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電網與儲能:替代還是互補關系?
發布者:wwh | 來源:《風能》雜志 | 0評論 | 3707查看 | 2020-01-21 09:20:05    

各種儲(chu)能技(ji)術(shu)的成本在(zai)過(guo)去(qu)若干年實現(xian)大(da)幅下(xia)降(jiang),特別(bie)是(shi)(shi)鋰離子(zi)電(dian)池技(ji)術(shu),這對于(yu)傳統(tong)上需(xu)要實時(shi)平衡、存儲(chu)困難的電(dian)力系統(tong)無疑是(shi)(shi)一個結構性變(bian)化。儲(chu)能系統(tong)允(yun)許能量在(zai)時(shi)間上轉(zhuan)移,而電(dian)網系統(tong)允(yun)許能量在(zai)地理上轉(zhuan)移。


隨著可再生能源占比的增加,其波動性與地理上的限制,使得系統必須具有額外的靈活性,以保持在各個時間尺度上的平衡。現有被廣泛討論的提高系統靈活性的方法就是增加電力存儲能力(比如低谷平衡)與擴大傳輸網絡。二者往往被認為是互相替代的關系,當然,也不乏二者之間存在互補性的觀點。


在(zai)發(fa)達國家,電(dian)網(wang)(wang)的(de)(de)(de)建(jian)設與擴容往往是(shi)(shi)非(fei)常困難與滯后的(de)(de)(de),因(yin)此,成本快速下降的(de)(de)(de)儲能的(de)(de)(de)建(jian)設如果(guo)能夠跟上,可(ke)以彌補電(dian)網(wang)(wang)的(de)(de)(de)部分(fen)角(jiao)色,儲能也(ye)會再次被看好(hao)。過(guo)去的(de)(de)(de)一段時間,電(dian)網(wang)(wang)側儲能在(zai)我(wo)國各個地(di)區的(de)(de)(de)安裝呈現(xian)加速的(de)(de)(de)趨勢。并且,從過(guo)去的(de)(de)(de)經歷來看,電(dian)網(wang)(wang)的(de)(de)(de)建(jian)設速度(du)往往也(ye)是(shi)(shi)非(fei)常快的(de)(de)(de)。那么,關(guan)于(yu)二(er)者是(shi)(shi)互(hu)補還是(shi)(shi)替(ti)代角(jiao)色的(de)(de)(de)討論就非(fei)常關(guan)鍵了。因(yin)為它涉及(ji)系統更(geng)高(gao)靈活性能否(fou)有(you)(you)效實現(xian),是(shi)(shi)否(fou)可(ke)以收益(yi)大于(yu)成本的(de)(de)(de)方式(shi)(所謂有(you)(you)經濟效率)實現(xian),以及(ji)是(shi)(shi)否(fou)能以更(geng)好(hao)、更(geng)低成本實現(xian)系統目的(de)(de)(de)(所謂成本有(you)(you)效性)。本期(qi)專欄,我(wo)們將討論這個問題。


過去的故事與事實


在當前的調度體(ti)系下,儲能(neng)與普通發電(dian)電(dian)源(yuan)并(bing)無區別,所謂系統級(ji)儲能(neng)的上馬完(wan)全(quan)是“泡沫”。


2017 年(nian),輸(shu)(shu)電(dian)系統服(fu)務商TenneT 和電(dian)池(chi)制造(zao)商Sonnen開始在試點(dian)項(xiang)(xiang)目中使用區塊鏈,調用分散的(de)(de)(de)家用電(dian)池(chi)儲(chu)能(neng)(neng)。眾所周知,解決德(de)國(guo)北部與南部之間(jian)高壓傳輸(shu)(shu)網(wang)絡瓶頸的(de)(de)(de)方(fang)法是降低北部發電(dian)廠(chang)的(de)(de)(de)功(gong)率輸(shu)(shu)出,同(tong)時(shi)提高南部發電(dian)廠(chang)的(de)(de)(de)功(gong)率輸(shu)(shu)出。現在的(de)(de)(de)替代方(fang)案是將分散的(de)(de)(de)家用電(dian)池(chi)儲(chu)能(neng)(neng)連接在一起,這樣家用電(dian)池(chi)儲(chu)能(neng)(neng)也能(neng)(neng)提供(gong)這項(xiang)(xiang)服(fu)務。北部的(de)(de)(de)電(dian)池(chi)在阻(zu)塞(sai)發生時(shi)儲(chu)存電(dian)網(wang)的(de)(de)(de)電(dian)力,同(tong)時(shi)南部的(de)(de)(de)電(dian)池(chi)(在高峰需(xu)求(qiu)時(shi))將向電(dian)網(wang)供(gong)電(dian)。


2017年,我國政府發(fa)布《關于促進儲(chu)能(neng)技術與產業發(fa)展的指導意見》。儲(chu)能(neng)項(xiang)目,尤其(qi)是電(dian)(dian)池儲(chu)能(neng)項(xiang)目,在發(fa)電(dian)(dian)側、電(dian)(dian)網側、用戶側、微電(dian)(dian)網、通信(xin)儲(chu)能(neng)、應急(ji)電(dian)(dian)源(yuan)等都有廣(guang)泛應用。


2019年9月,國家發展改革(ge)委召(zhao)開(kai)加強儲(chu)能(neng)技(ji)術(shu)學(xue)科專業建設推進產業人(ren)才培養和技(ji)術(shu)創新座談會(hui),強調儲(chu)能(neng)技(ji)術(shu)與產業的安全性(xing)(xing)、經(jing)濟性(xing)(xing)與可循環性(xing)(xing)。


2018年(nian),電網側(ce)儲能(neng)建設(she)一(yi)度紅火(huo)。江蘇、河南、湖南等地陸(lu)續開展了百兆瓦級(ji)別的(de)電網側(ce)儲能(neng)項(xiang)目建設(she)。截至2018年(nian)6月底(di),全國投運(yun)電化學儲能(neng)項(xiang)目的(de)累計裝機為(wei)53.3 萬千瓦,在用戶側(ce)的(de)占(zhan)50%,發電側(ce)與電網領(ling)域的(de)分別占(zhan)35%、15%。其中,70%是(shi)鋰離子電池。成(cheng)本回收與盈利,主要(yao)是(shi)通過(guo)峰谷價差(cha)實現。


儲能到(dao)底(di)是(shi)替代還是(shi)補充電網的(de)角色,不同的(de)研究給出了很混雜的(de)結果。其(qi)答案往往取決于(yu)很多的(de)前提(ti)條件,特別是(shi)涉及需求(qiu)、供(gong)應(ying)以及儲能的(de)空(kong)間(jian)分(fen)布,可再生(sheng)能源與(yu)(yu)需求(qiu)特性的(de)相關性,以及儲能運行(xing)的(de)模式(shi)(比如參(can)與(yu)(yu)何種市場、在何種時(shi)間(jian)尺(chi)度上(shang)進行(xing)充放電循(xun)環)。


我國的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)(wang)結構與(yu)歐(ou)美(mei)(mei)存(cun)在很大的(de)(de)(de)差異。在歐(ou)美(mei)(mei),基(ji)本(ben)是網(wang)(wang)(wang)狀電(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)(wang)(meshed- grid),幾乎不存(cun)在“大飛線式”的(de)(de)(de)長距(ju)離“點(dian)(dian)對點(dian)(dian)”“點(dian)(dian)對網(wang)(wang)(wang)”線路,專門用于電(dian)(dian)(dian)力傳(chuan)輸。因為,一(yi)方面(mian),建設(she)(she)電(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)(wang)線路的(de)(de)(de)基(ji)本(ben)動機是聯網(wang)(wang)(wang)解決阻塞問題主要是發揮電(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)(wang)的(de)(de)(de)需求與(yu)供應(ying)的(de)(de)(de)“平滑效(xiao)應(ying)”,而(er)不是輸電(dian)(dian)(dian),電(dian)(dian)(dian)源(yuan)永遠(yuan)是在本(ben)地平衡后,再調劑余缺,從而(er)減少輸電(dian)(dian)(dian)需求,這是一(yi)個一(yi)致性的(de)(de)(de)思路;另一(yi)方面(mian),高壓電(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)(wang)很貴(gui),現實中征地困難,建設(she)(she)緩(huan)慢。如果一(yi)個地區的(de)(de)(de)需求旺盛,建設(she)(she)本(ben)地電(dian)(dian)(dian)源(yuan),實現本(ben)地化供應(ying)往往是最優選擇(ze)(ze),而(er)不是選擇(ze)(ze)遠(yuan)方的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)力輸送。從技術(shu)層面(mian)來講,在電(dian)(dian)(dian)源(yuan)分布(bu)均勻的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)力系統中,其無功與(yu)功角穩定也更(geng)容易保(bao)障。


我(wo)國(guo)電(dian)網(wang)系(xi)統級儲能的(de)(de)安(an)裝,往(wang)往(wang)服從于(yu)改善(shan)并(bing)網(wang)特性、平滑出力的(de)(de)目(mu)的(de)(de),從而更加有利(li)于(yu)外送。正如我(wo)們之(zhi)前提及的(de)(de),這里(li)的(de)(de)“穩定外送”完(wan)全屬(shu)于(yu)基荷僵直(zhi)外送,既不參與本地(di)平衡,也很少隨著目(mu)標(biao)地(di)需求變化,這給送、售(shou)兩(liang)端都造成(cheng)了經濟(ji)上的(de)(de)“無(wu)謂損失”(deadweight loss),屬(shu)于(yu)需要盡快(kuai)取消的(de)(de)電(dian)力傳(chuan)輸與運行方式。


邏輯


我國電網(wang)系統級儲能的安裝,往(wang)往(wang)服從于(yu)改善并網(wang)特性、平滑出力(li)的目的,從而更加有利(li)于(yu)外送。


從(cong)技術上來(lai)說,儲(chu)能(neng)的系統價(jia)值很清楚,它(ta)可以(yi)提(ti)供(gong):能(neng)源的存(cun)儲(chu),在(zai)價(jia)格低的時(shi)候充電(dian)(dian),在(zai)合適(shi)的時(shi)候放(fang)電(dian)(dian),從(cong)而進行價(jia)格套利;頻率控制,提(ti)供(gong)向上向下的平衡調節,速(su)度很快;電(dian)(dian)壓控制;峰荷(he)轉移,放(fang)電(dian)(dian)的過(guo)程也(ye)是削減峰荷(he)的過(guo)程。這些價(jia)值如何貨(huo)幣化,成(cheng)為可行商業模(mo)式(shi),與市場(chang)設(she)計息(xi)息(xi)相關(guan),市場(chang)的開放(fang)性(xing)與參與主(zhu)體的資格是其(qi)中(zhong)最重要的因素。但是無論如何,所謂“平滑機組出力(li)”均不(bu)是其(qi)目的,這(應該(gai))是一個互(hu)聯電(dian)(dian)力(li)系統的基(ji)本(ben)功能(neng)。現實中(zhong),往往存(cun)在(zai)其(qi)他眾多更合適(shi)、更便宜的選擇(ze)。


開放競爭性電(dian)(dian)(dian)(dian)力市場環境中的(de)儲能來緩解電(dian)(dian)(dian)(dian)網阻塞(sai)(sai),如(ru)果是安裝在阻塞(sai)(sai)線路高發電(dian)(dian)(dian)(dian)成本的(de)一(yi)(yi)端(duan),那么儲能在低(di)(di)谷充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian),高峰放電(dian)(dian)(dian)(dian),會有效降低(di)(di)高峰時期其他機組需(xu)要的(de)發電(dian)(dian)(dian)(dian)量,降低(di)(di)阻塞(sai)(sai)情況。這一(yi)(yi)角(jiao)色與擴大的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)網連接往往是一(yi)(yi)樣的(de)降低(di)(di)本地機組發電(dian)(dian)(dian)(dian)量。二者是同(tong)一(yi)(yi)功能,因此是充(chong)分替(ti)代的(de)。


相反,如果儲能(neng)安裝在阻塞(sai)線路低發(fa)電成本的(de)(de)一端(duan),那么擴(kuo)大的(de)(de)電網(wang)連(lian)接(jie)會增大該端(duan)的(de)(de)發(fa)電量,因(yin)為電量可(ke)以傳輸到更貴的(de)(de)另一端(duan),從而(er)增加對高峰點儲能(neng)放電的(de)(de)需(xu)求。電網(wang)的(de)(de)阻塞(sai)越(yue)(yue)緩(huan)解,傳輸的(de)(de)電量越(yue)(yue)大,從而(er)儲能(neng)的(de)(de)需(xu)要(替代本地發(fa)電,尋(xun)找價格(ge)高點)也越(yue)(yue)大。二者往(wang)往(wang)是互補的(de)(de)。


聯網意(yi)味著之前獨(du)立的(de)(de)電網建立了(le)物理聯絡,從而(er)整個市(shi)場可(ke)(ke)(ke)以(yi)變(bian)得(de)(de)更大,彼此聯系(xi)與交換電力變(bian)得(de)(de)可(ke)(ke)(ke)能或者更大。此外,從系(xi)統(tong)運行角(jiao)度來(lai)看,由于彼此之間的(de)(de)可(ke)(ke)(ke)能需求(qiu)特性不同,存(cun)在大區域的(de)(de)平衡效應,以(yi)及可(ke)(ke)(ke)以(yi)共享一些備(bei)用,潛在地(di)有(you)做(zuo)大蛋糕的(de)(de)可(ke)(ke)(ke)能性。輸電,比聯網的(de)(de)含義要小得(de)(de)多,只(zhi)是一種(zhong)電力交易行為。“大飛線式”外送(song)往往割裂了(le)本地(di)與外送(song)市(shi)場。


在(zai)(zai)“大飛線式(shi)”外(wai)送(song)(song)的(de)(de)(de)(de)(de)格局下,電(dian)(dian)(dian)網(wang)與儲(chu)(chu)(chu)能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)關(guan)系是(shi)(shi)非常微妙的(de)(de)(de)(de)(de),完全不(bu)是(shi)(shi)上述通過加(jia)入儲(chu)(chu)(chu)能(neng)來解決(jue)電(dian)(dian)(dian)網(wang)阻(zu)塞的(de)(de)(de)(de)(de)邏輯,因為根本不(bu)存在(zai)(zai)電(dian)(dian)(dian)網(wang)阻(zu)塞,儲(chu)(chu)(chu)能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)目(mu)標是(shi)(shi)改善電(dian)(dian)(dian)廠出力(li)特(te)性。首先,總(zong)體而言(yan),電(dian)(dian)(dian)網(wang)是(shi)(shi)為了達到平滑(hua)出力(li)目(mu)的(de)(de)(de)(de)(de),儲(chu)(chu)(chu)能(neng)也是(shi)(shi)同樣(yang)如此,二者的(de)(de)(de)(de)(de)功能(neng)一樣(yang)。儲(chu)(chu)(chu)能(neng)大規模加(jia)入后必然替代電(dian)(dian)(dian)網(wang),比如有些自發自用(yong)用(yong)戶(hu)安裝大容量儲(chu)(chu)(chu)能(neng)后,幾乎(hu)可(ke)以“脫網(wang)”了,二者是(shi)(shi)替代關(guan)系。其次,具體就長(chang)距離輸送(song)(song)模式(shi)而言(yan),其完全是(shi)(shi)基(ji)于電(dian)(dian)(dian)量輸送(song)(song)目(mu)的(de)(de)(de)(de)(de),更(geng)多的(de)(de)(de)(de)(de)儲(chu)(chu)(chu)能(neng)加(jia)入意味著(zhu)更(geng)大的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)量輸出,從而提高電(dian)(dian)(dian)網(wang)線路利用(yong)率與容量需求,二者是(shi)(shi)互補的(de)(de)(de)(de)(de);此外(wai),其服從于一個完全不(bu)正當、不(bu)合理的(de)(de)(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)荷僵直(zhi)外(wai)送(song)(song)。這樣(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)荷電(dian)(dian)(dian)力(li)不(bu)受(shou)目(mu)標地歡迎(ying),屬于特(te)權垃圾(ji)電(dian)(dian)(dian),儲(chu)(chu)(chu)能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)入無疑會惡(e)化(hua)這種趨(qu)勢(shi),使(shi)得線路的(de)(de)(de)(de)(de)利用(yong)率因為市場(chang)問題而下降(jiang),二者存在(zai)(zai)沖突。


小結


筆者(zhe)在2016年曾(ceng)提到,儲能應用(yong)需要(yao)避免的(de)(de)是一(yi)種錯誤的(de)(de)組合(he)缺(que)乏波動性定價的(de)(de)市場、對(dui)儲能放(fang)電(dian)單獨補貼、補貼通過消費者(zhe)消化、何時放(fang)電(dian)由調(diao)度說了算。目前,這(zhe)句(ju)話對(dui)于改革中的(de)(de)我國電(dian)力系(xi)統仍然有效。在當(dang)前的(de)(de)調(diao)度體系(xi)下(xia),儲能與(yu)普通發電(dian)電(dian)源并無區別,所謂系(xi)統級(ji)儲能的(de)(de)上馬完全是“泡(pao)沫(mo)”。


電網聯網的(de)基(ji)本目的(de)是(shi)(shi)平滑各種(zhong)出力特性不(bu)同的(de)電源與不(bu)同需(xu)求(qiu)特性的(de)用戶,這(zhe)是(shi)(shi)其基(ji)本功(gong)能(neng)(neng)。而儲(chu)能(neng)(neng)也具有這(zhe)種(zhong)功(gong)能(neng)(neng),二(er)者(zhe)是(shi)(shi)充分替(ti)代(dai)的(de)。在(zai)解決(jue)(jue)網絡阻塞(sai)問題(ti)上,二(er)者(zhe)是(shi)(shi)互補還(huan)是(shi)(shi)替(ti)代(dai),往往取決(jue)(jue)于儲(chu)能(neng)(neng)是(shi)(shi)安裝在(zai)高電價(jia)側,還(huan)是(shi)(shi)低電價(jia)側。


在我國“大飛(fei)線(xian)式”外(wai)送(song)格局(ju)下,電網與儲能是(shi)通過互補(bu)來實(shi)現基荷(he)僵直外(wai)送(song)的(de),這恰(qia)恰(qia)是(shi)整個系(xi)統靈活(huo)性(xing)不足(zu)的(de)主要障(zhang)礙。抑制這一無效(xiao)率體系(xi)的(de)關鍵(jian),在于(yu)調度范式的(de)改變以及網狀電網的(de)構(gou)建,消滅“點(dian)對點(dian)”“點(dian)對網”的(de)僵直外(wai)送(song)模(mo)式。

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