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推动新型储能发展助力构建新型电力系统
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2024-02-20 14:42:31
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随着碳达峰碳中和的推进,风能、太阳能等新能源快速发展。光伏发电和风力发电波动性、随机性强,受资源位置约束,造成电力供需在时间、空间尺度上的不平衡,给电力系统带来前所未有的挑战。以电化学储能为代表的新型储能具有响应速度快、项目选址灵活和建设周期短等特点,能够实现主动支撑、惯量管理、快速频率响应和黑启动等功能,可作为重要的灵活调节资源助力构建新型电力系统。

我国储能行业呈现多元化发展趋势

参照国家能源局发布的行业标准DL/T 2528—2022《电力储能基本术语》,储能电站按照不同技术原理分为电化学储能电站和物理储能电站。抽水蓄能作为传统的物理储能技术已在电力系统中规模化应用,而新型储能是指除抽水蓄能以外的电力储能技术。

我国正在构建以抽水蓄能为主、新型储能为辅的电力储能体系。新型储能中锂离子电池储能占据主导地位,钠离子电池、液流电池、压缩空气、飞轮等其他储能在应用规模上也有所突破,应用模式逐渐增多。

近年来,我国电力储能装机快速增长,储能行业呈现多元化发展趋势。根据国家能源局的统计数据,截至2023年年底,已投运新型储能项目累计装机规模达3139万千瓦/6687万千瓦时,平均储能时长2.1小时,2023年新增装机规模约2260万千瓦/4870万千瓦时,较2022年年底增长超过260%。在技术路线方面,锂离子电池储能仍处于主导地位,占比超过97%,其集成规模向吉瓦级发展。压缩空气储能和液流电池储能占比分别为0.5%、0.4%,处于百兆瓦级工程应用示范阶段。飞轮、重力、钠离子电池等其余类型储能规模占比较小,仍处于小容量试点示范阶段。

新型储能助力保安全、保供应、促消纳

近年来,电力系统“双高”特征凸显,电网在安全稳定运行、电力电量平衡、新能源发电消纳等方面面临挑战。

高比例新能源的接入导致电力系统转动惯量降低,调节能力和抗扰动能力下降。同时,配电网有源化造成可切负荷量下降。新能源发电“大装机小电量”“极热无风、晚峰无光”特征显著,使迎峰度夏、迎峰度冬期间保障电力供应难度增大,日内电力供需平衡的不确定性增加。新能源发电成为电力保供的重要参与者,对于新能源发电出力预测的准确性要求更高。风光资源丰富的地区与电力需求大的地区呈逆向分布,新能源电力消纳和外送的难度较大。

为保安全、保供应、促消纳,电力系统需要针对新能源发电日周期(逐日)波动和日内(逐小时)波动增强相应的灵活调节能力。新型储能可提供毫秒到数天宽时间尺度上的双向灵活调节能力以及功率、能量的双重支撑,将成为新型电力系统必不可少的调节手段。在保安全方面,在高比例新能源发电和大容量直流接入的地区,新型储能电站可为电力系统提供惯量支撑和一次调频,降低受端电网频率失稳的风险。在保供应方面,在峰谷差较大的局部电网中,规模化的新型储能电站可满足尖峰时段供电需求,降低负荷峰谷差,延缓输电网建设及配电网改造升级投资,提高电网设备的利用率。在促消纳方面,在高比例新能源发电集中接入电网的地区,规模化的新型储能电站作为调峰资源,可助力提高新能源电力消纳水平;在高比例分布式电源接入中低压配电网的地区,分布式新型储能电站可抑制分布式电源接入造成的功率波动,降低电压越限风险,提升配电网对新能源发电的接纳能力。

未来还需发展长周期储能技术

国家发展改革委、国家能源局发布的《关于加快推动新型储能发展的指导意见》提出,到2025年实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变;到2030年实现新型储能全面市场化发展。兼顾电力保供和新能源发电消纳需求,在充分考虑电力系统技术经济性的前提下,据测算,到2025年、2030年,国家电网有限公司经营区新型储能配置需求分别为3200万千瓦/7680万千瓦时和1亿千瓦/2.6亿千瓦时。

在中短时间尺度(分钟级、小时级)和长时间尺度(跨日、跨季节)灵活性调节方面,目前锂离子电池、压缩空气、液流电池、钠离子电池和飞轮等新型储能技术的经济性仍弱于抽水蓄能技术。2030年前,新型储能主要应用于转移日内尖峰负荷,但还难以成为保障电力系统电力电量供给的重要支撑。2030年后,需要研发低成本、规模化的长周期储能技术,以解决电力系统长周期调节能力不足问题。

目前,锂离子电池储能技术初步实现了规模化应用,将成为实现碳达峰目标进程中发展速度最快、应用前景最广的储能技术。近年来,锂离子电池储能产业本体研发、规模化集成、安全防护等关键技术水平持续提升,通过了规模化应用功能验证。面向电力系统应用的技术标准体系和应用管理体系日趋完善。预计到2030年,锂离子电池储能电站单位容量成本将低于抽水蓄能电站,约为500至700元/千瓦时,度电成本接近0.1元。

液流电池、钠离子电池、压缩空气、飞轮等其他新型储能技术在部分指标方面具有相对优势,是储能多元化应用场景的备选。但相关技术在综合技术性能方面离实际应用需求还存在较大差距,应用经济性还需提升,实际应用效果仍需进一步跟踪评估与验证,同时还需加快面向电力系统应用的技术标准体系和应用管理体系建设。

不同类型的储能出力性能大不相同,出力特征需要与应用场景适配才更能发挥出相应的优势。目前,锂离子电池、压缩空气、液流电池、钠离子电池和飞轮等新型储能均为日内型灵活性调节资源。以目前已有的技术储备来看,已大规模应用的储能技术难以在低成本、高安全性、长周期(100小时以上)、大规模等综合性能方面实现突破,学界认可的长周期储能技术方向主要包括规模化储热、储水和氢储能。

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