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隨(suí)著碳達峰碳中和的推進,風能、太陽能等新能(néng)源快速發展。光伏發電和風力發電波動性、隨機性強,受資源位置約束,造成(chéng)電(diàn)力供需(xū)在時間、空間尺度(dù)上的(de)不平衡(héng),給電力係統帶來前所未有的挑戰。以電化學儲(chǔ)能為代表(biǎo)的新型儲能具(jù)有響應速度快、項目選址靈活和建設周期短等(děng)特點,能夠實現主動支撐(chēng)、慣量管理、快速頻率響應和黑啟動等功能,可(kě)作為重(chóng)要的靈活(huó)調節資源助力構建(jiàn)新型電力係統。
我國儲能行(háng)業呈現多元化發展趨勢
參(cān)照國家能源局發布的行業標準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(wéi)電化學儲能電站和物理儲能電站。抽水蓄能作(zuò)為傳統的物理儲能技術已在(zài)電力係統中規模(mó)化應用,而新型儲能是指除抽水蓄能以外(wài)的電力儲能(néng)技術。
我國正在構建以(yǐ)抽水蓄能為主、新型儲能為輔的電力儲能體係。新型儲能中鋰離(lí)子電池儲能占(zhàn)據主導地(dì)位,鈉離子電池、液流電池、壓縮空氣、飛輪等其(qí)他儲能在應用規(guī)模上(shàng)也有所突破,應用模(mó)式逐漸增多。
近年來,我國電力儲能裝機快速增長(zhǎng),儲能行業呈現多元化發展趨勢。根據國家能源局的統計數據(jù),截至2023年年底,已(yǐ)投運(yùn)新型儲能項目累計裝機規模達3139萬千瓦/6687萬千瓦時,平均儲能時長2.1小時(shí),2023年新增裝機規模約2260萬千瓦(wǎ)/4870萬千瓦(wǎ)時,較2022年年底增(zēng)長超過260%。在技術路線方麵,鋰離子電池儲能仍處於主導地位,占比超過97%,其集成規模向(xiàng)吉瓦級發展。壓縮空氣儲能和液流電池儲(chǔ)能占比分別為0.5%、0.4%,處於百兆瓦級工程應用示範階段。飛輪、重力、鈉(nà)離子電池等其餘類(lèi)型儲(chǔ)能規模占比較小,仍(réng)處於小容量試點示範階段。
新型儲能(néng)助力保安全、保供(gòng)應、促消納(nà)
近年來,電力(lì)係(xì)統“雙高”特(tè)征凸顯(xiǎn),電網在安全穩定運行、電力電量平(píng)衡、新能源發電消納等方麵麵臨挑戰(zhàn)。
高比例新(xīn)能源的接入導致電(diàn)力係統轉動慣量降(jiàng)低,調節能力和抗(kàng)擾動(dòng)能力下降。同時(shí),配電網有源(yuán)化造成可切負(fù)荷量下降(jiàng)。新能(néng)源發電(diàn)“大(dà)裝機小電量”“極熱無風、晚(wǎn)峰無光(guāng)”特(tè)征顯著,使迎峰度夏、迎(yíng)峰度冬期間保障電力供應難(nán)度增大,日內電力供需平衡的不確定(dìng)性增加。新能源發(fā)電成為電力保(bǎo)供的重要參與(yǔ)者,對於新能源發電出力預測的準確性要求更(gèng)高。風光資源豐富的地區與電力需求大的地區呈逆向分布,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,電力係統需要針對新能源發電日周期(逐日)波(bō)動和日內(逐小時)波動增強相應的靈活調節能力。新(xīn)型儲能可提(tí)供(gòng)毫秒到數天寬時間尺度上(shàng)的雙(shuāng)向靈活調節能力以及功率、能量的雙重支撐,將(jiāng)成為新型電力係統必不可少的調節手段。在(zài)保安全方(fāng)麵(miàn),在高比例新能(néng)源發電和大容量直流接(jiē)入的地區,新型儲能電站可(kě)為電力係統提供慣(guàn)量支撐和一次調頻(pín),降低受端電網頻率失穩的風險。在保供應方麵(miàn),在峰穀差較大的局部電網中,規模化的新型儲能電站可(kě)滿足尖峰時段供電(diàn)需求,降低負荷(hé)峰穀差,延緩輸電網建設及配電網改造升級投資,提(tí)高電網設備的利用率。在促消納方麵,在高比例新能源發電集中接入電網的地(dì)區,規模化的新型儲能電站作為調峰資源,可(kě)助力提高新能源電力消納水平(píng);在高比例分布式電(diàn)源接入中(zhōng)低壓配電網的地區,分(fèn)布式新型儲(chǔ)能電站可抑製分布式電源接(jiē)入造成的功率波動(dòng),降低電壓越限風險,提升配(pèi)電網對新能源發電的接納能力。
未來還需發展長(zhǎng)周期儲能技(jì)術
國家發展改革委、國家能源局(jú)發布的《關於加快推動(dòng)新型儲能(néng)發展的指導意見(jiàn)》提出,到2025年實現新型儲能從商業化初期向(xiàng)規模化發展(zhǎn)轉變;到2030年實(shí)現新型儲能全麵市場化發展。兼顧電力保供和新能源(yuán)發電消納需求,在充分考慮電力係統技術經濟性的前提下,據測算,到(dào)2025年、2030年,國家電(diàn)網有限公司經營區新型儲能配置(zhì)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(shí)。
在中短(duǎn)時間尺度(分鍾級、小時級(jí))和長時間尺度(跨日、跨季節)靈活性調節方麵,目前鋰(lǐ)離子電(diàn)池、壓縮空氣、液流(liú)電池、鈉離子電池和飛輪等(děng)新型儲能(néng)技術的經濟性仍弱於抽水蓄能技術。2030年前,新型儲能(néng)主要應用於轉移日(rì)內尖峰負荷,但還難以成為保障電力係統電力電量供給的重要支撐。2030年後,需要研發低成本、規模化的長周期儲能技術,以解決電力係統長周期調節能力不足問題。
目前(qián),鋰離子電池儲能技術初(chū)步實現(xiàn)了規模化應用,將成為實現碳達峰目標進程中發展速度*快、應用前景*廣(guǎng)的儲能(néng)技術。近年來,鋰離子電池儲能產業本體研(yán)發、規模化集(jí)成、安(ān)全(quán)防護等關鍵技術水平持續提升,通過了規模化應用功能驗(yàn)證。麵向電(diàn)力係統應用的技術標準體係和應用管理體係日趨完善。預計到2030年,鋰離子電池儲能電站單位容量成本將低於抽水蓄(xù)能(néng)電(diàn)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(zǐ)電池、壓縮空氣(qì)、飛(fēi)輪等其他新型儲能技術在部分指標方麵具有相對優勢,是儲能多元化(huà)應用(yòng)場(chǎng)景的備選。但相關技術在綜合技術性能(néng)方麵(miàn)離實際應用需求還存在較大差距,應用(yòng)經濟性還需提升,實際應用效果仍需進一步跟蹤評估與驗證,同時還需加快麵向電(diàn)力係統應用的技術標(biāo)準體係和應用管理體係建設。
不同類(lèi)型的儲(chǔ)能出力性能大不相(xiàng)同,出力特征(zhēng)需要(yào)與應用場(chǎng)景適配才更能發(fā)揮出相應的優勢。目前,鋰離子電池、壓縮空氣、液流電池(chí)、鈉離子電池(chí)和飛輪等新型儲能均為日內型靈(líng)活性調節資源。以目前已有的技術儲備來看(kàn),已大規模應(yīng)用的儲能技術難以在低成本(běn)、高安全性、長周期(100小時以上)、大(dà)規模等綜合性能方麵實現突破,學界認(rèn)可的長周期儲能技術方向主要包(bāo)括規模化儲熱、儲水和(hé)氫(qīng)儲能。