适用于高比例新能源基地的多元储能技术经济特性研究

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陈伟伟国网新疆电力有限公司经济技术研究院能源发展研究中心副主任

大家好，很荣幸参加这次研讨交流。我给大家汇报的题目适用于高比例新能源基地的多元储能技术经济特性研究。

随着国家的”双碳”战略的稳步推进，我国清洁低碳转型的进程持续加快的，新能源发展进入到一个新的阶段。近年来我国西部、北部新能源发展更加迅猛，呈现出一种规模化、集中化、基地化的发展趋势，同时电力系统逐步呈现出一种双高的特征，受咱们新能源发电特性的影响，电网电力呈现一种“电力紧张、电量富裕”的运行状态，电力可靠供应保障面临挑战。同时也伴随着新能源消纳压力大，部分线路利用率低、系统备用容量缺乏，以及调峰调频调压能力不足等问题，系统安全稳定运行问题逐步凸现。储能作为功率支撑电量转移的技术特性，多元储能技术可为系统提供平华新能源出力、跟踪发电计划、辅助系统调峰调频、提供容量备用和动态调压等多种支撑作用，可以说储能成为咱们一个破局之道，是当前构建新型电力系统的关键技术之一。目前也是国家出台了储能相关政策和配套机制，积极推进咱们储能技术的发展和应用，整体来看储能也是呈现出一种多元化、平价化的发展趋势。

截止2021年底，这个数据没有做更新，后面再做调整。全球已投运的储能达到2.09亿千瓦，同比增长9%。抽蓄占比是相当大的，是目前所有储能占比当中最大的，体量也比较大。但自去年以来首次低于90%，新型储能累计装机规模为2540万千瓦，同比增长67.7%，可以看出新型储能在全球增长辅助和比例是在持续加速的。其中锂离子电池占据绝对主导地位，市场份额超过90%。像铅酸液流电池等和压缩也得到了一定的发展。

从我国储能发展情况来看，2021年底，投运电力储能项目累计装机规模4610万千瓦，占全球储能市场22%，同比增长30%。抽水蓄能对照国际的储能情况来看，在我国结构上抽蓄也是占主要的主体，但他的装机占比是继2020年同期过后首次低于90%之后再次下降，与2020年同期相比下降了3个百分点，而这部分的市场增量则主要来自咱们新型储能，它的累计装机规模达到573万千瓦，今年也是得到了快速的增长，其中锂离子电池也是咱们这里面的重要的一个主力，铅酸电池超级电容液流压缩空气以及非能储能等储能技术也是得到了一定的发展，可以发现储能的类型是越来越多元化的一种模式。

针对当前的储能技术种类多样，不同类型的储能技术特性和经济特性具有较大的差异，适应性也不尽相同，为此如何根据多元储能技术的技术特性和经济特性探究适应高比例新能源基地的多元储能技术适用性也是目前的关注焦点之一，为此我们开展了一些研究和探讨。

这是咱们的主要技术路线图，主要是通过对各类储能技术及其技术特性的分析和梳理，建立了考虑经济运行参数和经济运行特性的全寿命成本模型和收益模型基础上，提出面向不同应用场景的多元储能技术经济需求，最后提出了不同场景下的储能配置的建议。

咱们常规储能主要是目前发展情况来看主要是以下十几类，按照他的形式和载体也是咱们常说的分为机械能储能，热储能、化学储能、电化学储能、电磁储能，考虑他的应用场景，他的场景情况来看主要是分成两类，能量型储能和工业性储能。

其中电化学储能这块，主要是技术指标主要分为四个大的部分，一是基础指标和充电过程、放电过程、静置过程三个板块的指标。我们可以看到储能技术指标是比较多的，电化学储能多的八九十个或者一百多个的情况。

物理储能主要也是分为技术属性储能和抽能过程、放能过程、保持过程的四个部分，他们的指标也是相对来说分类比较众多的。对于氢能储能技术指标，主要是围绕制氢、储氢和用氢的环节有众多指标，关于光热储能技术的指标，主要是通过充能、放能以及材料特性等指标。对于电磁能储能指标，主要是考虑三个过程，一是静置过程、充能过程和放能过程，通过这些指标来看指标是比较众多的，主要围绕于运行约束、状态、功率、寿命等，也通过各类储能特性不一样，参数和技术指标也是比较众多的，所以为了做对储能系统表征，我们对他的指标进行了一个细化，最后确定了几个指标，主要是核定容量、核定功率、发电时长，容量密度以及储能期限，综合效率功率密度、寿命、循环次数、响应时间和技术成熟度和额定容量，主要选这十一指标。

通过这十一个指标进行罗列，我们对目前上市场较为成熟或者发展相对成熟的储能技术或者比较前沿的储能技术进行了一个指标梳理和对比。我们通过对比可以发现各类储能他的参数上的性能以及优缺点相差各异的，所以我们也能发现储能发展应该是一种多元化的模式，应该是互补性和组合性的发展模式，是我们未来储能的方向。

对于储能经济性方面，我们主要考虑对他的全生命周期进行一个系统梳理，主要考虑规划期、建设期、运营期、退役期各类成本进行了梳理。关于他的储能经济性评价模型，我们也是通过对比了许多模型之后，觉得最后确定选取了平整化的储能成本作为我们经济性的评价主要想说这个储能平整化度电成本储能在全生命周期当中折算成每度电或单位年化容量的发电成本，目前也是一种广泛认可，透明度高的一种发电成本计算方法。它的原理基本上咱们计算出来的平整化储能成本值如果小于交易电价，则认为该电源项目是盈利的。为什么选择平整化储能成本作为经济的测算模型？我们也是对比了其他模型，包括内部收益率、净现值法、投资回收期等，不需要预测未来价格，所得结果可以和各应用场景收益比较。

同时考虑了机会成本，与传统项目财务当中评价中涉及的很多变量和参数，按照类型可以分为初始投资、运维维护、充放电以及税费、报废五大类。

我们对目前十几种储能成本进行了梳理，可以看到对他的初始投资成本、运维成本和退役回收这块做了系统梳理。具体成本我就不在这里多做细细汇报。

对于他的收益，我们系统梳理了一遍，总共认为储能可能或者主要的收益通过12个收益可能性。第一，咱们传统的节约新建发电机组投资收益，主要针对新建机组规模不需要太大，但是对容量有一定要求的场景，有这种收益模型。二是提高可再生能源消纳模型。三是跟踪计划处理收益模型，主要是考核费用偏差的。四是调频辅助服务模型，主要考虑到储能在表品市场的收益。五是调峰辅助服务收益模型，主要是考虑咱们储能的参与调峰市场的收益情况。六是主要考虑黑启动收益，咱们储能自身特性来看参与黑启动这块也是有一定优势，所以黑启动手势也是我们考量的一个关键点。七是主要考虑旋转备用收益，主要是指咱们常规类似于抽蓄、压缩空气，以及光热这一类的储能，他们在旋转备用这块对系统有一个支撑。八是用户分时电价管理收益，主要是分布价差的充放电的收益。九是用户基本电费管理收益，主要是配置储能后减少最大需量容量电费。十是考虑延迟或替代电网投资收益，主要类似于咱们常规说的特别是新能源送出线路这块，我建第二回线经济性较差，但是我建一回线又保证不了全部送出，主要是新能源可能会超咱们线路一部分极限，但是建二回线的又不合适，所以储能作为我们替补一个收益。另外第十一个模型关于提高用户电能质量的收益，主要电能质量损失和电能质量事件的次数的沉积。第十二个主要提高用户供电可靠性收益，主要断电损失和断电次数这块，主要是我们梳理完过后，认为储能所有的收益主要是十二个方面。

下面是我们对各类储能特性的梳理，之后通过对所有这些应用场景进行一个摸排，对咱们各类储能的应用场景进行一个匹配。可以看到锂离子电池、氢储能这块，他们在应用场景这块可以做到全覆盖的，光热储能在这个当中忽略目前的造价成本来看，他在这里面应用场景也是比较广的。另外抽水蓄能和压缩空气，他的应用场景整个来说也是靠前的。另外超级电容和超导磁储能等这块他们受益于自己的储能的特性性能这块，他参与的场景各有差异。

刚才也给大家汇报过，目前西北这块新能源主要呈现出一种基地化发展模式，对于集中式基地化新能源，他的高比例特性尤为明显的，所以对于主要应用场景我们也进行了系统梳理，追求是认为对于这种高比例的新能源机器，他的主要应迥场景，包括提高可再生能源消纳、跟踪计划出力、调频辅助服务以及调峰辅助服务四个方面。另外其他的应用场景，还有刚才说的节约发电及电网投资，黑启动以及旋转备用等。

我们通过对刚才典型应用场景结合我们刚才说到的测算度电测算成本模型测算，不同应用场景下，按照功率型和能量型的储能，选取了最具竞争力的储能技术来测算他们在不同应用场景下的平整化度电成本的情况以及可能的最低情况以及平均平整化度电成本的变化。对于一次调频应用场景来看，我们通过测算分析发现主要是非能和锂离子电池两类，他们在2025年左右成本计划降到130兆每千瓦，从当前分析来看，锂离子和飞轮优势是比较大的，未来来看锂离子和飞轮在一次调频响应应用场景当中仍具有优势，且锂离子电池优势是愈发明显的。

对于二次调频响应来看，主要是分为以下几个方面，飞轮、抽蓄、压缩空气、锂离子电池、全钒液流电池。通过我们相关测试研究可以发现到2050年他的平均容量成本将要到90s每千瓦，当前的最具优势，抽水最具优势，然后是压缩空气，再其次是锂离子电池。通过未来优势研判，锂离子电池和液流电池将是未来一个主要优势储能。

对于调峰来说，主要考虑抽蓄、压缩空气、锂离子电池和压缩电池和液流电池，他的成本预计到2050年降至500到100兆瓦时，通过分析最具优势的抽水蓄能和压缩空气，从未来来看锂离子电池、液流电池，其次是抽水蓄能，主要是考虑到他们场景和未来技术以及发展空间，还有他自身的限制，主要是这三类。

通过季节性储能，主要是考虑抽水蓄能、压缩空气和电制氢，通过测算到2050年左右，他的成本能降到1250刀每兆瓦时。当前来看最具优势主要是抽水蓄能、压缩空气和氢储能。到未来季节性储能这种模式下来看顺序调了一个个，氢储能是第一，然后是抽水蓄能，最后是压缩空气。

对于黑启动应用场景来看，主要有以下五类，抽水蓄能、压缩空气、锂离子电池、铅酸电池和全钒液流电池，这个成本基本上到2050年左右可降至40刀每千瓦。

当前最具优势来看，我们认为压缩空气和抽水蓄能是比较有优势的。未来锂离子电池和液流电池。

对于阻塞管理应用场景来看，主要选取抽水蓄能、压缩空气和锂离子电池和全钒液流。预计2050年成本降至220刀每兆瓦时。当前最具优势是抽蓄，其次是压缩空气，未来我们研判是锂离子电池、液流电池、再次是抽水蓄能。

各应用场景的一个经济性分析。

首先第一个是节约新建发电机组投资应用场景，如果单从经济性来看，将成本折算到度电成本，储能相较于传统机组来看现在并不具备优势，但是常规机组建设的初始投入较大，在一些场景中没有必要增加装机容量过大的机组，相反储能的容量规模选择灵活，所以在规模增量要求不高的场景下是较为适用的。

对于提高可再生能源消纳、跟踪计划出力、平滑出力，由于储能当前成本较高，即便考虑投资储能后能够减少弃风弃光电量，但其投资回报率仍然较低，电站方主动投资配套储能动力不强，目前储能的发展基本上都是以一种新能源配套储能作为一个竞争性指标来推动，所以这也是影响他储能的自主发展的原因。

在此场景下，储能收益来源于新能源电站减少弃电以及考核所带来的收入，目前储能应用较好的场景主要针对那些早期投运比较早的并网新能源机组，那时候上网电价较高且存在弃电部分新能源对储能模式需求有一定吸引力，现在可以发现最早咱们提出共享储能青海，提出共享储能模式，他的模式就是针对并网时间较早，电价较高，同时他有存在弃电的新能源项目，所以他的共享储能最早青海的共享储能模式依托这种盈利模式里推动的。除此之外，如果未来我国辅助服务市场机制加大了可再生能源电站的考核力度，可再生能源电站配套储能的意愿将更加强烈。这个是主动性的意愿，不是现在为了市场的发展强配储能机制被动性的，所以从主动性来看，如果市场的机制考核力度更大的话，这块配储能意愿会更加有一定的主动性。

调频辅助服务，储能参与调频的收益较高，但是对电池技术要求高且损耗大，因为调频系统是实时的，储能参与调频的形式主要通过火储联合调频，新能源配置储能以及独立储能参与调频等。对于火电联合调频来说，这也是一个比较有优势的点，因为目前火电灵活性改造的情况下，火电深调对火电机组运行参数和他的性能还是有一定的影响，储能和火电联合调频模式对火电来说他是更具有优势的，相当于用储能来做一个深调，火电做正常调的优势，这种模式也是当前的关注点，也是一个可行的方案。

关于调峰辅助服务，有一定收益，但是收益要小于调频，但仍具有一定的经济性。目前甘肃省、新疆、山东省均出台了电力辅助服务相关政策，且侧重于调峰辅助服务市场的建设。

关于黑启动频次低，市场不大，广东这块有一些，关于旋转备用的收益远低于调频，问题是提供这块的成本较高。

关于延迟和替代电网投资相关测算目前成本来说相对来说较贵，但是对电网延缓作用相对较小，对于这种部分线路廊道紧张，建设难度大的区域，他也是有一定的优势。

对于用户分时电价管理，主要适用于峰谷电价差较高的地方。对用户基本电价管理这块业务场景，主要是虚量电费和容量电费过高的用户这种场景是更加适合。对于提高用户电能质量和供电可靠性，主要是频次较少，但同时也存在较难平衡衡量他的经济效益，所以这两个经济场景相对来说是较少的。

我们通过对不同应用场景技术指标参数和应用场景进行了梳理，对各场景下对他的性能要求做了一个梳理，大家可以会后再看一下。

通过我们分析完过后给出的不同的一个应用场景，通过对技术经济特性的分析，我们研判当前蛟市用于平滑出力以及跟踪调度计划场景的储能技术为锂离子电池，未来也偏向于锂离子电池。

当前适用于一次调频应用场景为锂离子电池和飞轮，未来锂离子的优势将大于飞轮。

当前适用于二次调频场景的为抽水蓄能、压缩空气以及锂离子、未来锂离子电池以及液流电池将具有优势。

当前适用于调峰应用场景的为抽水蓄能以及压缩空气，未来锂离子、液流电池以及抽水蓄能将具有优势。

当前适用于季节性储能场景的为压缩空气，抽水蓄能以及氢储能、未来氢储能较压缩空气以及抽水蓄能将更具有优势。这是我们基本上的研究判断。

到最后主要是想汇报一下关键重要的两件事需要关注，目前通过从目前储能发展状况和他的基本形势来看，为了保证推动储能多元储能基础健康可持续高质量发展，主要关注两个关键点。

第一，关于多元储能技术的盈利模式，我们也是经过相关研究发现在储能仅参与电能量市场的情况下，按当前现货与调峰辅助服务市场价格以及储能利用小时数测算，储能电站在电力市场获得的净收益尚不能完全覆盖储能成本，难以支撑储能规模化、市场化、可持续化发展，储能的价格机制和疏导机制需要重点关注，也需要深化。目前也是相关的一些单位在做研究，但是这块还是一个系统性的工程，还需要持续。

另外关于多元储能优化配置问题，目前储能配置多以规模、比例为优先考虑事项，对于配置类型、布局、组合、时长等未有系统考量，多元储能技术、性能、运行特意各异，如何充分挖掘多元储能在各种场景下多类型效益、作用，考虑多元储能不同并网应用模式，计及长短期储能系统互补，实现不同时间尺度下，不同场景需要下、不同运行方式下的多类型储能协调优化配置，达到多元储能布局全局最优、组合协调合理、利用充分高效，经济安全可靠的目标，同样也是需要我们重点关注和需要深化研究的一个点。刚才也是通过对目前所有储能建设运营情况梳理出来，主要是关注以上两个点。

今天的汇报主要是抛砖引玉，不足之处请大家多多指教，汇报完毕。