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电化学储能应用现状及商业化应用前景

文章来源:中国电力企业管理刘坚2020-01-16 09:52

  储能技术可实现发用电时间解耦,打破电力实时供需平衡约束,使电能更趋同于一般商品,拓展电力交易的自由度和灵活度,是能源物联网的重要支撑。在各类储能技术中,电化学储能安装灵活、地理条件约束小、成本下降速度快,在全球范围已进入商业化推广阶段。在澳大利亚,光伏储能平准化发电成本已开始能够与燃气调峰机组竞争;美国西南部光伏储能项目的可调度发电平准化成本在2022年达到50美金/兆瓦时,届时低于天然气联合循环发电成本;加州公共事业委员会(CPUC)也于2018年1月批准公共事业企业太平洋天然气和电气(PG&E)建设567.5兆瓦/2.27吉瓦时储能,替代现有三个燃气调峰电站。我国2018年新增电化学储能应用装机规模近700兆瓦,位居世界前三,储能也已广泛应用于电力系统调频、需求侧电价管理、可再生能源消纳等场合。
 
储能商业化应用现状
 
  目前我国储能技术应用主要围绕可再生能源消纳、联合火电参与调频辅助服务以及用户侧电费管理等。此外,通信基站、数据中心、多站合一、光储(充)、微电网、综合能源服务以及电力现货市场等领域也有一定储能需求。
      可再生能源消纳
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  由于发电装机的快速增加,我国出现了较为明显的可再生能源弃电的问题。以弃风为例,2016年全国平均弃风率高达17%,甘肃、新疆、吉林三省弃风率甚至超过30%。较高的弃电率为电化学储能在可再生能源消纳领域的应用营造了商业运营条件。从地域分布来看,新疆、青海、河北是我国集中式可再生能源并网领域规划建设储能项目最集中的地区,单个项目的规划设计规模大幅增加,多能互补集成优化示范工程和可再生能源综合应用基地等成为该领域储能项目规划建设的主要形式。从项目的商业模式来看,在可再生能源并网领域储能主要有两种商业模式:一是新能源发电场站业主投资运营模式,其收益来源以弃电存储为主,减少考核费用为辅。二是合同能源管理模式,即新能源场站业主和储能企业双方以合同能源管理的模式进行利益分成。
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  以早期集中式光伏电站加装储能为例,若锂电池储能电站装机10兆瓦/20兆瓦时,电池单价1100元/千瓦时,光伏上网电价为0.9元/千瓦时,光伏弃电率为8%,则储能项目动态投资回收期为9年,内部收益率为10%。然而可再生能源发电侧储能的经济性水平依赖电价政策和弃电率,随着可再生能源技术不断成熟和电力系统消纳能力的提升,针对可再生能源消纳的储能模式正面临电价下降和弃电空间缩小的双重压力,未来商业运营可持续性存在较大不确定性。
 
      调频辅助服务
 
  目前国内电化学储能联合火电参与调频辅助服务的商业模式已经成熟。储能联合调频项目主要集中在山西省、广东省和内蒙古自治区,其中山西省出台的《关于鼓励电储能参与山西省调峰调频辅助服务有关事项的通知》是全国首个单独针对电储能参与辅助服务的项目管理规则,为储能与火电联合调频提供了政策保障。从项目的商业模式来看,联合调频主要采用合同能源管理模式,通过储能项目与火电机组绑定联合调频参与辅助服务交易,双方在约定的分享期内按一定比例对补偿费用进行分成。调频辅助服务是典型的功率型应用场景,锂电池响应速度快、调节精度高,在调频辅助服务领域具有明显的竞争优势。以9兆瓦/4.5兆瓦时储能+火电联合调频项目为例,若储能系统成本为2000元,循环寿命6000次,按照华北地区联合调频项目综合性能参数(Kp)4.5,调频补偿价格为5元/兆瓦计算,则动态投资回收期为3年(考虑火电厂30%收益分成),内部收益率达到26%,是目前经济性最好的储能应用模式。 内/容/来/自:中-国-碳-排-放*交…易-网-tan pai fang . com
 
  虽然补偿价格较高,但调频辅助服务市场空间较小,大量灵活性资源短期内涌入调频市场或快速拉低调频价格。以山西为例,引入辅助服务竞价机制后电储能参与调频的价格降幅超过50%。该现象在国外部分地区也屡有发生。例如在澳大利亚,由于电化学储能电站参与竞价,2019年第一季度辅助服务成本相比2018年第四季度下降33%;无独有偶,德国2018年电化学储能参与一次调频每兆瓦时年收入约11万欧元,相比2017年下降40%;英国调频响应(FFR)价格从2016~2017年度的18英镑/兆瓦时下降到2018~2019年度的不足10英镑/兆瓦时。可见,有限的市场空间不但可以降低储能单位服务的价值水平,也将加剧市场价格的波动和不确定性。
 
      用户电费管理
 
  用户侧电费管理是电化学储能最为典型的应用模式。用户侧储能从项目的商业模式来看,主要包括三类:第一类是针对传统负荷,实施削峰填谷、需求响应和需量电费管理等。削峰填谷适用于高峰时段用电量大的用户,是目前最为普遍的商业化应用,通过“谷充峰放”降低用电成本;需求响应通过响应电网调度、帮助改变或推移用电负荷获取收益;需量管理通过削减用电尖峰,降低需量电费。以1兆瓦/2兆瓦时储能项目为例,若锂电池单价1100元/千瓦时,循环寿命6000次,按照峰、谷、平单价分别为1.13、0.70和0.25元/千瓦时、需量电费42元/千瓦,电池以平均每天2次充放电循环套利(1次峰谷差、1次峰平差)计算,则项目动态投资回收期8.5年(考虑业主30%收益分成),内部收益率为9.5%。 本@文$内.容.来.自:中`国`碳`排*放^交*易^网 t a np ai fan g.c om
 
  除峰谷价差套利外,用户侧储能还可与分布式可再生能源结合开展光储一体、充储一体应用。光储一体针对已有或新建光伏系统的用户,平滑光伏出力波动,减少对电网的冲击,增加光伏发电自用比例,最大限度地降低弃光率,促进光伏消纳。充储一体适用于拥有充电站或充电设施的用户,是充电设施和电网之间能量/功率的缓冲,减少充电功率对电网的冲击,在充电用电有峰谷电价的地区降低用电成本。此外,用户侧储能还可提升供电可靠性,应用于不间断电源(UPS)和通信基站备用电源。铅炭电池和锂离子电池现在已开始进入这一领域。
 
  然而,当前国内用户侧储能同样面临挑战。一是用户侧储能环境复杂,各类用户对储能的需求不尽相同,场地、安全等问题是推广用户侧储能项目的共性问题,加之相关标准尚不清晰,导致项目的可复制性低,非技术环节的降本难度大。二是电价的波动也影响了用户侧储能的收益水平,近两年工商业电价下调幅度达20%,电价下降直接压缩了用户侧储能项目峰谷价差套利空间。
 

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