儲(chǔ)能如何化解新能源消納瓶頸

:為應(yīng)對(duì)全球氣溫變化的趨勢(shì)，也為減少環(huán)境污染，發(fā)展新能源成為必然趨勢(shì)。

按照國(guó)家發(fā)改委的規(guī)劃，到2050年風(fēng)電發(fā)電量達(dá)到2萬億千瓦時(shí)，而2018年風(fēng)力發(fā)電量3600億千瓦，這意味著要達(dá)標(biāo)需要增長(zhǎng)350%。2050年太陽能發(fā)電將達(dá)到2.1萬億千瓦時(shí)，去年為1800億千瓦時(shí)，意味著未來30年要增長(zhǎng)10倍以上。

可再生能源大發(fā)展的趨勢(shì)已經(jīng)出現(xiàn)，尤其是在當(dāng)下，太陽能發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電和傳統(tǒng)能源相比，已具有成本優(yōu)勢(shì)，價(jià)格便宜又環(huán)保，現(xiàn)在能不能大規(guī)模上馬可再生能源？

我們注意到的一個(gè)現(xiàn)象是，發(fā)電成本雖然低了，但新能源電力的消納正處在瓶頸期。前幾年棄風(fēng)率一直在15%左右，2018年棄風(fēng)率下降到7%。光能棄電率前幾年10%左右，2018年下降到3%。不過這兩個(gè)數(shù)據(jù)有迷惑性，3%、7%數(shù)字只是各省平均值。風(fēng)電大省新疆、甘肅、內(nèi)蒙棄風(fēng)率仍然非常高，光電大省西藏、新疆棄光率也非常高。這不是中國(guó)獨(dú)有的現(xiàn)象，這是世界難題。

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2011年日本福島事件之后，德國(guó)非常激進(jìn)地宣布完全放棄核電，取而代之是新能源，最重要的是太陽能。但即使他們付出很大努力，光能在能源體系中的比例并沒有顯著增加。

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原因是什么呢？上圖是2016年由兩位學(xué)者發(fā)表的文章，在行業(yè)里非常有影響。圖中最上面的虛線表明如果沒有太陽能發(fā)電，傳統(tǒng)的火電行業(yè)所面臨的電力需求。

第二條黑線是德國(guó)目前的情形。在德國(guó)現(xiàn)有的太陽能發(fā)電能力的情況下，火電行業(yè)面臨的電力需求相當(dāng)于整體用電需求減去太陽能所能提供的需求。

可以看到，這兩條曲線的差別在于中間段，后者在中間的凹陷下去。隨著太陽能的發(fā)展（圖中第三條和第四條線），曲線在中間段會(huì)越來越凹陷。

這是為什么呢？因?yàn)橥砩咸柲苁遣话l(fā)電的，所以這個(gè)曲線保持不變。在白天的時(shí)候發(fā)電非常多，就把需求曲線壓了下來。

這揭示了再生能源使用中非常嚴(yán)肅的問題，意味著每天早晨太陽能開始發(fā)電，電網(wǎng)要馬上給火電廠打電話，負(fù)荷必須馬上降下來，否則電網(wǎng)受不了。在晚上又要打電話給火電廠，現(xiàn)在沒有電了，負(fù)荷必須馬上提上去。如果每天這樣劇烈地調(diào)峰用火電，電廠會(huì)受不了，而且也非常不經(jīng)濟(jì)，讓火電廠工況下降70%以下，這時(shí)候耗煤量都會(huì)急劇增加，污染隨之提升。

這個(gè)圖解釋了為什么現(xiàn)在我們即使有光伏建設(shè)能力，也消納不了這些光電的原因，這是非常重要的緊張關(guān)系。

那么解決這個(gè)緊張關(guān)系的關(guān)鍵是什么呢？?jī)?chǔ)能。

如果我們把白天的光伏發(fā)電儲(chǔ)存起來晚上用，毫無疑問可以讓這個(gè)曲線變平滑，這也是歐洲前進(jìn)的方向。自2017年以來歐洲在近50%的住宅太陽能發(fā)電設(shè)備部署了電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。僅德國(guó)2019年為數(shù)萬家庭部署了家庭儲(chǔ)能系統(tǒng)，總?cè)萘吭?GW左右。

所以在目前，要支撐宏偉的新能源發(fā)電規(guī)劃，必須要解決新能源的消納難題，方案之一就是儲(chǔ)能。

首先在技術(shù)上，儲(chǔ)能完全可行，在過去的十年，儲(chǔ)能成本下降得非?？?。

其次在政策上，我們梳理了中國(guó)的政策，驚訝地發(fā)現(xiàn)近幾年，中國(guó)從國(guó)家到地方出臺(tái)儲(chǔ)能政策非常多。

所以在技術(shù)的推動(dòng)下，在政策的鼓勵(lì)下，我們相信儲(chǔ)能在未來的幾年會(huì)有非常大的發(fā)展。

儲(chǔ)能的商業(yè)機(jī)會(huì)，按應(yīng)用場(chǎng)景來劃分：發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)。

儲(chǔ)能在發(fā)電側(cè)可發(fā)揮一次調(diào)頻、減少棄電、平滑波動(dòng)的功能；在電網(wǎng)側(cè)可提供調(diào)頻輔助服務(wù)和削峰填谷的功能；在用戶側(cè)可通過節(jié)省擴(kuò)容費(fèi)率、用電響應(yīng)、峰谷電差等降低用電成本。

目前發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能有兩個(gè)非常大的難題，一個(gè)是成本，光伏發(fā)電成本加上儲(chǔ)能成本與其他能源上網(wǎng)電價(jià)比較，光伏+儲(chǔ)能仍然不占優(yōu)勢(shì)。另一個(gè)是安全，韓國(guó)儲(chǔ)能電廠發(fā)生過很大的火災(zāi)。所以在未來幾年里，發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能可能無法實(shí)現(xiàn)大的飛躍；在電網(wǎng)側(cè)2019年5月28日發(fā)改委出臺(tái)了《輸配電定價(jià)成本監(jiān)審辦法》，明確規(guī)定輸配電網(wǎng)不能納入儲(chǔ)能的成本。如果不能分?jǐn)傔@個(gè)成本，企業(yè)也沒有發(fā)展的動(dòng)力。

那么我們認(rèn)為，用戶側(cè)儲(chǔ)能是在近期發(fā)展的主方向，有很多盈利潛能。譬如用來峰谷差套利，用戶側(cè)響應(yīng)。一個(gè)核心的問題是，怎樣通過系統(tǒng)的優(yōu)化，充分整合并最大化用戶側(cè)的盈利潛能。

我們的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個(gè)基于儲(chǔ)能技術(shù)的新能源消納的管理系統(tǒng)，目前這個(gè)系統(tǒng)只用來教學(xué)，幫學(xué)生理解充分利用光伏和儲(chǔ)能如何降低用電成本，同時(shí)也提高環(huán)境的效益。我們?cè)谶@個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上做了一個(gè)模擬，我們考慮一個(gè)電力用戶，每年用電需求為41萬度，那么核心的決策問題是，需要配置多少光伏和儲(chǔ)能才能最小化用電成本。在考慮各種天氣情況下，我們粗略計(jì)算后，在這里配置861兆瓦的光伏，用電成本會(huì)節(jié)省8%，這是非常理想的結(jié)果。

但這個(gè)時(shí)候我們沒有考慮棄光的成本和電網(wǎng)考核的成本。如果考慮棄光成本和考核壓力，企業(yè)不愿意裝那么多的光伏，這時(shí)候我們引入儲(chǔ)能會(huì)有非常好的結(jié)果。我們只需要引入1.35MWH儲(chǔ)能可以做到不棄光、沒有考核成本，整體用電成本從節(jié)省8%提升到節(jié)省9%。如果考慮峰谷電差，系統(tǒng)效果會(huì)更好。我們裝20兆瓦左右的儲(chǔ)能，就可以做到完全無棄光和無考核壓力，在前面的基礎(chǔ)上進(jìn)一步把裝機(jī)容量再提高30%，用電成本比基準(zhǔn)情形下降30%，光伏使用規(guī)模提升，有很好的環(huán)境效益，同時(shí)成本有很大的降低，這是我們盼望的結(jié)果。

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這只是我們初步的研究，我們后面的研究會(huì)整合動(dòng)態(tài)規(guī)劃的技術(shù)，同時(shí)把光能預(yù)測(cè)整合進(jìn)去，將會(huì)大幅提高系統(tǒng)優(yōu)化的能力。

我們有一個(gè)夢(mèng)想，工業(yè)區(qū)、居民區(qū)、商業(yè)區(qū)、學(xué)校都使用很多電，如果像剛才設(shè)計(jì)的那樣，這些電力用戶能夠依靠光伏和儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)自給自足，用戶與電網(wǎng)的溝通會(huì)越來越少，這樣，在未來我們就能夠?qū)崿F(xiàn)分布式能源的體系。

另外，我想就一年里行業(yè)研究的過程做點(diǎn)簡(jiǎn)單反思。我們團(tuán)隊(duì)的三個(gè)核心成員，都拿到終身教職，發(fā)文章的能力還可以。但是在行業(yè)研究的推動(dòng)下我們走出了辦公室，過去一年我們走訪很多企業(yè)、行業(yè)協(xié)會(huì)，也組織了很多研討會(huì)。我們對(duì)行業(yè)的廣度和寬度的認(rèn)識(shí)有了很大的提高。

與此同時(shí)我們通過調(diào)研，確認(rèn)了行業(yè)痛點(diǎn)，什么地方最具商業(yè)潛力，最大障礙在什么地方，我們?cè)诖嘶A(chǔ)上進(jìn)行了一些有深度的研究。我們希望用有深度的研究可以支撐我們所關(guān)注的行業(yè)的未來發(fā)展，同時(shí)也反哺教學(xué)和科研。我也盼望能夠在行業(yè)界的朋友和企業(yè)人士的支持下，把行業(yè)研究做得很好、也更扎實(shí)。

（尹海濤系上海交通大學(xué)安泰經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院教授，本文系作者于2019年12月21日,在上海交通大學(xué)安泰經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院舉行的“第二屆中國(guó)行業(yè)發(fā)展高峰論壇”上的演講。）

原標(biāo)題:智庫(kù)動(dòng)態(tài)丨 尹海濤：儲(chǔ)能如何化解新能源消納瓶頸