“可再生能源+儲(chǔ)能”可大幅降低電力系統(tǒng)投資，但目前儲(chǔ)能大規(guī)模應(yīng)用還面臨著技術(shù)待突破、商業(yè)機(jī)制待完善等難題。建議借力電力體制改革，通過(guò)電價(jià)機(jī)制完善儲(chǔ)能投資回收機(jī)制和商業(yè)模式。
根據(jù)我國(guó)能源轉(zhuǎn)型工作的相關(guān)要求，電力系統(tǒng)中風(fēng)、光、核等非化石能源占比將持續(xù)提高。由于核電出力調(diào)節(jié)困難，風(fēng)、光等可再生能源具有間歇性特點(diǎn)，使得電力系統(tǒng)在調(diào)峰、調(diào)頻等方面所面臨的挑戰(zhàn)將越來(lái)越嚴(yán)峻，需要大量創(chuàng)新性技術(shù)支撐，廉價(jià)、環(huán)保、安全的儲(chǔ)能技術(shù)就是一個(gè)可行的選擇。
儲(chǔ)能技術(shù)包括物理儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能、相變儲(chǔ)能等多種類(lèi)型，目前建設(shè)規(guī)模最大的是以傳統(tǒng)抽水蓄能為代表的物理儲(chǔ)能。近年來(lái)，其他類(lèi)型儲(chǔ)能技術(shù)得到了快速發(fā)展，特別是電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，以其響應(yīng)速度快、建設(shè)周期短、能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)勢(shì)逐步開(kāi)始應(yīng)用于調(diào)峰調(diào)頻領(lǐng)域。近期，新型超級(jí)電容儲(chǔ)能技術(shù)取得了突破性進(jìn)展。但是儲(chǔ)能的大規(guī)模應(yīng)用還面臨一些問(wèn)題，本文主要從電化學(xué)儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性角度進(jìn)行探討。
儲(chǔ)能大規(guī)模應(yīng)用仍存諸多難題
儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用場(chǎng)景主要包括發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶(hù)側(cè)。
在發(fā)電側(cè)，儲(chǔ)能設(shè)施可以平抑出力波動(dòng)，改善電能質(zhì)量;調(diào)節(jié)電站出力，減少新能源電廠的棄風(fēng)棄光;參與系統(tǒng)輔助調(diào)頻等。在電網(wǎng)側(cè)，儲(chǔ)能設(shè)施可以減少系統(tǒng)峰谷差，改善負(fù)荷曲線(xiàn)，減少部分峰荷機(jī)組和輸變電工程的建設(shè);參與系統(tǒng)調(diào)頻;作為黑啟動(dòng)電源和重要負(fù)荷的保安電源等。在用戶(hù)側(cè)，儲(chǔ)能設(shè)施可以利用峰谷電價(jià)差降低電度電費(fèi);減少供電負(fù)荷峰值，降低容量電費(fèi);為自身敏感設(shè)備提供備用電源等。
但儲(chǔ)能技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用還面臨多個(gè)問(wèn)題。一方面，電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)本身還存在成本、安全和環(huán)保問(wèn)題，需要不斷突破和完善。另一方面，儲(chǔ)能設(shè)施的投資回收機(jī)制還不明朗，商業(yè)模式尚不完善。
目前，一些省區(qū)的調(diào)峰調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)已逐步開(kāi)啟，儲(chǔ)能項(xiàng)目通過(guò)參與系統(tǒng)調(diào)頻服務(wù)獲利的可能性增大，但是調(diào)峰輔助服務(wù)的相關(guān)政策更多是從發(fā)電廠個(gè)體出發(fā)，缺乏對(duì)電力系統(tǒng)整體經(jīng)濟(jì)性的考慮，同時(shí)《輸配電定價(jià)成本監(jiān)審辦法》明確了儲(chǔ)能投資不得計(jì)入電網(wǎng)輸配電定價(jià)成本，電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能的發(fā)展也受到制約，因此儲(chǔ)能的發(fā)展還需要相應(yīng)政策的進(jìn)一步支持和電價(jià)機(jī)制引導(dǎo)。
分布式儲(chǔ)能可提升電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性
從全社會(huì)的角度出發(fā)，建設(shè)大規(guī)模接至10kV及以下電壓等級(jí)的分布式儲(chǔ)能裝置，可實(shí)現(xiàn)削峰填谷，降低系統(tǒng)最高負(fù)荷和峰谷差。既能減少電力系統(tǒng)主力調(diào)峰電廠的建設(shè)，又能減少220kV及110kV變電容量及輸電線(xiàn)路的建設(shè)，降低系統(tǒng)總投資。當(dāng)減少的電源及電網(wǎng)側(cè)投資大于增加的儲(chǔ)能投資時(shí)，整體經(jīng)濟(jì)性較好。
以海南遠(yuǎn)景全社會(huì)2000萬(wàn)kW負(fù)荷水平(電量1120億kWh)為例進(jìn)行測(cè)算，以原規(guī)劃的氣電、核電為主的裝機(jī)方案作為基準(zhǔn)電源方案(含現(xiàn)有抽水蓄能裝機(jī)60萬(wàn)kW)，系統(tǒng)總裝機(jī)規(guī)模約2710萬(wàn)kW。
適當(dāng)增加儲(chǔ)能裝置可優(yōu)化負(fù)荷曲線(xiàn)。
遠(yuǎn)景原始負(fù)荷曲線(xiàn)中夏季日最小負(fù)荷率為0.62，冬季日最小負(fù)荷率為0.46，日峰谷差較大。通過(guò)新增大規(guī)模儲(chǔ)能裝置替代同等功率氣電機(jī)組，在滿(mǎn)足電量總需求的前提下，通過(guò)用電負(fù)荷的削峰填谷，優(yōu)化負(fù)荷曲線(xiàn)。假定新增分布式儲(chǔ)能裝置的放電時(shí)間均為2小時(shí)，放電深度100%。
對(duì)以下三種場(chǎng)景分別進(jìn)行電力電量平衡計(jì)算，結(jié)果如下：1)當(dāng)增加儲(chǔ)能裝置190萬(wàn)kW/380萬(wàn)kWh，替代190萬(wàn)kW氣電機(jī)組時(shí)，通過(guò)新增的儲(chǔ)能裝置與原有抽蓄機(jī)組共同作用(下同)，可使夏季日最小負(fù)荷率上升至約0.8，冬季日最小負(fù)荷率上升至約0.63，火電機(jī)組利用小時(shí)數(shù)得到提升。2)當(dāng)增加儲(chǔ)能裝置380萬(wàn)kW/760萬(wàn)kWh，替代380萬(wàn)kW氣電機(jī)組時(shí)，可使夏季日最小負(fù)荷率上升至約0.9，冬季日最小負(fù)荷率上升至約0.75。此時(shí)火電機(jī)組利用小時(shí)數(shù)大幅提升，煤電達(dá)到6500多小時(shí)，氣電達(dá)到4000多小時(shí)。3)當(dāng)增加儲(chǔ)能裝置570萬(wàn)kW/1140萬(wàn)kWh，替代570萬(wàn)kW氣電機(jī)組時(shí)，可使夏季和冬季的日最小負(fù)荷率均上升至約0.9，見(jiàn)圖1。此時(shí)核電機(jī)組和煤電機(jī)組除停機(jī)檢修時(shí)間外，基本均處于滿(mǎn)發(fā)狀態(tài)，氣電機(jī)組和儲(chǔ)能既承擔(dān)發(fā)電任務(wù)又承擔(dān)系統(tǒng)備用容量。
儲(chǔ)能價(jià)格下降越多，產(chǎn)生的全社會(huì)經(jīng)濟(jì)性越好。
增加儲(chǔ)能裝置減少了系統(tǒng)內(nèi)調(diào)峰電源裝機(jī)規(guī)模，提高了系統(tǒng)內(nèi)機(jī)組的利用小時(shí)數(shù)，綜合考慮電源建設(shè)投資、運(yùn)營(yíng)年限、燃料費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)等因素后，計(jì)算電源側(cè)年費(fèi)用。具體參數(shù)選取如下：
1)燃?xì)怆姀S單位造價(jià)取3000元/千瓦，經(jīng)營(yíng)期25年，年固定運(yùn)行費(fèi)率取項(xiàng)目建設(shè)投資的3%，機(jī)組平均氣耗取0.2立方米/千瓦時(shí)，天然氣氣價(jià)取2.5元/立方米;燃煤火電標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)取600元/噸。2)核電廠單位造價(jià)取15500元/千瓦，經(jīng)營(yíng)期30年，年固定運(yùn)行費(fèi)率取項(xiàng)目建設(shè)投資的4%，核燃料單價(jià)取0.06元/千瓦時(shí)。3)光伏電站單位造價(jià)取5000元/千瓦，經(jīng)營(yíng)期取25年，年運(yùn)行費(fèi)取項(xiàng)目建設(shè)投資的2.4%。4)儲(chǔ)能電站單位造價(jià)取1000-3000元/千瓦時(shí)，經(jīng)營(yíng)期取10年，年運(yùn)行費(fèi)取項(xiàng)目建設(shè)投資的5%，發(fā)電效率取90%。
根據(jù)計(jì)算結(jié)果，當(dāng)儲(chǔ)能綜合造價(jià)降至2500元/千瓦時(shí)及以下時(shí)，以?xún)?chǔ)能替代氣電裝機(jī)的方式可降低電源側(cè)的總年費(fèi)用。當(dāng)儲(chǔ)能綜合造價(jià)在3000元/千瓦時(shí)及以上時(shí)，以?xún)?chǔ)能替代氣電裝機(jī)的方式在電源側(cè)的經(jīng)濟(jì)性較差。
當(dāng)通過(guò)增加儲(chǔ)能裝置使系統(tǒng)日最小負(fù)荷率趨近于1時(shí)，常規(guī)電源機(jī)組都已得到充分利用，此時(shí)再新增儲(chǔ)能裝置已無(wú)法替代氣電機(jī)組，此時(shí)繼續(xù)增加儲(chǔ)能裝置的經(jīng)濟(jì)性將變差。
建設(shè)分布式儲(chǔ)能裝置后，可降低系統(tǒng)最高負(fù)荷，減少高壓電網(wǎng)輸電變工程的建設(shè)，減少電網(wǎng)側(cè)投資。新增190萬(wàn)kW/380萬(wàn)kWh儲(chǔ)能裝置，相比基準(zhǔn)電源方案可減少電網(wǎng)投資22.5億元，年費(fèi)用減少2.7億元;儲(chǔ)能裝置容量增加至570萬(wàn)kW/1140萬(wàn)kWh時(shí)，相比基準(zhǔn)電源方案可減少電網(wǎng)投資68.6億元，年費(fèi)用減少8.1億元。
綜合電源側(cè)和電網(wǎng)側(cè)投資后，分析全社會(huì)的經(jīng)濟(jì)性。
若儲(chǔ)能綜合造價(jià)為3000元/千瓦時(shí)，新增儲(chǔ)能裝置容量達(dá)到380萬(wàn)kW/760萬(wàn)kWh，全社會(huì)總年費(fèi)用可降低7.7億元，平均每度電價(jià)格可降低0.007元/千瓦時(shí);若儲(chǔ)能綜合造價(jià)降至2500元/千瓦時(shí)，全社會(huì)總年費(fèi)用可降低15.2億元，平均每度電價(jià)格可降低0.014元/千瓦時(shí)。儲(chǔ)能價(jià)格下降越多，全社會(huì)經(jīng)濟(jì)性越好，社會(huì)所有參與者均可從中獲益，關(guān)鍵在于紅利如何分配。
建議通過(guò)電價(jià)機(jī)制放大儲(chǔ)能作用
在現(xiàn)有的電力體制下，儲(chǔ)能除了通過(guò)調(diào)頻輔助服務(wù)獲利、用戶(hù)側(cè)儲(chǔ)能通過(guò)峰谷電價(jià)差獲利等商業(yè)模式較為清晰外，其他應(yīng)用場(chǎng)景的儲(chǔ)能投資回收機(jī)制和商業(yè)模式還不完善。但是我國(guó)的電力體制改革仍在穩(wěn)步推進(jìn)，各項(xiàng)制度也在不斷創(chuàng)新和完善中，對(duì)于未來(lái)的電價(jià)策略，我們建議：
首先，通過(guò)前面的分析可以看出，大規(guī)模儲(chǔ)能可以減少輸配電網(wǎng)投資，與輸配電服務(wù)有較大的關(guān)聯(lián)性，如果將儲(chǔ)能設(shè)施建設(shè)投資納入輸配電成本，對(duì)于電網(wǎng)降低建設(shè)成本也能起到正向激勵(lì)作用。但《輸配電定價(jià)成本監(jiān)審辦法》明確電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能投資不能計(jì)入電網(wǎng)輸配電定價(jià)成本，這項(xiàng)規(guī)定的出發(fā)點(diǎn)是考慮到電網(wǎng)公司是提供輸配電服務(wù)的供應(yīng)商，而儲(chǔ)能既可以作為負(fù)荷又可以作為電源，還可以提供輔助服務(wù)，因此儲(chǔ)能的投資與輸配電服務(wù)的相關(guān)性較難界定，需要進(jìn)一步研究。
其次，大規(guī)模儲(chǔ)能可以改善系統(tǒng)負(fù)荷曲線(xiàn)，降低系統(tǒng)峰谷差，減少尖峰負(fù)荷值，因此可以減少大型調(diào)峰機(jī)組的建設(shè)，同時(shí)提高已有主力電源裝機(jī)的利用小時(shí)數(shù)，提高已有主力電源的經(jīng)濟(jì)效益，降低發(fā)電成本和上網(wǎng)電價(jià)。因此可以通過(guò)計(jì)劃或市場(chǎng)方式將上網(wǎng)電價(jià)下降總量的一部分用于激勵(lì)儲(chǔ)能設(shè)施的建設(shè)，其余部分可用于降低用戶(hù)側(cè)終端銷(xiāo)售電價(jià)，實(shí)現(xiàn)全社會(huì)(包括電源、電網(wǎng)、儲(chǔ)能、用戶(hù))的多方互動(dòng)共贏。
再次，制定電源、電網(wǎng)、用戶(hù)聯(lián)動(dòng)的分時(shí)電價(jià)機(jī)制，健全價(jià)格激勵(lì)和約束手段，使節(jié)約能源資源與保護(hù)生態(tài)環(huán)境成為單位、家庭、個(gè)人的自覺(jué)行動(dòng)，促使電力系統(tǒng)的各參與者自發(fā)建設(shè)儲(chǔ)能裝置、主動(dòng)參與系統(tǒng)調(diào)峰，促進(jìn)儲(chǔ)能行業(yè)的健康發(fā)展。
最后，當(dāng)前新能源電站建設(shè)儲(chǔ)能裝置的積極性不高，這是因?yàn)閲?guó)家從支持新能源發(fā)展的角度，要求電網(wǎng)全額收購(gòu)其發(fā)電量，并且由電網(wǎng)承擔(dān)新能源發(fā)電波動(dòng)的平衡義務(wù)。這對(duì)市場(chǎng)的其他參與者不公平，因此可加強(qiáng)對(duì)新能源電站發(fā)電的偏差考核，以?xún)r(jià)格手段促使新能源電站建設(shè)儲(chǔ)能裝置以化解風(fēng)險(xiǎn)，提高新能源發(fā)電的滲透率。
建設(shè)分布式儲(chǔ)能可以提高風(fēng)、光、核等非化石能源的可調(diào)度能力，從而提升新能源的消納能力，有助于加快能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的實(shí)施。同時(shí)隨著儲(chǔ)能造價(jià)的不斷降低，以大規(guī)模儲(chǔ)能替代氣電等調(diào)峰機(jī)組并減少電網(wǎng)輸配電工程建設(shè)對(duì)全社會(huì)的經(jīng)濟(jì)性越來(lái)越明顯，建議主管部門(mén)從宏觀角度考慮儲(chǔ)能的投資回收方式，兼顧全社會(huì)紅利的合理分配，形成良好的市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)機(jī)制，明晰各方的權(quán)利、責(zé)任和義務(wù)，促進(jìn)儲(chǔ)能的健康有序發(fā)展，促進(jìn)全社會(huì)的互動(dòng)共贏。
評(píng)論