大規(guī)模電池儲(chǔ)能在今天的電網(wǎng)中扮演何種角色？

世界上部分地區(qū)正在以前所未有的速度部署電網(wǎng)規(guī)模的儲(chǔ)能，迄今，這些儲(chǔ)能設(shè)施對它們想解決的問題起到了哪些作用?

儲(chǔ)能“爆發(fā)年”

“2021年是儲(chǔ)能行業(yè)的爆發(fā)年，證明了在公用事業(yè)規(guī)模上，電池儲(chǔ)能是一種可行的、靈活可靠的能量來源，”三菱電力美洲公司儲(chǔ)能解決方案高級副總裁Thomas Cornell在最近的采訪中表示。

美國、英國和澳大利亞等領(lǐng)先的市場上已經(jīng)部署了大約6500MW的并網(wǎng)電池儲(chǔ)能，其中大約三分之二是在2021年投運(yùn)的。

但大多數(shù)人都認(rèn)為，盡管裝機(jī)容量如此之高，主要支撐儲(chǔ)能的仍然是它的功率，而不是能量。

“當(dāng)今，儲(chǔ)能主要是作為一個(gè)備用系統(tǒng)，”EPRI分布式能源和儲(chǔ)能主管Haresh Kamath說：“現(xiàn)在儲(chǔ)能有一定希望可以更多地承擔(dān)起可再生能源負(fù)荷的轉(zhuǎn)移任務(wù)，但就它目前的數(shù)量而言，能夠發(fā)揮的作用是有限的。”

將可再生能源發(fā)出的電能從發(fā)電高峰轉(zhuǎn)移到需求高峰將是儲(chǔ)能長期、主要的收益來源，但這種模式目前還處于初級階段，即使是在能量時(shí)移已經(jīng)開始發(fā)展的地方，例如加利福尼亞州，儲(chǔ)能轉(zhuǎn)移的也不一定是可再生能源發(fā)出的電能。

加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商CAISO

作為迄今為止最成熟的儲(chǔ)能部署市場，CAISO電網(wǎng)是一個(gè)理想的起點(diǎn)，因?yàn)槠湎到y(tǒng)上有超過2700MW的并網(wǎng)儲(chǔ)能裝機(jī)。由于CPUC的一些規(guī)定，要求公用事業(yè)和其他負(fù)荷服務(wù)實(shí)體必須采購電網(wǎng)靈活性資源，這里的儲(chǔ)能行業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了起飛。

CAISO儲(chǔ)能部門經(jīng)理Gabe Murtaugh表示，加州的儲(chǔ)能設(shè)施現(xiàn)在定期地將多達(dá)6000MWh的電能從一天中的低價(jià)時(shí)段轉(zhuǎn)移到高價(jià)時(shí)段，有助于抑制加州每日電力需求形成的“鴨型曲線”。

但是，Murtaugh說到，這種能量時(shí)移主要轉(zhuǎn)移的是低價(jià)但高污染的燃?xì)獍l(fā)電資源，“在一些可再生能源發(fā)電過剩的時(shí)段，儲(chǔ)能肯定吸收了一部分可再生的電能，但還需要幾年，儲(chǔ)能才能以可再生能源作為其主要的充電電能。”

CAISO最近宣布了儲(chǔ)能在2021年7月俄勒岡州Bootleg野火發(fā)生時(shí)的作用，當(dāng)時(shí)在連接各地區(qū)的三條輸電線路癱瘓后，CAISO調(diào)度了大約1000MW的儲(chǔ)能資源來幫助維持照明。

“我們現(xiàn)在經(jīng)?？吹揭恍?分鐘的調(diào)度間隔，這些時(shí)段內(nèi)基本上所有的儲(chǔ)能資源都被電網(wǎng)調(diào)度，總計(jì)將近3000MW，隨著更多的儲(chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng)，這個(gè)數(shù)字在夏天還會(huì)增加，”他說到。3月份CAISO電網(wǎng)的峰值需求為28971MW，這意味著儲(chǔ)能在不同的時(shí)間段將至少承擔(dān)10%的負(fù)荷。

CAISO預(yù)計(jì)，到今年夏天將有大約4000MW的儲(chǔ)能設(shè)備投運(yùn)，這將進(jìn)一步幫助減輕野火災(zāi)害對電網(wǎng)穩(wěn)定性的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)時(shí)在Bootleg野火發(fā)生時(shí)，只有大約1500MW儲(chǔ)能裝機(jī)容量。

德克薩斯州電力可靠性委員會(huì)ERCOT

德克薩斯州目前引領(lǐng)著美國可再生能源行業(yè)，裝機(jī)容量達(dá)到45077MW，主要構(gòu)成是風(fēng)電，是第二名加利福尼亞州裝機(jī)容量(22929MW)的兩倍。

這為德州的儲(chǔ)能行業(yè)創(chuàng)造了一個(gè)巨大的機(jī)遇，可以參與波動(dòng)的電力市場，幫助電網(wǎng)削峰填谷平抑波動(dòng)，解決電網(wǎng)不平衡問題，儲(chǔ)能+風(fēng)電模式有望在未來幾年成為其市場的一個(gè)重要驅(qū)動(dòng)力。

德州和加州系統(tǒng)集成商FlexGen的業(yè)務(wù)發(fā)展高級副總裁Jason Abiecunas說，儲(chǔ)能的主要收入來源之前一直是調(diào)頻服務(wù)，特別是響應(yīng)備用服務(wù)(Responsive Reserve Service)和固定頻率響應(yīng)(Firm Frequency Response)。

然而在現(xiàn)在，英國儲(chǔ)能投資者Gore Street Capital的首席執(zhí)行官Alex O'Cinneide說，當(dāng)?shù)貎?chǔ)能提供調(diào)頻服務(wù)維持電網(wǎng)平衡與電量交易之間的比例接近1:1。

根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)營商ERCOT在2021年底發(fā)布的數(shù)據(jù)，在本報(bào)告撰寫時(shí)，德州可能有大約1300~1800MW的并網(wǎng)儲(chǔ)能裝機(jī)。

但是，Abicunas說，目前沒有跡象表明調(diào)頻輔助服務(wù)市場會(huì)很快達(dá)到飽和，它仍是德州儲(chǔ)能發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力。

雖然2021年2月德州的毀滅性風(fēng)暴奪去了數(shù)百人的生命，但這段時(shí)期仍展示了德州電網(wǎng)儲(chǔ)能的潛力。

Abiecunas說，“大家都看到了儲(chǔ)能在這一危急時(shí)期能夠提供的巨大價(jià)值，這是一種能夠提供電網(wǎng)局部穩(wěn)定性的資源，當(dāng)電網(wǎng)需要時(shí)，可以依靠儲(chǔ)能來提供各種服務(wù)，以滿足當(dāng)時(shí)電網(wǎng)的需求。”

今年2月，另一場風(fēng)暴在美國肆虐，但電力系統(tǒng)保持了平穩(wěn)運(yùn)行，他說：“當(dāng)時(shí)電網(wǎng)狀況良好，儲(chǔ)能設(shè)施發(fā)揮了應(yīng)有的作用，所有系統(tǒng)一切正常。”

英國/愛爾蘭

2021年，英國部署了約446MW的電池儲(chǔ)能，目前，總并網(wǎng)儲(chǔ)能裝機(jī)容量達(dá)到了1700MW。

“我們大多數(shù)情況下需要的是電池的功率，而不是它們的能量，它們處于待機(jī)狀態(tài)，以備不時(shí)之需，因此，就它們在動(dòng)態(tài)遏制(英國的一種調(diào)頻輔助服務(wù))等服務(wù)中充放的電能而言，電池的實(shí)際利用率確實(shí)很低，”市場情報(bào)公司Modo Energy的首席分析官Robyn Lucas說。

調(diào)頻服務(wù)的總?cè)萘柯愿哂?000MW，主要是為儲(chǔ)能設(shè)計(jì)并由儲(chǔ)能主導(dǎo)。根據(jù)Modo的數(shù)據(jù)，英國的三種調(diào)頻服務(wù)，動(dòng)態(tài)遏制(DC)、固定頻率響應(yīng)(FFR)和增強(qiáng)頻率響應(yīng)(EFR)，在2021年占了電池儲(chǔ)能收入的90%以上，但在今年年底也開始發(fā)生轉(zhuǎn)變。

“現(xiàn)在電能批發(fā)市場上有很多機(jī)會(huì)，因?yàn)槭袌鰞r(jià)格一直很不穩(wěn)定，”O'Cinneide說，“英國儲(chǔ)能的最佳營收方案仍然是提供80%~85%的電網(wǎng)平衡業(yè)務(wù)，10%的容量交易和5%~10%的電能量交易。”

儲(chǔ)能也正在成為英國國家電網(wǎng)公司推出的容量市場拍賣中一個(gè)引人注目的角色，在最近的2025/26年的容量拍賣中，1094MW的電池在總計(jì)27632MW的招標(biāo)中勝出，占到2.5%。

雖然儲(chǔ)能目前在電網(wǎng)平衡機(jī)制中的作用還很小，但這是英國電網(wǎng)短期內(nèi)平衡電網(wǎng)的一個(gè)重要手段。儲(chǔ)能參與電能批發(fā)市場的交易，有助于抑制電價(jià)波動(dòng)，從系統(tǒng)的角度來看，這是有利的。

愛爾蘭的儲(chǔ)能部署水平則要低得多，但仍有值得注意的方面。2021年5月，當(dāng)愛爾蘭電網(wǎng)頻率跌落到正常范圍以下時(shí)，兩個(gè)共37MW的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)介入，這是愛爾蘭多年來最長的頻率跌落事件，電網(wǎng)超出49.9Hz-50.1Hz的范圍超過了14分鐘。

西歐

在儲(chǔ)能部署方面，西歐略微落后于英美和澳大利亞。市場情報(bào)公司EnAppSys的主管Jean-Paul Harreman說，法國有大約300MW的并網(wǎng)儲(chǔ)能裝機(jī)，德國有大約600MW，荷蘭和比利時(shí)各低于100MW。

這些儲(chǔ)能大部分用于提供頻率遏制，這是一種頻率響應(yīng)服務(wù)，需要在頻率跌落后30秒內(nèi)啟動(dòng)。

但是，由于西歐的儲(chǔ)能規(guī)模較小，到目前為止還沒有儲(chǔ)能在維護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定方面發(fā)揮關(guān)鍵作用的案例。他說：“需要三到五年的時(shí)間，儲(chǔ)能才會(huì)開始顯現(xiàn)出作用。從長遠(yuǎn)來看，儲(chǔ)能有可能減少市場的波動(dòng)，首先將在分布式電網(wǎng)的終端發(fā)揮作用。由于電池充放電之間存在一定的電價(jià)差異，儲(chǔ)能將試圖捕捉兩個(gè)最極端的電價(jià)。”

澳大利亞

澳大利亞電網(wǎng)運(yùn)營商AEMO希望有更多的儲(chǔ)能參與到輔助服務(wù)市場。但這是一個(gè)薄弱的市場，總量只有約800~820MW，其中包括600MW的頻率調(diào)節(jié)輔助服務(wù)(Frequency Control Ancillary Services)，因此，部署的儲(chǔ)能越多，調(diào)頻服務(wù)的價(jià)格就會(huì)下跌。

根據(jù)澳大利亞Cornwall Insight公司的管理顧問Ben Cerini的說法，目前大約有580MW的電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能裝機(jī)，預(yù)計(jì)到2030年將大約有15GW(還有30GW的分布式資源，包括屋頂光伏)。今天，儲(chǔ)能在頻率調(diào)節(jié)輔助服務(wù)中占據(jù)的市場份額約為25%。

他說，今天，澳大利亞電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能的80%~90%的收入都來自頻率調(diào)節(jié)輔助服務(wù)，只有剩余的10%~20%來自電能量交易。儲(chǔ)能商業(yè)模式的經(jīng)濟(jì)可行性還沒有得到證實(shí)，但這種情況在未來可能會(huì)發(fā)生改變。

他說：“午間和晚高峰之間的電價(jià)差將在未來持續(xù)增加，特別是隨著更多的屋頂光伏并入電網(wǎng)。

挑戰(zhàn)和結(jié)論

除了儲(chǔ)能開發(fā)商和業(yè)主在收益方面面臨的各種挑戰(zhàn)外，電網(wǎng)和配網(wǎng)運(yùn)營商在儲(chǔ)能容量不斷增加的情況下，也面臨著一些自身的問題。

很明顯，盡管我們在2021年看到了大量的儲(chǔ)能部署，但儲(chǔ)能離真正實(shí)現(xiàn)可再生能源的能量時(shí)移還有一段距離。

但正如前文所述，它通過以頻率響應(yīng)的方式作為備用電源的作用對電網(wǎng)的運(yùn)行非常重要。對頻率跌落的即時(shí)響應(yīng)、技術(shù)故障或是極端天氣事件，都為儲(chǔ)能的作用提供了具體的案例。

隨著時(shí)間推移，有一個(gè)明顯的趨勢是儲(chǔ)能更多地參與電能批發(fā)交易，逐漸開始參與一些可再生能源的能量時(shí)移，但它目前還處于初級階段。隨著更多可再生能源并網(wǎng)，我們將在未來幾年越來越多地看到儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)脫碳中發(fā)揮的重要作用。