認識四:
受技術經濟性影響,電化學儲能目前僅適合作為新能源發電調峰的補充措施
儲能技術類型眾多,可滿足毫秒至數天不同時間尺度的調節需求。調峰介于調頻與容量備用之間,調峰輔助服務市場是我國特有的市場品種,本質上是一種電能量市場,在國外歸為平衡市場或現貨市場,因此電力系統調峰對容量的需求要大于對功率的需求。
目前,各類儲能技術中,抽水蓄能仍是新能源調峰的首要選擇,主要表現為容量大,單個電站規模可達到120~360萬千瓦,能量轉換效率75%~85%,日調節一般為5~6小時,而電化學儲能容量難以達到系統級調峰的規模;抽水蓄能使用壽命長,設計壽命30年,水工建筑物50年以上,而電化學儲能壽命周期多為10年左右;抽水蓄能的能量成本約875~1085元/千瓦時,僅為鋰離子電池的三分之一,且具有明確的兩部制電價回收機制。
抽水蓄能兼具調頻、調峰、調相和黑啟動等多種功能,成為電網安全經濟運行的綜合調節工具。截止到2019年底,我國在運行的抽水蓄能電站將近3000萬千瓦,在建容量達到4600萬千瓦,均遠超投運的170萬千瓦電化學儲能,電化學儲能僅是系統調峰的補充措施。
近年來,電化學儲能價格快速下降,在部分國家已得到商業化應用,主要包括調頻和容量備用兩個領域,如美國的PJM調頻輔助服務市場、英國的快速調頻市場,英國容量市場等。
電化學儲能的優勢在于其快速的響應特性,因此,從電力系統調節的時間尺度上講,更適合對功率要求較高場合,如調頻、緊急功率支撐、可靠供電等領域。對容量要求較高的調峰領域,從經濟性講電化學儲能還難以和其他靈活性資源競爭,如火電靈活性改造、抽水蓄能等。
但電化學儲能并非完全沒有競爭力,受建設選址的局限以及施工周期較長的影響,抽水蓄能電站并不能解決局部網架結構受阻、常規調峰資源匱乏的新能源發電聚集區調峰問題,可通過配置電化學儲能,發揮其“杠桿”作用,以較少的投資替代大規模電網改造或調峰電源投資。
認識五:
新能源平價上網趨勢下儲能可持續發展取決于市場機制的設計
國家發展改革委《關于完善風電上網電價政策的通知》(發改價格〔2019〕882號)指出,2020年I~Ⅳ類資源區符合規劃、納入財政補貼年度規模管理的新核準陸上風電指導價分別為每千瓦時0.29元、0.34元、0.38元、0.47元。自2021年1月1日開始,新核準的陸上風電項目全面實現平價上網,國家不再補貼。
國家發展改革委《關于2020年光伏發電上網電價政策有關事項的通知》(發改價格〔2020〕511號)指出,2020年納入國家財政補貼范圍的I~III類資源區新增集中式光伏電站指導價分別為每千瓦時0.35元、0.4元、0.49元。
文件雖未對光伏發電提出明確的平價上網時間,但今年以來我國新增光伏裝機項目約有三分之二已實現平價上網,預計光伏發電大概率與風電同步,在2021年實現全面平價上網。
近年來以鋰離子電池為代表的電化學儲能價格已經降到了每千瓦時0.5元/次,但與平價上網的新能源發電項目相比,通過配置儲能以電量置換的方式已不具備經濟性。
在電網調峰資源沒有改善的情況下,平價上網項目本質上是擠占了其他新能源的發電空間,隨著新能源發電全面平價上網的到來,電網調峰和全額收購的壓力進一步提升。
既要發展新能源又要保持一定的消納水平,因此地方政府鼓勵平價上網項目的同時配置一定比例的儲能,這無疑提升了新能源發電項目的整體成本,而儲能僅從減少棄風、棄光電量獲取收益無法收回成本。
同時,我們也看到隨著高比例新能源并網的發展,系統不僅僅面臨調峰問題,還存在系統頻率快速波動、轉動慣量下降、次同步振蕩(5~300Hz)等一系列新的問題。
此外,隨著新能源發電成本的降低,參與電力市場的競爭力也在不斷增強,未來保量保價的交易模式也將被打破。儲能具有多重功能,可滿足電力系統不同時間尺度的調節需求,未來成本回收的途徑以及參與市場的類型是多樣的,主要包括:
一是參與電網系統級調峰,實現共享,相關費用在全網收益電量中分攤。共享型儲能既提高了利用率,也增加了儲能的收益,《青海電力輔助服務市場運營規則(試行)》提出:在新能源棄電時對未能達成交易的儲能進行調用,價格為0.7元每千瓦時;2020年3月,新疆自治區發改委發布《新疆電網發電側儲能管理辦法》(征求意見稿)提出:電儲能設施根據電力調度機構指令進入充電狀態的,對其充電電量進行補償,補償標準為0.55元每千瓦時。從兩個省的規則來看,儲能參與系統級調峰的價格已經超過儲能自身的度電成本,收益是可觀的,不過也應看到,系統調峰通常是季節性的,儲能利用小時數難以得到有效保障,這對儲能收益也帶來了一定的風險。
二是儲能參與電力系統快速調頻。我國調頻輔助服務市場規則以火電、水電為主要設計對象,獨立儲能電站雖然在響應速度和調節精度上具有顯著優勢,但跟蹤調頻指令時需要具備持續的輸出能力,因此獨立儲能電站調頻需要配置較大功率和容量的電池,成本快速上升,經濟性較差。高比例新能源并網將導致系統頻率的快速波動,儲能快速響應特性滿足了快速調頻的需要,未來對于建立快速調頻輔助服務市場的省份,儲能與新能源聯合調頻也將成為增加收益的重要渠道。
三是儲能參與現貨市場。現貨市場在經濟學上是指買賣交易即刻生效的市場,是針對期貨市場而言。電力市場中,只有實時市場嚴格滿足現貨市場的定義。結合電力交易即發即用的特點,在討論電力現貨市場時常把時間尺度擴大到實時交易的日內甚至一日前。現貨市場的重要價值在于發現價格,用價格反映供需關系,目前我國八個現貨試點省份已經全部進入試運行,隨著現貨市場的成熟運行,電力電量的商品屬性逐步體現,新能源發電邊際成本為零,與儲能配合可根據價格信號靈活充放電獲取更高的電量收益。
四是作為備用或需求側響應資源,提升電網安全穩定運行水平。儲能具有四象限運行特性,電網穩態下可以提高新能源涉網特性,電網暫態下可根據系統需要提供功率支撐,可以提高大規模新能源外送基地特高壓直流輸電線路輸送容量,備用收益也是儲能多重價值的重要體現。
放眼全球,新能源發電的快速發展是驅動儲能發展的主要因素,新能源與儲能的結合也是未來高比例新能源并網電力系統的必然趨勢。隨著新能源發電規模的擴大,新能源發電需承擔的系統平衡成本將成為項目經濟性測算必須考慮的重要內容,儲能也必將在高比例新能源并網電力系統中找到自己的角色定位。