國外儲能電站應(yīng)用分析及對我國的啟示

獨(dú)立的儲能電站也許還不能與傳統(tǒng)電源一爭高下，但未來新能源與儲能相結(jié)合對傳統(tǒng)電源的影響將是革命性的。

近幾年電力能源領(lǐng)域話題最多的當(dāng)數(shù)新能源。隨著新能源的快速發(fā)展，消納矛盾日益凸顯，通過儲能技術(shù)解決棄風(fēng)棄光問題成為一種選擇。

電能具有發(fā)輸供用實(shí)時平衡的特點(diǎn)，人們希望電能也可以像其他化石能源一樣得以存儲，所以儲能幾乎伴隨著電力的發(fā)明被人們所關(guān)注，數(shù)百年來世界各國從未停止各種探索，研究出了抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、電化學(xué)儲能、電磁儲能等多種電能存儲形式。

截止2018年，全球投運(yùn)儲能項(xiàng)目累計裝機(jī)規(guī)模180.9GW，其中抽水蓄能裝機(jī)規(guī)模最大，為170.7GW，占全球儲能總裝機(jī)容量的94%，電化學(xué)儲能的累計裝機(jī)規(guī)模次之，為4.9GW，占到了3.6%，其中鋰離子電池占比達(dá)到了86%。

隨著應(yīng)用需求的不斷擴(kuò)大，各國支持政策持續(xù)出臺以及制造工藝不斷完善，近年來儲能電池技術(shù)發(fā)展迅猛，電池安全性、循環(huán)壽命和能量密度等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)均得到了大幅提升，應(yīng)用成本快速下降。

其中鋰電池能量密度5年來提高了1倍、循環(huán)壽命提高了2～3倍、應(yīng)用成本下降了60%;鉛炭電池循環(huán)壽命較傳統(tǒng)鉛酸電池提升了3～4倍，再生利用率達(dá)97%，綜合度電成本約0.6元/千瓦時·次，均接近盈虧平衡點(diǎn)，大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用初現(xiàn)端倪。

與小型的戶用儲能系統(tǒng)不同，儲能電站專指面向電網(wǎng)的規(guī)?；瘍δ茉O(shè)施，其容量在數(shù)兆瓦至數(shù)百兆瓦，在一定程度上達(dá)到了電站級的規(guī)模。之所以關(guān)注規(guī)模化的儲能電站，是因?yàn)槠鋵δ茉崔D(zhuǎn)型、在電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的作用以及改變電網(wǎng)形態(tài)都具有重要意義。

2018年夏天，總投資7.85億元、總規(guī)模101MW/202MWh的鎮(zhèn)江電化學(xué)儲能電站項(xiàng)目投運(yùn)，對緩解當(dāng)?shù)叵募矩?fù)荷高峰發(fā)揮了重要作用。該項(xiàng)目是我國第一個真正意義上服務(wù)于電網(wǎng)的規(guī)?；?dú)立運(yùn)行的儲能電站，在儲能界刮起了一陣旋風(fēng)，不到一年的時間，河南、長沙、甘肅百兆瓦級的儲能電站紛紛上馬。

儲能的價格雖然降了很多，但與替代措施相比仍然很高，還未達(dá)到與其他傳統(tǒng)能源相競爭的地步。國外儲能電站在一些領(lǐng)域已經(jīng)得到商業(yè)化應(yīng)用，他們的驅(qū)動因素也是各有特色。

儲能成為多元化保障供電能力的重要選擇

2012年1月31日，美國南加州愛迪生公司宣布，因?yàn)閮?nèi)部蒸汽管道發(fā)生泄漏，由該公司主要負(fù)責(zé)運(yùn)營的圣奧諾弗雷核電站3號反應(yīng)堆已被關(guān)閉。

圣奧諾弗雷核電站有兩個正在運(yùn)轉(zhuǎn)的核反應(yīng)堆，裝機(jī)容量為2200兆瓦，是南加州最大的電力來源，可滿足140萬家庭的電力需求。此次核電站反應(yīng)堆的關(guān)閉引起了人們對電力供應(yīng)可靠性方面的擔(dān)憂。

加州阿里索(Aliso Canyon)天然氣氣田泄露所引發(fā)的電力短缺危機(jī)加速了加州對于安裝儲能系統(tǒng)、保障供電安全的步伐。

發(fā)生事故的Aliso Canyon天然氣地下儲氣庫隸屬于美國Sempra能源公司下屬南加州天然氣公司，2015年10月至2016年2月期間，儲氣井共計泄漏天然氣10.7萬噸，是美國歷史上最大的天然氣泄漏事故，前后共導(dǎo)致1.1萬名附近居民離家疏散，總損失約10 億美元。

Aliso Canyon天然氣氣田在冬季可滿足CEC所轄區(qū)域內(nèi)20%的高峰負(fù)荷，夏季滿足6 0%的高峰負(fù)荷。若沒有Aliso Canyon的天然氣儲備，將給地區(qū)的供電、供暖和燃?xì)夤?yīng)帶來嚴(yán)重挑戰(zhàn)。為了彌補(bǔ)電力不足，加州六個月的時間里在幾個地點(diǎn)部署了100兆瓦的儲能設(shè)備。

隨著儲能應(yīng)用的價值和重要性日益顯現(xiàn)，為培育多元化儲能技術(shù)，創(chuàng)造有利于儲能技術(shù)企業(yè)和系統(tǒng)集成商發(fā)展的長期穩(wěn)定市場，保障加州電力系統(tǒng)電力、電量供應(yīng)，加州從2010年開始研究實(shí)施公用事業(yè)公司儲能強(qiáng)制采購計劃，通過歷次立法，要求加州三大系統(tǒng)運(yùn)營商(PG&E、SCE和SDG&E)到2020年部署1. 8GW儲能的目標(biāo)。

截至2017年底，美國大容量儲能裝機(jī)708MW/867MWh，其中加州約127MW，容量380MWh，占到已投運(yùn)項(xiàng)目44%的能量規(guī)模和18%的功率規(guī)模。

公平開放的電力市場為儲能提供了平臺

PJM負(fù)責(zé)美國13個州以及哥倫比亞特區(qū)電力系統(tǒng)的運(yùn)行與管理，集中調(diào)度美國目前最大、最復(fù)雜的電力控制區(qū)，擁有獨(dú)立的調(diào)頻市場。

PJM也是美國儲能電站功率裝機(jī)規(guī)模最大的地區(qū)，占到已投運(yùn)項(xiàng)目近40%的功率規(guī)模和31%的能量規(guī)模，平均功率規(guī)模為12MW，平均儲能充放電時長為45分鐘，且大部分為獨(dú)立的儲能運(yùn)營商。儲能電站之所以在PJM調(diào)頻市場中得到較好的商業(yè)化運(yùn)營，得益于公平的市場環(huán)境和按效果付費(fèi)的價格機(jī)制。

聯(lián)邦能源管理委員會自2007年起通過立法，要求各電力市場的組織者修改市場規(guī)則，消除歧視性條款，允許包括儲能在內(nèi)的新興設(shè)施接入電力系統(tǒng)并參與電力市場，2011年發(fā)布75 5號令制定了調(diào)頻輔助服務(wù)按效果付費(fèi)補(bǔ)償機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，2012年P(guān)JM市場創(chuàng)建了快速調(diào)頻市場。

儲能憑借快速的響應(yīng)特性，在各類調(diào)頻資源中拔得頭籌，取代燃?xì)鈾C(jī)組成為PJM最大調(diào)頻來源。2015年約有17 7MW儲能參與PJM調(diào)頻市場。到2016年上半年，容量增加到265MW，2016上半年P(guān)JM 總調(diào)頻費(fèi)用4295萬美元，較2015年同期減少62.4%。

PJM調(diào)頻市場的儲能應(yīng)用也并非一帆風(fēng)順，儲能響應(yīng)速度快，但持續(xù)提供調(diào)頻服務(wù)的時間有限制，PJM發(fā)現(xiàn)，在系統(tǒng)需要調(diào)節(jié)的時候儲能可能反向充放電，給系統(tǒng)增加調(diào)頻負(fù)擔(dān)，為此PJM不得不向其他調(diào)頻資源支付更多調(diào)頻費(fèi)用以應(yīng)對上述情況。

PJM于2015年末調(diào)低快速調(diào)頻資源效益因子，導(dǎo)致PJM出清的儲能調(diào)頻服務(wù)減少，2016年總收入降幅達(dá)到32%，直接打擊了儲能運(yùn)營商投資積極性。

英國去核、去煤能源計劃加大容量市場對儲能的需求

英國電力市場化改革是世界許多國家參考的典范，也深刻影響著我們國家的電改路徑。英國自1989年開始至今施行了三次比較大的改革，2011年，英國能源部正式發(fā)布了《電力市場化改革白皮書(2011)》，開始了以促進(jìn)低碳電力發(fā)展為核心的第三輪電力市場改革，容量市場作為本次改革的一個重要組成部分而被提出。

容量市場的建立也是基于一定的能源發(fā)展背景，歐盟決心推動新能源變革，《巴黎協(xié)定》、《2030年氣候與能源框架協(xié)議》、《可再生能源發(fā)展指南》不斷推動英國能源更新?lián)Q代，新能源擠占傳統(tǒng)化石能源發(fā)電份額，加快燃煤、核電等機(jī)組的退役。

2010年至2016年間共退役23GW裝機(jī)容量的燃煤電站及核電站，這其中除了正常退役的機(jī)組以外，也包括了部分由于環(huán)保要求而提前退役的機(jī)組;預(yù)計未來10年，還將有24GW的燃煤電站及核電站面臨退役。

傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組退役一方面使得電網(wǎng)可用資源減少，調(diào)節(jié)能力減弱;另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)組盈利能力更加不穩(wěn)定，降低了社會投資信心。同時隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，英國電力市場的需求還將繼續(xù)增長，加劇了對備用容量的需求。

2013年英國能源氣候變化部頒布了《英國電力市場改革執(zhí)行方案》，其目的希望通過建立容量市場，為容量提供穩(wěn)定、持續(xù)性的新刺激，保證現(xiàn)有容量機(jī)組的盈利能力，維持投資者對新建容量機(jī)組的熱情，減少目前較高的容量儲備所帶來的資金流失。

英國從2016年開始允許包括電化學(xué)儲能在內(nèi)的新興資源參與容量市場，容量市場允許參與容量競拍的資源同時參與電能批發(fā)市場，大大促進(jìn)了英國儲能裝機(jī)容量的快速提升。

2016年，超過500MW的儲能資源在容量市場拍賣中中標(biāo)，占該年總競拍容量的6%，且此次拍賣出清價格為22英鎊每千瓦每年，高于前一年18英鎊每千瓦每年。

同樣，作為新興事物的儲能，參與市場也非一帆風(fēng)順。儲能電站在容量市場大量中標(biāo)，引起部分傳統(tǒng)電源運(yùn)營商質(zhì)疑。

2017年初，他們向主管部門施壓，認(rèn)為儲能不具備長期供電能力，會對電力供應(yīng)安全構(gòu)成風(fēng)險。2017年12月，英國容量市場修改了針對儲能電池的降額系數(shù)，該系數(shù)在一定程度上表征著在電力系統(tǒng)緊急事件中儲能貢獻(xiàn)的容量價值，直接影響儲能在容量市場中的收益。

降額系統(tǒng)的調(diào)整主要針對放電時間小于4小時的儲能系統(tǒng)，尤其對于放電時間為30分鐘左右的儲能系統(tǒng)影響很大。該調(diào)整使得持續(xù)放電時間較短的儲能系統(tǒng)在容量市場中收益明顯降低。

2018年11月，因需求管理供應(yīng)商Tempus Energy公司質(zhì)疑英國容量市場規(guī)則偏向傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組，歧視需求響應(yīng)和儲能等新興資源，歐洲法院裁定暫停英國容量市場競拍。隨著成本降低，儲能將在更多應(yīng)用領(lǐng)域扮演著重要角色，與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的博弈才剛剛開始。

儲能是新能源高占比系統(tǒng)最佳支撐技術(shù)

應(yīng)對間歇性、隨機(jī)性新能源大規(guī)模并網(wǎng)，電網(wǎng)需要更加靈活的調(diào)節(jié)資源。儲能系統(tǒng)可有效平滑新能源場站出力波動，降低新能源隨機(jī)性和波動性對電網(wǎng)運(yùn)行的影響，顯著提升跟蹤計劃的能力;儲能系統(tǒng)可改善新能源場站無功調(diào)節(jié)能力，平抑并網(wǎng)點(diǎn)電壓波動，提升局部電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性;在棄風(fēng)棄光情況下存儲剩余電量，保障綠色電能全額消納。

獨(dú)立的儲能電站也許還不能與傳統(tǒng)電源一爭高下，但未來新能源與儲能相結(jié)合對傳統(tǒng)電源的影響將是革命性的。

南澳州可再生能源發(fā)電占比高，是澳大利亞占比最高的州，天然氣發(fā)電規(guī)模大但氣源緊張，電力供應(yīng)不確定性大，且電網(wǎng)對外聯(lián)系薄弱，難以依靠電網(wǎng)互聯(lián)進(jìn)行互濟(jì)支撐，需要建設(shè)儲能這樣的高靈活性電源。

截至2017年底，南澳州電源總裝機(jī)544萬千瓦，其中風(fēng)電170萬千瓦，光伏78萬千瓦，合計占比46%;燃?xì)獍l(fā)電裝機(jī)267萬千瓦，占49%。南澳州僅有兩條線路(輸電能力82萬千瓦)與維多利亞州相連。

2017年3月南澳州政府出臺《能源計劃》，提出建立儲能和可再生能源技術(shù)基金，對儲能項(xiàng)目建設(shè)予以部分資金資助，總預(yù)算1.5億澳元。南澳州特斯拉電池儲能項(xiàng)目獲得政府經(jīng)濟(jì)資助，并通過參與電量市場和輔助服務(wù)市場獲利。

該項(xiàng)目位于南澳州Hor nsdale風(fēng)電場附近，由該風(fēng)電場業(yè)主投資并負(fù)責(zé)運(yùn)營，特斯拉公司建設(shè)，采用鋰離子電池技術(shù)，總?cè)萘?0 0MW/12 9MWh，2017年12月1日與風(fēng)電場三期項(xiàng)目同時投運(yùn)。

2017年底，澳大利亞非用戶側(cè)儲能達(dá)到了174MW，規(guī)劃與建設(shè)的儲能容量超過575MW，大部分項(xiàng)目與新能源發(fā)電相關(guān)。

近年來意大利可再生能源發(fā)電的持續(xù)增長，特別是意大利南部和西西里、薩丁島，風(fēng)電和太陽能發(fā)電發(fā)展迅速，對電網(wǎng)的滲透率越來越高，其中西西里島和薩丁島的風(fēng)電、太陽能發(fā)電已經(jīng)分別到達(dá)當(dāng)?shù)乜偘l(fā)電量的36%和41%，且島內(nèi)電網(wǎng)與主網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)比較薄弱，系統(tǒng)穩(wěn)定裕度比較小，為提高電網(wǎng)可再生能源接納能力，降低因電網(wǎng)原因造成的棄風(fēng)、棄光電量，意大利國家輸電網(wǎng)公司Ter na在意大利薩丁島、西西里島分別安裝了8.65MW、7.3MW儲能系統(tǒng)，在中南部電網(wǎng)分3個地點(diǎn)安裝了6套儲能系統(tǒng)，規(guī)模35MW/23MWh。

監(jiān)管層面，意大利電力監(jiān)管政策允許Terna建設(shè)和運(yùn)營用于輸電網(wǎng)安全運(yùn)行、提高可再生能源滲透率和用于調(diào)度服務(wù)的發(fā)電設(shè)施。并且項(xiàng)目在列入電網(wǎng)規(guī)劃并經(jīng)過經(jīng)濟(jì)發(fā)展部和監(jiān)管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)后，相應(yīng)的投資可以享受相應(yīng)的資產(chǎn)回報。

我國儲能電站未來可期、道路荊棘

從國外儲能電站的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)來看：一是需求驅(qū)動，合理引導(dǎo)。二是宜市場則市場，宜監(jiān)管則監(jiān)管。三是建立完善的市場機(jī)制，合理的價格形成機(jī)制。四是儲能電站的發(fā)展不是一蹴而就，而是各利益主體相互博弈的過程，其本質(zhì)也是能源技術(shù)經(jīng)濟(jì)的博弈。

得益于清晰的盈利模式，2017年以前，我國儲能項(xiàng)目主要集中在用戶側(cè)，自去年以來，我國電網(wǎng)側(cè)的儲能電站實(shí)現(xiàn)了階躍式的發(fā)展，截止2018年，我國累計投運(yùn)電化學(xué)儲能項(xiàng)目達(dá)到了1.02GW/2.9GWh，電網(wǎng)側(cè)儲能電站貢獻(xiàn)了接近三分之一的容量。

與國外儲能電站的應(yīng)用相比，我國投運(yùn)的儲能電站呈現(xiàn)如下特點(diǎn)，全部由電網(wǎng)輔業(yè)單位投資建設(shè)，電網(wǎng)公司租賃，其功能為保障電力可靠供應(yīng)，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，相關(guān)成本也尚未有明確的疏導(dǎo)機(jī)制，相對國外儲能電站的發(fā)展，我國儲能電站還面臨著諸多問題。

政策方面

盡管國家出臺了諸多政策和文件均強(qiáng)調(diào)要積極發(fā)展儲能，發(fā)揮儲能在電網(wǎng)調(diào)峰、可再生能源并網(wǎng)等領(lǐng)域的作用，但這些政策和文件只是明確了儲能的“重要性”，沒有配套出臺可操作的“實(shí)用性”政策。業(yè)界評論我國儲能處于廠商投資熱、研究評論熱、主管部門反應(yīng)平淡的局面。

價格機(jī)制方面

電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立儲能電站的上網(wǎng)電價、充電電價未有明確定位，價格機(jī)制作為儲能項(xiàng)目的生命線直接決定項(xiàng)目的可持續(xù)發(fā)展。市場準(zhǔn)入方面，獨(dú)立儲能電站可參與的市場類型有限，現(xiàn)貨市場尚未建成，輔助服務(wù)市場品種單一，且缺乏可操作性，尚未有獨(dú)立儲能電站參與市場的實(shí)際案例。

投資主體方面

仍以電網(wǎng)企業(yè)投資為主，社會資本參與較少，電網(wǎng)側(cè)儲能電站投資強(qiáng)度也將直接影響商業(yè)模式的創(chuàng)新發(fā)展。盈利模式方面，電網(wǎng)公司投資的儲能設(shè)施缺少成本疏導(dǎo)機(jī)制，社會資本投資的儲能項(xiàng)目缺少可預(yù)期的盈利空間。

目前主流觀點(diǎn)是通過市場化方式，提高儲能技術(shù)性能，降低成本實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)營。我國正處于電力體制改革過渡期，市場機(jī)制還不完善，而規(guī)模化大容量的儲能電站投資大、應(yīng)用專，更需要完善的市場機(jī)制予以保障。正如本文開篇所說儲能電站對能源轉(zhuǎn)型、在電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的作用以及改變電網(wǎng)形態(tài)都具有重要意義，未來將備受各界關(guān)注。