● 國網(wǎng)湖南綜合能源服務(wù)有限公司 黃博文 周雨樺 易浩波 單周平

隨著電化學(xué)儲能技術(shù)的發(fā)展，規(guī)?；姵貎δ芗夹g(shù)開始在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，典型應(yīng)用場景包括間歇性電源出力波動平抑、削峰填谷與系統(tǒng)調(diào)峰、電網(wǎng)調(diào)頻、暫態(tài)電壓調(diào)整與動態(tài)無功支撐、輔助暫態(tài)穩(wěn)定緊急控制、緊急電源保障和黑啟動等方面。

1 背景分析

近年來，湖南電網(wǎng)峰谷差呈現(xiàn)快速增大趨勢，2017年電網(wǎng)最大峰谷差約50%，在國網(wǎng)各省級電網(wǎng)公司中排名前3，凸顯出湖南電網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)前整體調(diào)峰能力嚴(yán)重不足，存在無調(diào)節(jié)能力水電占比高問題，面臨風(fēng)電、光伏間歇性新能源增長迅猛，低谷棄電難以消納難題。祁韶特高壓直流入湘后，湖南電網(wǎng)亟需解決電網(wǎng)特性突變所帶來的安全運行隱患及問題。湖南電網(wǎng)快速增長的負(fù)荷需求受限于電網(wǎng)建設(shè)進度，致使高峰負(fù)荷期間長沙等地區(qū)電網(wǎng)出現(xiàn)供電能力嚴(yán)重不足，“不缺電量缺電力”等問題。

儲能系統(tǒng)(EES)具有快速響應(yīng)及對功率進行雙向調(diào)節(jié)的能力，可以實現(xiàn)電能的時空平移。近年來規(guī)?；膬δ芗夹g(shù)，如電網(wǎng)側(cè)電池儲能示范工程在電力系統(tǒng)中逐漸推廣應(yīng)用，可實現(xiàn)電網(wǎng)局部調(diào)峰調(diào)頻，解決分布式電源給電網(wǎng)帶來的波動性等問題。因此緊密結(jié)合湖南電網(wǎng)的特點，積極探索規(guī)模化電池儲能在湖南電網(wǎng)的應(yīng)用模式和建設(shè)示范工程，具有重要的理論研究意義和迫切的現(xiàn)實工程價值。但由于EES造價昂貴，如何對其進行合理的選址定容從而獲得較好的電網(wǎng)柔性調(diào)節(jié)和較高的經(jīng)濟效益成為現(xiàn)階段的研究重點。

本文將從電網(wǎng)電池儲能選型、湖南電網(wǎng)儲能建設(shè)環(huán)境和儲能發(fā)展建議與政策需求三方面，對儲能技術(shù)在湖南電網(wǎng)中的應(yīng)用進行可行性分析。

2 電網(wǎng)電池儲能選型分析

電池本體是儲能電站的核心部件，也是主要的成本構(gòu)成，目前用于規(guī)?；瘍δ艿碾姵刂饕且糟U炭、鋰離子電池以及全釩液流電池為主。鉛炭電池成本較低，度電成本約0.44～0.71元/千瓦時，但電池存在倍率性能低、循環(huán)壽命短、響應(yīng)速度慢等問題；全釩液流電池具有較高的倍率特性、循環(huán)次數(shù)高，但存在功率及能量密度低、電池效率低以及占地面積大、初始投資成本高等問題；鋰離子電池具有較高的能量、功率密度及循環(huán)、倍率性能，磷酸鐵鋰鋰離子電池由于存在穩(wěn)定的P-O鍵，凸顯出良好的安全特性而適應(yīng)電網(wǎng)大規(guī)模儲能，目前度電成本約為0.69～1.11元/千瓦時。

對于電網(wǎng)側(cè)儲能電站而言，選擇儲能電池側(cè)重于考慮安全性、響應(yīng)速度、循環(huán)壽命、利用效率、集成可行性以及初始投資等因素。磷酸鐵鋰鋰離子電池性能優(yōu)越，是目前國內(nèi)電池儲能電站主流技術(shù)路線，且實施方案相對成熟；全釩液流電池循環(huán)壽命長，具備一定潛力。在湖南電池電網(wǎng)側(cè)儲能示范工程中，可結(jié)合場地條件、負(fù)荷特性、應(yīng)用場景等因素，選用磷酸鐵鋰電池與全釩液流電池的混合應(yīng)用方案。

對于用戶側(cè)電池儲能來說，儲能電站主要通過峰谷電價差實現(xiàn)獲利，因此選擇儲能電池側(cè)重于考慮成本因素，鉛碳電池投資成本相對較低，在峰谷電價差具備條件情況下投資回收期較短，目前實施方案較成熟，江蘇電網(wǎng)用戶側(cè)有大量鉛碳電池應(yīng)用案例。

對于電源側(cè)電池儲能來說，儲能電站可改善可再生能源發(fā)電的輸出特性，向常規(guī)電源特性靠近。目前發(fā)電側(cè)儲能電站主要以磷酸鐵鋰鋰離子為主，或搭配小容量全釩液流電池。

3 湖南電網(wǎng)儲能建設(shè)環(huán)境分析

3.1 湖南電網(wǎng)現(xiàn)狀分析

2010～2016年，湖南電網(wǎng)平均峰谷差保持10%左右的年均增速，而同期統(tǒng)調(diào)電量的平均增速不到5%。2017年，峰谷差呈現(xiàn)進一步擴大的趨勢，調(diào)峰困難。目前湖南夏季電力缺口較大，用電緊張、限電現(xiàn)象明顯，出現(xiàn)“缺電力不缺電量”現(xiàn)象。長株潭負(fù)荷中心電網(wǎng)不僅存在220千伏網(wǎng)絡(luò)通道重載和過載問題，而且在高峰負(fù)荷時段，部分配網(wǎng)設(shè)備也出現(xiàn)重載和過載問題；預(yù)計2018年湖南冬季高峰負(fù)荷時段亦將存在電力缺口，同時部分?jǐn)嗝孑斔凸β试较蕖?/p>

新能源消納方面，截至2018年6月，湖南風(fēng)電裝機規(guī)模為278.5萬千瓦，預(yù)計“十三五”末風(fēng)電規(guī)模將達到600萬千瓦、光伏規(guī)模將達到300萬千瓦。由于湖南省風(fēng)電大風(fēng)期與水電豐水期存在重疊，且負(fù)荷峰谷差較大，勢必造成風(fēng)電出力具有反調(diào)峰特性，光伏發(fā)電規(guī)模的增加可能造成電網(wǎng)腰荷時段電力盈余，未來棄水、棄風(fēng)、棄光問題將比較突出。

3.2 儲能技術(shù)在電網(wǎng)的認(rèn)知分析

目前，盡管湖南社會、企業(yè)客戶對儲能的了解大多停留在過去的概念，未能充分認(rèn)識到儲能技術(shù)近年來的巨大進步，以及對電網(wǎng)運行管理的良好支撐，但湖南省政府與電網(wǎng)公司高度重視湖南電網(wǎng)側(cè)儲能示范工程，湖南電網(wǎng)企業(yè)主動作為正加大對社會的推介力度，大力推進儲能技術(shù)在湖南電網(wǎng)的推廣應(yīng)用，并引導(dǎo)社會資源參與湖南電網(wǎng)建設(shè)，為湖南發(fā)展保駕護航。此外，國網(wǎng)湖南省電力有限公司正積極向省政府溝通匯報，將電池儲能技術(shù)納入電力輔助服務(wù)市場范疇，在輔助服務(wù)補償政策的基礎(chǔ)上，通過調(diào)峰、調(diào)頻等方式獲取收益。

3.3 湖南電網(wǎng)儲能效益分析

從儲能電站投資成本構(gòu)成分析可知，電網(wǎng)電池儲能成本偏高仍是制約儲能技術(shù)在電網(wǎng)大規(guī)模應(yīng)用的主要因素，目前適合電網(wǎng)側(cè)儲能電站建設(shè)的磷酸鐵鋰鋰離子電池技術(shù)路線，其度電成本約為0.69～1.11元/千瓦時，系統(tǒng)成本約為3500元/千瓦時，10兆瓦/20兆瓦時規(guī)模儲能電站投資成本約7000萬元。

盡管如此，從長遠來看，電池成本將會隨著技術(shù)進步及量產(chǎn)規(guī)?；饾u降低，加之若儲能相關(guān)配套電價政策和輔助服務(wù)市場機制逐步建立，電網(wǎng)電池儲能將逐步呈現(xiàn)較好的投資經(jīng)濟價值；且隨著政策支持，電網(wǎng)側(cè)電池儲能電站成為電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備，建設(shè)成本納入輸配電價成本核定，電網(wǎng)側(cè)電池儲能電站亦將會凸顯社會經(jīng)濟效益。

以下將從5個方面分析12萬千瓦/24萬千瓦時規(guī)模的電池儲能電站示范工程效益。

（1）節(jié)約電廠及電網(wǎng)配套投資。儲能電站示范工程建成后，可提高湖南電網(wǎng)供電能力12萬千瓦，在電量富余電力緊缺的情況下，可替代相同容量的常規(guī)燃煤電廠，并可節(jié)約相應(yīng)的電網(wǎng)配套投資。

（2）社會效益。示范工程投運將有助于推動省內(nèi)能源變革轉(zhuǎn)型發(fā)展，儲能電站的快速響應(yīng)和靈活性能夠彌補可再生能源的隨機性和間隙性，大幅提升湖南電網(wǎng)對可再生能源的接納能力，可減少二氧化碳排放1.6萬噸、二氧化硫排放480噸，提高能源系統(tǒng)整體利用效率，加快能源生產(chǎn)、綠色轉(zhuǎn)型，推動省內(nèi)主體能源由化石能源向可再生能源更替。

（3）示范效益。示范工程將為湖南電網(wǎng)引入首套大規(guī)模毫秒級響應(yīng)的源網(wǎng)荷儲系統(tǒng)，有助于推動湖南省電池儲能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建立與應(yīng)用體系完善，推進儲能領(lǐng)域技術(shù)研究及成果培育，驅(qū)動“源網(wǎng)荷儲”協(xié)調(diào)發(fā)展。

另外，示范工程將發(fā)揮引領(lǐng)帶動作用，推動全省電源側(cè)、用戶側(cè)協(xié)同開展電池儲能技術(shù)應(yīng)用。從長遠發(fā)展趨勢來看，有助于在全省范圍形成“電網(wǎng)側(cè)作為示范引導(dǎo)、用戶側(cè)作為發(fā)展主體、電源側(cè)協(xié)同推進”的發(fā)展局面，真正發(fā)揮大規(guī)模儲能協(xié)同聚合效應(yīng)，促進湖南能源利用效率提升。

（4）電網(wǎng)安全效益。當(dāng)重要輸電斷面發(fā)生嚴(yán)重故障時，配置電池儲能可避免相關(guān)設(shè)備發(fā)生重過載而導(dǎo)致設(shè)備損壞或為避免設(shè)備重過載而出現(xiàn)的拉停負(fù)荷的情況，可有效提升調(diào)度部門對重要輸電斷面的控制功率極限，提升電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平。

受區(qū)間輸電能力或交流系統(tǒng)整體的事故備用不足限制，祁韶直流對湖南電網(wǎng)送電能力一直受到制約。電池儲能電站具備快速響應(yīng)能力，事故時可迅速提供有功、無功支撐，初步測算，當(dāng)電池儲能規(guī)模達到百萬千瓦規(guī)模，從暫態(tài)穩(wěn)定角度來看，可提升祁韶直流超過百萬千瓦送電能力，從熱穩(wěn)角度來看，可提升儲能電站群同等容量送電能力。

（5）其他投資收益方式。在經(jīng)濟效益、社會效益、示范效益和安全效益的基礎(chǔ)上，還可以在電力需求側(cè)響應(yīng)、電價或電力輔助服務(wù)等方面尋求政策支持，進一步提升示范工程投資效益。

4 湖南電網(wǎng)儲能技術(shù)發(fā)展建議與政策需求

目前湖南電網(wǎng)儲能發(fā)展缺乏政策配套，應(yīng)該重點提及到的是到目前為止，中國還沒有達到類似美國、日本將儲能當(dāng)作一個獨立產(chǎn)業(yè)加以看待并出臺專門扶持政策的程度，尤其在缺乏為儲能付費機制的前提下，儲能產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化模式尚未成形，儲能電站盈利性不明顯，融資也比較難。商業(yè)模式是儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大痛點。

另外，我國電力市場開放程度還不夠高，儲能的價值收益無法體現(xiàn)，儲能的買單機制尚未形成，嚴(yán)重阻礙了儲能產(chǎn)業(yè)在電網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展中的應(yīng)用。目前電池儲能技術(shù)正逐步融入電力體系，很多儲能項目是依靠峰谷電價差來賺錢，投資回報周期長，風(fēng)險較大。為快速啟動并推進湖南電網(wǎng)儲能項目的發(fā)展，解決湖南電網(wǎng)用電緊張問題，建議爭取以下幾方面政策支持電網(wǎng)電池儲能發(fā)展。

4.1 參與電力需求響應(yīng)收益

儲能電站通過參與電力需求響應(yīng)而獲得相應(yīng)補貼。假設(shè)每天在高峰時段參與電力需求響應(yīng)1次，以緩解電網(wǎng)負(fù)荷壓力，那么以電池儲能電站規(guī)模為12萬千瓦為例，如果電力需求響應(yīng)10元/千瓦·次，按迎峰度夏、迎峰度冬期間各執(zhí)行20天，每天執(zhí)行1次電力需求響應(yīng)計算，每年可獲得電力需求響應(yīng)收益：12萬千瓦×40天×1次×10元/千瓦·次＝4800萬元。

4.2 基于電價政策收益

目前國家尚未出臺儲能電站充放電量的電價標(biāo)準(zhǔn)，假設(shè)電價政策能夠落地實施，電池儲能電站充放電量價格參照相應(yīng)電壓等級的大工業(yè)用戶電度電價執(zhí)行，那么峰谷電價差如果按照0.65元/千瓦時計算，放電深度為85%，電池平均循環(huán)壽命為4000次，12萬千瓦/24萬千瓦時規(guī)模儲能電站充放電價差收益則為0.65×240000×0.85×4000＝5.3 億元。

4.3 參與電力輔助服務(wù)市場收益

2016年6月國家能源局發(fā)布的 《關(guān)于促進電儲能參與“三北”地區(qū)電力輔助服務(wù)補償(市場)機制試點工作的通知》(以下簡稱《通知》)提到：“儲能作為獨立主體，充電功率應(yīng)在10兆瓦及以上、持續(xù)充電時間應(yīng)在4小時及以上，即可參與輔助服務(wù)市場交易?！贝苏咴陔娏o助服務(wù)市場中首次確認(rèn)多類型、多主體儲能電站的參與身份以及“按效果付費”的價格機制，并且提出電儲能設(shè)施充放電價格機制以及參與門檻，既對儲能系統(tǒng)提出要求和約束，也為其實現(xiàn)經(jīng)濟運行創(chuàng)造條件。目前，東北、福建、甘肅、新疆、山西、南方區(qū)域等省和地區(qū)都出臺輔助服務(wù)市場相關(guān)文件，鼓勵發(fā)電企業(yè)、售電企業(yè)、電力用戶、獨立輔助服務(wù)提供商等投資建設(shè)電儲能設(shè)施參與調(diào)峰調(diào)頻輔助服務(wù)，有些省和地區(qū)還規(guī)定付費方法。2018年1月《南方區(qū)域電化學(xué)儲能電站并網(wǎng)運行管理及輔助服務(wù)管理實施細則(試行)》發(fā)布，指出“為根據(jù)電力調(diào)度指令進入充電狀態(tài)的儲能電站，按其提供充電調(diào)峰服務(wù)統(tǒng)計，對充電電量進行0.5元/千瓦時的補償”。

5 湖南電網(wǎng)電池儲能發(fā)展建議

（1）建議充分發(fā)揮電網(wǎng)側(cè)電池儲能電站示范引導(dǎo)作用，同時加強政策建議研究和技術(shù)宣傳，以電網(wǎng)為樞紐，帶動全省用戶側(cè)及電源側(cè)電池儲能協(xié)同發(fā)展。

（2）建議圍繞電池儲能應(yīng)用關(guān)鍵問題開展深入系統(tǒng)研究，從儲能容量優(yōu)化配置、儲能并網(wǎng)互動方式、規(guī)?；嚎刂啤δ苓\營服務(wù)及商業(yè)模式等方面開展課題攻關(guān)，為省內(nèi)電池儲能業(yè)務(wù)發(fā)展掃清技術(shù)障礙。

（3）建議加強與政府溝通，在電池儲能投資成本納入輸配電價、儲能參與需求側(cè)響應(yīng)以及電力輔助服務(wù)市場機制等方面爭取政策支持，為儲能電站投資提供明確的收益渠道，降低投資風(fēng)險。

（4）建議加強政企研合作，結(jié)合湖南省制造強省行動方案，充分調(diào)動省內(nèi)各方優(yōu)勢資源，促進電池儲能應(yīng)用技術(shù)進步，推動電池儲能產(chǎn)業(yè)全面發(fā)展。

（5）建議加強電池儲能接入管理，盡早制定用戶側(cè)、發(fā)電側(cè)儲能系統(tǒng)并網(wǎng)或接入管理規(guī)定，盡快建立電網(wǎng)儲能運行監(jiān)控及調(diào)度管理平臺，保障電池儲能有序接入、科學(xué)發(fā)展。

6 結(jié)束語

本文從電網(wǎng)電池儲能選型、湖南電網(wǎng)儲能建設(shè)環(huán)境和儲能發(fā)展建議與政策需求三方面對儲能技術(shù)在湖南電網(wǎng)中的應(yīng)用進行了相關(guān)介紹與分析。

（1）電池選型方面。鑒于安全因素，電網(wǎng)側(cè)電池儲能適宜采用磷酸鐵鋰電池；鑒于成本和經(jīng)濟效益，用戶側(cè)電池儲能宜使用鉛炭電池；電源側(cè)電池儲能建議采用磷酸鐵鋰電池。

（2）儲能效益方面。目前湖南電網(wǎng)電池儲能投資效益主要體現(xiàn)在節(jié)約電廠或電網(wǎng)配套投資、社會效益以及示范效益等方面，暫無實質(zhì)性商業(yè)經(jīng)濟效益?！?/p>

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