而新型儲能是指除抽水蓄能以外的電力儲能技術。
我國正在構建以抽水蓄能為主、新型儲能為輔的電力儲能體系。新型儲能中鋰離子電池儲能占據(jù)主導地位，鈉離子電池、液流電池、壓縮空氣、飛輪等其他儲能在應用規(guī)模上也有所突破，應用模式逐漸增多。
近年來，我國電力儲能裝機快速增長，儲能行業(yè)呈現(xiàn)多元化發(fā)展趨勢。根據(jù)國家能源局的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2023年年底，已投運新型儲能項目累計裝機規(guī)模達3139萬千瓦/6687萬千瓦時，平均儲能時長2.1小時，2023年新增裝機規(guī)模約2260萬千瓦/4870萬千瓦時，較2022年年底增長超過260%。在技術路線方面，鋰離子電池儲能仍處于主導地位，占比超過97%，其集成規(guī)模向吉瓦級發(fā)展。壓縮空氣儲能和液流電池儲能占比分別為0.5%、0.4%，處于百兆瓦級工程應用示范階段。飛輪、重力、鈉離子電池等其余類型儲能規(guī)模占比較小，仍處于小容量試點示范階段。
新型儲能助力保安全、保供應、促消納
近年來，電力系統(tǒng)“雙高”特征凸顯，電網(wǎng)在安全穩(wěn)定運行、電力電量平衡、新能源發(fā)電消納等方面面臨挑戰(zhàn)。
高比例新能源的接入導致電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量降低，調(diào)節(jié)能力和抗擾動能力下降。同時，配電網(wǎng)有源化造成可切負荷量下降。新能源發(fā)電“大裝機小電量”“極熱無風、晚峰無光”特征顯著，使迎峰度夏、迎峰度冬期間保障電力供應難度增大，日內(nèi)電力供需平衡的不確定性增加。新能源發(fā)電成為電力保供的重要參與者，對于新能源發(fā)電出力預測的準確性要求更高。風光資源豐富的地區(qū)與電力需求大的地區(qū)呈逆向分布，新能源電力消納和外送的難度較大。
為保安全、保供應、促消納，電力系統(tǒng)需要針對新能源發(fā)電日周期(逐日)波動和日內(nèi)(逐小時)波動增強相應的靈活調(diào)節(jié)能力。新型儲能可提供毫秒到數(shù)天寬時間尺度上的雙向靈活調(diào)節(jié)能力以及功率、能量的雙重支撐，將成為新型電力系統(tǒng)必不可少的調(diào)節(jié)手段。在保安全方面，在高比例新能源發(fā)電和大容量直流接入的地區(qū)，新型儲能電站可為電力系統(tǒng)提供慣量支撐和一次調(diào)頻，降低受端電網(wǎng)頻率失穩(wěn)的風險。在保供應方面，在峰谷差較大的局部電網(wǎng)中，規(guī)模化的新型儲能電站可滿足尖峰時段供電需求，降低負荷峰谷差，延緩輸電網(wǎng)建設及配電網(wǎng)改造升級投資，提高電網(wǎng)設備的利用率。在促消納方面，在高比例新能源發(fā)電集中接入電網(wǎng)的地區(qū)，規(guī)模化的新型儲能電站作為調(diào)峰資源，可助力提高新能源電力消納水平;在高比例分布式電源接入中低壓配電網(wǎng)的地區(qū)，分布式新型儲能電站可抑制分布式電源接入造成的功率波動，降低電壓越限風險，提升配電網(wǎng)對新能源發(fā)電的接納能力。
未來還需發(fā)展長周期儲能技術
國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布的《關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》提出，到2025年實現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展轉(zhuǎn)變;到2030年實現(xiàn)新型儲能全面市場化發(fā)展。兼顧電力保供和新能源發(fā)電消納需求，在充分考慮電力系統(tǒng)技術經(jīng)濟性的前提下，據(jù)測算，到2025年、2030年，國家電網(wǎng)有限公司經(jīng)營區(qū)新型儲能配置需求分別為3200萬千瓦/7680萬千瓦時和1億千瓦/2.6億千瓦時。
在中短時間尺度(分鐘級、小時級)和長時間尺度(跨日、跨季節(jié))靈活性調(diào)節(jié)方面，目前鋰離子電池、壓縮空氣、液流電池、鈉離子電池和飛輪等新型儲能技術的經(jīng)濟性仍弱于抽水蓄能技術。2030年前，新型儲能主要應用于轉(zhuǎn)移日內(nèi)尖峰負荷，但還難以成為保障電力系統(tǒng)電力電量供給的重要支撐。2030年后，需要研發(fā)低成本、規(guī)?；拈L周期儲能技術，以解決電力系統(tǒng)長周期調(diào)節(jié)能力不足問題。
目前，鋰離子電池儲能技術初步實現(xiàn)了規(guī)?；瘧茫瑢⒊蔀閷崿F(xiàn)碳達峰目標進程中發(fā)展速度最快、應用前景最廣的儲能技術。近年來，鋰離子電池儲能產(chǎn)業(yè)本體研發(fā)、規(guī)?；?、安全防護等關鍵技術水平持續(xù)提升，通過了規(guī)?；瘧霉δ茯炞C。面向電力系統(tǒng)應用的技術標準體系和應用管理體系日趨完善。預計到2030年，鋰離子電池儲能電站單位容量成本將低于抽水蓄能電站，約為500至700元/千瓦時，度電成本接近0.1元。
液流電池、鈉離子電池、壓縮空氣、飛輪等其他新型儲能技術在部分指標方面具有相對優(yōu)勢，是儲能多元化應用場景的備選。但相關技術在綜合技術性能方面離實際應用需求還存在較大差距，應用經(jīng)濟性還需提升，實際應用效果仍需進一步跟蹤評估與驗證，同時還需加快面向電力系統(tǒng)應用的技術標準體系和應用管理體系建設。
不同類型的儲能出力性能大不相同，出力特征需要與應用場景適配才更能發(fā)揮出相應的優(yōu)勢。目前，鋰離子電池、壓縮空氣、液流電池、鈉離子電池和飛輪等新型儲能均為日內(nèi)型靈活性調(diào)節(jié)資源。以目前已有的技術儲備來看，已大規(guī)模應用的儲能技術難以在低成本、高安全性、長周期(100小時以上)、大規(guī)模等綜合性能方面實現(xiàn)突破，學界認可的長周期儲能技術方向主要包括規(guī)?；瘍帷λ蜌鋬δ?。
作者：楊岑玉 夏力行 吳曉康單位：中國電力科學研究院有限公司
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