新型電力系統與儲能發展的思考與展望

楊再敏 南方電網能源發展研究院有限責任公司新能源研究所副所長

(資料圖片)

第一、新型電力系統與儲能以及儲能在新型電力系統中的作用

我們國家已經提出“3060”承諾，其實這方面關于碳達峰、碳中和我們國家跟歐美國家現階段的重點任務是不一樣的，我們更多關注的是碳達峰，歐美國家大部分已經實現碳達峰了，他們關注的更多是碳中和，在二十大報告里提出我們要積極穩妥推進碳達峰這個方面的工作。

關于新型電力系統，我們之前提出了以新能源為駐地的新型電力系統，隨著我們現在用能包括形勢的發展，現在我們要構建適應新能源占比逐漸提高的新型電力系統，不管是從實現碳達峰、碳中和，還有構建新型電力系統、新型能源體系來說，能源都是一個主戰場，現在能源的消費占整個二氧化碳排放的80%、其中電力占40%左右。

下面跟大家交流一下新型電力系統建設面臨的幾方面挑戰。

技術層面，關于風電、光伏大規模并網之后幾個方面的挑戰。1、系統轉動慣量變小，降低了電網抗擾動能力。2、關于頻率電壓的耐受能力不足，容易引發一些連鎖的故障。3、由于新能源波動，會造成線路潮流能波動比較大。4、關于大規模的電力電子設備，包括新能源、風電、光伏，包括與新能源相關的直流，大規模的電力電子設備容易引發系統的穩定和振蕩的問題。

電力保供難度增加。首先，運行方面，由于新能源的一些波動性，我們跟負荷平，這方面有點困難。更大一方面的挑戰是，我們國家在能源轉型過程可能跟其他國家面臨的挑戰不一樣，我們是既要保障我們目前用能增長速度還比較快的情況下，目前能量保障難度還是比較大的。

面臨的問題是成本的問題，我們現在想解決用電保障有沒有的問題，現在還要解決我們電能綠不綠、好不好的問題，成本方面還是一個挑戰。現在新能源的發電成本，現在陸上基本實現平價上網了，成本比較高的可能是海上風電的成本，目前海上風電成本降得比較快，特別是在大規模發展之后成本還是降得比較快的，但是新能源的上網成本只是一部分，我們新能源消納成本，整個系統成本應該包括四部分，大的是兩部分、一個是發電成本、 一個是調節成本，當然還有備用的并網成本。新能源雖然實現了平價上網，但是我們為了大規模地消納新能源，還要配備很多的調節資源，這方面的成本，不管是火電也好、氣電也好、儲能也好，綜合成本目前來看還是比較高的。

包括現在電源主體利益協調問題，因為市場機制還不是很健全，新能源要全額消納，包括一些常規的火電、氣電參與調節過程中怎么保證我們傳統電源跟新能源的協調。

還有關于生態環境的問題、土地資源的問題，包括生態保護的問題，這方面也會面臨一些挑戰。

儲能的作用，總體來說儲能兩個方面的作用。第一方面，現在新型電力系統建設核心就是要保持電力電網平衡，怎么來提高我們系統的靈活調節能力，因為儲能具有快速的響應能力，在消納新能源上可能會發揮一定的作用。

另一方面，儲能的作用總結起來有三方面，1、綠色、安全、高效，儲能主要是配合新能源，在調峰上來實現解決新能源出力和用電不匹配的問題，來充分消納新能源，實現綠色發展。2、從安全方面，因為儲能快速響應能力，能夠有效地解決新型電力系統剛才提到面臨的的問題，包括電力電子化、高比例新能源的問題。3、能夠提高我們電力系統運行的效率，現在儲能不管是在發電側、電網側、負荷側，我們都可以發揮一定的作用，來提高電網的運行效率。在發電側，我們可以提供一些無功電壓支撐，包括解決新能源的波動性。在電網側體現更明顯一些，我們現在在電網側的儲能可以參與調峰調頻，也可以緩解電網的阻塞，特別是延緩電網的投資，也可以做一些補充電壓支撐、緊急備用這方面的工作。在負荷側，應用比較廣泛，包括我們怎么在各個場景有一些新的業態更靈活地來實現用電需求。

統籌發展，核心問題就是新能源成為主體電源，或者占比提升之后，怎么能夠實現不同的時間尺度、不同的空間尺度上不同功能定位的儲能。時間尺度上，從超短期的一直到短期的、日內的，包括中長期。空間上，包括在源網荷三側來實現空間尺度的問題。

時間尺度上，目前看，包括從超短期一直到中長期這個時間尺度，不同類型的儲能發揮了不同的作用，包括在超短時間尺度上，我們現在主要是電化學儲能、超級電容還有一些飛輪儲能，都可以發揮一定的作用。在日內也好，秒級、分鐘級，主要是地抽水蓄能，還有電化學儲能，都可以發揮作用。在中長期，剛剛杜院長也介紹了氫能的發展，目前想著依托氫能不能在中長期，特別是有人提到跨季節，能不能做一些這方面的作用，這也是現在研究的一方面問題。

在不同的空間尺度上，還是源網荷三側做一些工作。源側，電源側配儲能，從國家層面也好、從各個地方政府層面也出臺了一些配套儲能的政策，現在新能源場站也要求配儲能，并使用一定的政策傾斜。在電網側，現在包括電網公司、南方電網公司也非常住追儲能的發展，南網儲能也是第一家上市的電網儲能公司。總體來說，現在電網側有兩類，一類是電網替代性的儲能，這方面主要是發揮一些類似于電網輸電設備的功能，緩解一些阻塞，延緩一些我們輸變電設備投資。另外一方面，電網側的獨立儲能，更多的類似于參照抽水蓄能的功能，怎么來參與系統的調峰。

在負荷側，這里面更多的是怎么能夠實現多元化的、精細化的、定制化的用能需求，也結合我們數字化的技術，包括虛擬電廠的技術，可以實現新模式、新業態。

第二部分、儲能發展的現狀和問題

近年來，國家大力支持儲能的發展，目前是兩個層面的東西。第一層面，國家希望儲能在我們新型電力系統中發揮大的作用，促進新能源消納。另外一方面就是產業方面，我們國家這么多年的產業政策新能源方面是非常成功的，從風電、光伏整個產業在世界上已經非常領先了，光伏板現在基本上70%左右、現在基本上都國產化了，而且現在大容量的產業都融合。第二方面，包括新能源汽車也是，這個產業也是非常成功的。現在儲能這個產業，結合我們之前動力電池技術路線，國家希望在產業方面能夠把儲能的產業也當成重要的新興產業來發展。從這兩方面出發，現在國家出臺了一系列政策來支持儲能發展。

2021年出臺了《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》，提到從商業化的初期向規模化發展轉變，裝機規模2025點要達到3000萬，這個數大家總體覺得應該還是偏保守的。推動電網側儲能，電力回收。去年3月份出臺了《“十四五”新型儲能發展實施方案》，更多地從科研、創新、示范試點、完善體制機制、市場機制方面做的一些規劃。去年6月份，出臺了《關于進一步推動新型儲能參與電力市場和調度運用的通知》，鼓勵作為獨立市場主體參與儲能，進一步完善市場。

整體來說，儲能到去年年底全球2.4億，這里面包括抽水蓄能跟電化學儲能，新型儲能是4600萬左右，現在鋰離子電池占了絕對的主要部分，我們國家也差不多，整體比例是抽水蓄能占了百分之七八十，電化學儲能20%左右，電化學儲能主要是鋰離子儲能。目前來看，新型儲能發展非常快，裝機增長很快，但是還沒有成為我們新型電力系統調節的主力。

在投資回報機制上，目前還是多采用儲能+的模式，在電源側，新能源配儲能主要是來減少棄風棄光，也會通過租賃和共享模式推進儲能的配置。電網側，現在是電網投資儲能，以租賃的方式或者參與電力市場來回收成本。用戶側，包括新型儲能配合光伏，新能儲能+負荷，來參與峰谷電價的套利，在峰谷電價差比較大的地方有一定應用。

存在的幾個方面的問題：

第一方面，現在新型儲能技術經濟性和成熟度有待提高。目前最成熟的就是抽水蓄能，現在鋰離子電池技術電化學儲能應該是被寄予厚望的，特別是經過汽車動力電池產業的引導、發展，目前是新型儲能發展的主要方向。與此同時，包括壓縮空氣儲能、飛輪儲能、超級電容、超導儲能，都在研究和示范階段，現在成熟的大部分是抽水蓄能，電化學儲能從發展初期向規模化轉變，其他幾個方面現在都是在科研、示范的階段。

第二方面，市場化機制不大健全，成本的疏導機制不完善。現在國家已經出臺了一些政策，要新型儲能以獨立的主體參與市場，本身電力市場建設還在建設過程中，南方區域市場是走在全國前列的，也在研究怎么參與市場有更好的回收機制。目前包括參與輔助服務、參與電力市場現貨市場，這方面工作還在不斷探索和研究階段。

第三方面，包括抽水蓄能，主要受一些地理位置包括地形條件的限制，大規模發展還是比較受限，現在也提出一些新的方式，包括怎么把一些常規的水電廠改建成混合式的抽水蓄能電站，甚至有人提出怎么利用流域的梯級電站做抽水蓄能電站，這方面突破的遠比現在的抽水蓄能大的。整體來說，現在抽水蓄能是發展非常成熟的方向，但是怎么有一些新的技術，包括小型抽水蓄能來做這方面的工作。

第四方面，新型儲能包括電化學儲能的安全問題還是制約行業發展的大問題。包括國內外近年來發生了多起儲能起火的事故，當然有幾方面原因，第一方面的原因，電網因為對儲能調度的利用效率不是很高，特別是在成本的壓力下，現在可能會有一些劣幣驅逐良幣的現象，大部分可能配了一些儲能，但是在它安全地投入上做得還是不夠的，可能這是一個原因。另一方面原因，目前對它的設計、運維、評價，處置得規范、標準，還不健全，但是可能更重要的就是，現在我們基于動力電池的技術路線，在本質安全方面能不能滿足電力系統大規模儲能的要求，這方面可能還是要思考和探索的。

第三部分、關于儲能 南網公司做的一些工作

這是2021年底的，2022年底的還在統計中。整體來看，現在裝機80多萬、接近100萬，現在裝機容量比較大的是廣東，主要還是集中在電源側，主要是廣東火電的調頻市場比較活躍，調頻市場電化學儲能權重大一些。從今年開年，特別是廣東，廣東對儲能產業發展非常重視，也出臺了儲能快速發展的方案，包括南網公司也在爭取方案。總體來說，廣東省希望在儲能產業方面做很大的工作。

從政策來看，我們國家很多省份都出臺了新能源場站配儲能的政策，南方地區也同樣，現在廣東、云南沒有明確的政策，廣西、云南、貴州、海南都出臺了包括配儲能的政策，從10%到20%不等的政策，每個地方都不一樣，這方面也是為了更好地消納新能源。

南方電網公司近年來積極支持儲能發展的應用，2019年就出臺了加快促進電化學儲能發展的指導意見，提出要從技術研究、規范并網管理、引導產業發展等方面的重點任務，在2021年8月印發了進一步加快電化學儲能的指導意見，也提出了兩批電網側儲能示范的電站，提出2025年要從商業化初期到規模化的轉變，2030年儲能業務實現全面的市場化，成為公司新型業務發展的重要方面，剛剛提到南網儲能調峰調頻公司已經把儲能的資產打包上市了，也希望在這方面做一些新業務。

去年年底，南網公司印發了《南方電網新型儲能建設指南》，主要從規范儲能的功能定位、配置原則、接入要求、商業模式、并網管理、調度管理等方面做了一些指導性的規范。

近年來，南方電網公司，從2012年就開始布局儲能電站，在深圳寶清，近年來，在電網側做一些儲能電站的配置。

深圳寶清這個電站投運是比較早的，已經有10年了，是一個10兆瓦/22兆瓦時的電網側儲能電站，目前也是正常運行。

2021年又投運了三座在電網側的儲能，主要是提供供電能力的，去年在海南也投運了一座。在電網側獨立儲能里面，現在開工建設兩座比較大的，一個在佛山南海，30萬/60萬千瓦，還有一個在美洲的電站這是儲能發展的現狀。

發展展望，目前國家儲能發展更多是政策性驅動，包括從政策規定也好、儲能的規范也好，其實儲能的高質量發展本質上，系統運行的需求才是我們高質量發展的根本動力，目前我們結合電網運行的實際做了一些關于儲能實際需求的測算，我們測算南方電網在未來幾年可能儲能的需求在600萬千瓦左右，現在是100萬左右的需求，其實結合國內外和國網的實際，整體來說，我覺得儲能的發展還是在發展的初期、向規模發展的階段。現在隨著新的形勢，包括我們新能源大規模發展，包括現在因為一些新的電力供需形勢，我們現在也在規劃一些新的煤電，整個儲能的需求這方面我覺得需要做一些深入的測算。

在做需求測算的時候我們考慮兩個因素：第一個因素，是電網實際需要多少，第二個因素，同時考慮儲能電站的成本回收情況。這里面我們做的一些測算，整體來說，從中國儲能聯盟發布的情況來看，儲能電站的度電成本大概6、7毛錢左右，但是離我們抽水蓄能成本還是差的比較大，抽水蓄能成本是2毛錢左右，當然近年來下降也很快，降低了70%左右，我們初步預測，按照每年降10%左右，未來5年，如果發展比較快、規模上來的話，儲能成本應該能再降50%左右，如果那樣的話能降到3、4毛錢，就跟我們新能源包括火電上網電價成本相當了。其實儲能成本要對標三個成本，一個是對標我們新能源的上網電價成本，就是說你發一度電、存一度電、棄一度電的成本是否合適，另一個成本是對標我們火電的成本，就是你用火電調合適、還是用儲能調合適，第三個成本就是對標抽水蓄能的成本，如果你能達到抽水蓄能成本那就很好了。總體來說，既要考慮需求，也要考慮成本的情況。

第四部分、關于儲能發展的一些思考和建議

一、新型電力系統建設要充分挖掘需求側的調節資源。目前隨著新能源大規模并網，我們對系統、對靈活調節能源需求的量越來越大，同時現在電力系統里面可以挖掘的調節資源規模也是很多的，不管是常規的，包括火電機組靈活性改造，包括棄電，還有新型儲能，特別是結合電力市場、負荷側響應，其實更多地在需求側那些資源，怎么通過大量的分布式包括柔性的負荷、儲能、電動汽車需求側的資源，通過我們新的虛擬電廠需求側的技術來挖掘需求側的資源。

二、儲能發展應該是集中式和分布式相結合發展。各有優勢，根據你的技術條件不一樣，比如他是抽水蓄能，集中式比較成熟，集中式的發展，電化學儲能，可以考慮根據你的成本，現在安全的成本可能是很大部分的成本，這里面有可能儲能做得比較大安全成本可能越高，但是多少是比較合適的成本，我覺得這方面需要做一些研究，可以做一些集中式和分布式相結合的發展。三、現在電化學儲能、鋰電池儲能的技術，在安全性、經濟性方面離我們要求還是有差距的，目前我們的技術路線整體還是延續動力電池的技術路線，還是不一樣的，動力電池能量密度高，但是充放電次數沒這么高，但是電網的儲能要求不一樣，我對能量密度要求不高，但是我對充電次數，6000次或者更多的次數，安全性要求這么高，整體儲能的電量比汽車電量大很多的，我覺得完全是兩種產品的風險，在技術路線上這方面需要做一些探索和研究。

四，大家提出目前新型儲能應用效率不高的問題。我覺得更多的要共享使用，就是場站自建自用可能是很難恢復成本的，一定要實現，不管是從現在共享儲能也好、未來通過電力市場機制完成之后，參與電力市場也好，應該是統一調度、共享使用的方式。

五、價格機制。在目前成本的技術條件下，如果按照并網電價來算，可能儲能電站還是比較難回收成本的，我們建議來探索完善一些機制，當然有些省份已經有了，我覺得這方面需要根據儲能的技術經濟性的發展來不斷完善價格機制。

以上就是我今天的分享。謝謝大家！

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