我国目前的辅助服务机制要求发电侧。电化学储能没有辅助服务市场独立的经营资格。二是储能作为辅助服务市场主体的资格不明确。
向新能源转型不仅是世界各国的能源发展趋势,更是我国的既定国策。习近平总书记在巴黎会议上庄严承诺,到2030年中国非化石能源在一次能源消费中的比重要达到20%。根据国家发展改革委能源研究所发布的《中国新能源发展路线图2050》,到2050年,太阳能发电量将达到21000亿千瓦时,也就是说,光伏发电量要在2018年的基础上提高近11倍。要实现这个目标,储能将是绕不开的话题。
两类储能各不同
发电侧储能并不是因为新能源发展而出现的新事物,是各种类型的发电厂用来促进电力系统安全平稳运行的配套设施。从累计装机容量来看,目前抽水蓄能方式份额最大,但电化学储能因为其响应速度快、布点灵活等优点,代表着未来的发展方向。根据中关村储能联盟数据,2019年5月至2020年7月,全球新增发电侧电化学储能项目113个,中国新增发电侧电化学储能项目59个。目前,电化学储能已经成为发电侧储能应用领域的重要方式。
当前我国发电侧储能从用途上看主要有两类。
第一类是火电配储能。主要是保障发电厂具有一定的调频调峰能力,提高火电机组的运行效率和电网稳定性。同时,在能源结构转型过程中深度挖掘火电的改造空间,拓宽火电的盈利方式。火电配电化学储能在我国已有广泛应用,山西、广东、河北都有发电侧火储联合调频项目。
第二类是新能源配储能。相比火电,风电和光伏的间歇性和波动性很大,为保证电力系统的整体平衡,往往造成部分地区“弃风弃光”现象。2019年,在新能源发电集中的西北地区,弃风率和弃光率仍然很高。例如,新疆的弃风率和弃光率分别是14%和7.4%。电化学储能作为新能源的“稳定器”,能够平抑波动,不仅可以提高能源在当地的消纳能力,也可以辅助新能源的异地消纳。
当下面临五大难点
尽管电化学储能在发电侧已经有很多示范项目,但在应用方面仍然有许多困难需要克服。在政策和运营层面,主要面临以下几方面的挑战:
根据国家能源局的数据,截至2020年1月,我国电力装机总量在20亿千瓦左右,2020年1~6月全国总用电量为33547亿千瓦时。这说明我国存在电力生产过剩的情况。同时,我国还不断有用于调峰的火电(燃气机组)、新能源机组上马,装机总量不断上升,导致储能的作用难以体现。
相比欧美国家,我国的电力设施很多都是近些年修建的,基础设施更为“坚强”,具有相当的容纳能力。这就使得电网对储能所提供的辅助服务没有强烈需求。在美国,由于新建电厂的审批控制以及电网的老化,电力公司急需储能来平抑波动和满足扩容需求,在此基础上形成了对储能的大量需求。
二是储能作为辅助服务市场主体的资格不明确。
储能的价值主要体现在它提供的辅助服务上,因此辅助服务市场的规制对储能的收益有着决定作用。在发电侧,电化学储能是作为发电厂机组的辅助设备运行的。作为机组的附属设备,电化学储能没有辅助服务市场独立的经营资格,由此导致电化学储能的收益具有很高的不确定性。由于很多发电侧的发电和储能是分开管理的,当政策变化时,由于没有主体地位,储能运营商可能没有多少谈判的能力,收益可能会进一步降低。
因此,发电侧储能的主体地位是个亟待解决的问题。目前,某些地区已经开始了这方面的尝试。例如,福建晋江的独立储能电站就拿到了“发电业务许可证”,以此为切入点让独立的发电侧储能进入电力市场。但即使如此,储能在市场中的身份和交易机制也不够健全。
除了以上的困难之外,由于储能在调频方面具有极好的性能,因此,储能的主体资格还面临着来自辅助服务市场内部成员的阻力。
三是辅助服务市场机制不完善。由于储能本身并不创造电能,因此储能的收益只能来自提供辅助服务的收费,而我国的辅助服务市场机制尚无法满足储能商业化运行的要求。
我国目前的辅助服务机制要求发电侧“既出钱又出力”,也就是要求并网发电企业必须提供辅助服务,同时辅助服务补偿费用要在发电企业中分摊。通过从这些企业中收取一部分资金,加上一部分补贴,形成一个资金池。调度中心根据各辅助服务主体的绩效打分,来决定发电企业能从这个资金池中收回多少份额。
以2019上半年为例,我国电力辅助服务总费用共130.31亿,占上网电费总额1.47%。其中发电机组分摊费用合计114.29亿,占87.71%。如此制度设计就决定了辅助服务市场基本是一个“零和博弈”,辅助服务的价值并没有得到很好的体现。
电化学储能的成本问题更是储能难以大规模投入的重要原因之一。以光伏发电为例,在西北等光伏资源丰富地区,虽然已经可以做到平价上网,然而配套储能设施如果没有相应的激励或者补贴政策,发电成本就会大大提高。再考虑到设备的衰减和老化问题,成本的回收会更加困难。
因此,目前在没有明确且足够的政策补贴时,电化学储能难以大规模地投入使用。
未来需要四大支点
尽管电化学储能有以上的种种限制,它的前景却是明朗的。随着我国能源转型以及电力市场改革的不断深化,电化学储能未来的定位会越来越清晰,应用的价值也会越来越得到体现。
第一,提高消纳能力。
未来新能源发电会占有越来越大的比例。与此共生的消纳市场给电化学储能带来了广阔的发展空间。一方面,新能源配储能可以帮助解决新能源在当地的消纳问题,储能能帮助风电和光电摆脱“垃圾电”的影响。更重要的是,由于我国的风、光资源主要集中在西北部,而需求负荷主要集中在沿海地区。如果未来要更多地依靠新能源,那么电力的跨地区转移就是一个必须解决的问题。这也是特高压进入我国“新基建”计划的一个原因。通过特高压,大量的新能源电力可以转移到沿海区域而中途没有过多的损失。
第二,扩大电力市场容量。
在这方面,电化学储能由于其快速的响应能力,在未来的电力容量市场中具有相当大的潜力。如果通过EMS(能源管理系统)能让储能在容量市场充分发挥其作用,那么扩容问题能得到部分解决。
第三,促进市场价格机制形成。
第四,对生态环境影响小。
在不同的储能方式之间,电化学储能在环境保护方面也有其优势。以抽水蓄能为例,一般需要在山地环境下建设上下水库、安装大型发电机组,电站建设运行可能会对周围的生态环境产生影响。而电化学储能在选址上没有抽水蓄能那么多的地理限制条件,且占地面积小很多。以晋江储能电站为例,总占地面积10887平方米,以围墙内面积计算,全站能量密度为42.5千瓦时/平方米。在电化学储能应用和回收技术不断进步的情况下,预计对于生态环境的影响会远小于抽水蓄能。