直擊中國(guó)儲(chǔ)能行業(yè),新能源裝載量增長(zhǎng)引發(fā)尖峰負(fù)荷難題

發(fā)布日期:2024-03-18  來源:蒲公英創(chuàng)業(yè)吧

核心提示:實(shí)現(xiàn)碳中和已成全球共識(shí),而儲(chǔ)能技術(shù)是推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵要素。由于可再生能源具有間歇性、波動(dòng)性和不穩(wěn)定性,影響電力
實(shí)現(xiàn)碳中和已成全球共識(shí),而儲(chǔ)能技術(shù)是推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵要素。由于可再生能源具有間歇性、波動(dòng)性和不穩(wěn)定性,影響電力平衡,儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用可有效增加其利用率,減輕電網(wǎng)壓力,提高電力系統(tǒng)的靈活性、經(jīng)濟(jì)效益和安全性。

儲(chǔ)能是將能量以某種形式儲(chǔ)存,并在將來需要時(shí)以同樣或其他形式釋放。從廣義上講,儲(chǔ)能形式多樣,包括存儲(chǔ)電力、熱量、氣體/氫氣,甚至化石燃料等。
儲(chǔ)能技術(shù)是通過特殊設(shè)備和物質(zhì)存儲(chǔ)不同類型的能量,再根據(jù)需要重新利用的技術(shù)?,F(xiàn)階段,主流的電能存儲(chǔ)方式主要有機(jī)械儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能及電磁儲(chǔ)能。
全球新型儲(chǔ)能80%市場(chǎng)由美國(guó)、中國(guó)和歐洲占據(jù),其中美國(guó)占34%,中國(guó)占24%,歐洲占22%。值得關(guān)注的是,中美兩國(guó)在抽水蓄能和電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域居于主導(dǎo)地位。

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隨著我國(guó)實(shí)施“雙碳”戰(zhàn)略,儲(chǔ)能需求不斷增長(zhǎng)。實(shí)現(xiàn)碳中和需依賴清潔、低碳的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型,非化石能源比重將大幅提高。據(jù)全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織預(yù)測(cè),到2025年我國(guó)可再生能源發(fā)電量所占比例將達(dá)到20%。

我國(guó)正在經(jīng)歷電力系統(tǒng)的綠色低碳轉(zhuǎn)型和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整。在電力結(jié)構(gòu)中,新能源電力比例逐步上升。然而,新能源電力波動(dòng)大且有不穩(wěn)定性,致使其無法與電力負(fù)荷波動(dòng)相匹配,加劇了常規(guī)電源的壓力。在負(fù)荷低谷期,新能源發(fā)電量大,加重電力系統(tǒng)調(diào)峰難度;在負(fù)荷高峰時(shí),新能源發(fā)電能力不足,需采取有序用電策略。因此,開發(fā)新能源需要不同的調(diào)節(jié)方式,儲(chǔ)能技術(shù)在此方面尤為重要。截至目前,全國(guó)已有多個(gè)省市出臺(tái)新能源配儲(chǔ)政策,明確將建設(shè)儲(chǔ)能設(shè)施作為新能源并網(wǎng)或核準(zhǔn)的前置條件,這也進(jìn)一步凸顯了儲(chǔ)能行業(yè)的重要性。

當(dāng)下,我國(guó)壓縮空氣儲(chǔ)能、儲(chǔ)熱儲(chǔ)能、鉛蓄電池、鋰離子電池、液流電池和鈉離子電池等儲(chǔ)能技術(shù)已接近甚至超越國(guó)際前沿水平;盡管抽水蓄能、飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容器和創(chuàng)新型儲(chǔ)能技術(shù)仍有一定差距,但與發(fā)達(dá)國(guó)家的距離正在逐漸縮短。

經(jīng)濟(jì)性與安全是約束我國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的兩大因素,原有的高上網(wǎng)電價(jià)電站、峰谷電價(jià)差異較大以及具有儲(chǔ)能扶持政策區(qū)域的儲(chǔ)能項(xiàng)目,其需求有望得到釋放。然而,儲(chǔ)能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性依然是產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的重大挑戰(zhàn)。

其次,隨著儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模不斷攀升,警惕的問題是儲(chǔ)能事故風(fēng)險(xiǎn)。尤其是伴隨亞洲最大的儲(chǔ)能裝機(jī)群的出現(xiàn),如何保障儲(chǔ)能設(shè)施的消防安全成為了決定產(chǎn)業(yè)命運(yùn)的首要課題。因此,提高儲(chǔ)能設(shè)備的可靠性和安全性是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵。
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儲(chǔ)能技術(shù)是通過存儲(chǔ)設(shè)備將能源儲(chǔ)備起來,便于電量供應(yīng)不足或峰值需求之際穩(wěn)定電力供應(yīng)。依據(jù)功能劃分,儲(chǔ)能方式包括機(jī)械儲(chǔ)能(如抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能)、電磁儲(chǔ)能(如超級(jí)電容和超導(dǎo)儲(chǔ)能)以及電化學(xué)儲(chǔ)能(例如鉛酸電池、鋰離子電池和液流電池)。

每個(gè)類別儲(chǔ)能技術(shù)都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),但其復(fù)雜性并未妨礙其共同協(xié)作實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能。近年來“雙碳”目標(biāo)的提出促進(jìn)了儲(chǔ)能行業(yè)的飛速發(fā)展,并成為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵。

抽水蓄能:我國(guó)作為世界上最大的抽水蓄能國(guó)家,正在快速發(fā)展當(dāng)中。抽水蓄能通過將低谷時(shí)期電力儲(chǔ)存為水位高度,高峰時(shí)段轉(zhuǎn)化為電能,儲(chǔ)能能力與壩高及庫(kù)容密切相關(guān)。盡管抽水蓄能電站初期建設(shè)投入昂貴,但因?yàn)榧夹g(shù)成熟、循環(huán)次數(shù)多、使用壽命長(zhǎng)且損失低,其度電成本有著明顯優(yōu) 勢(shì)。然而,由于地理位置局限和建設(shè)周期較長(zhǎng),且資源量有限制,抽水蓄能發(fā)展仍受需求和電價(jià)機(jī)制諸多因素的制約。

飛輪儲(chǔ)能:作為尚未完全商業(yè)化應(yīng)用的儲(chǔ)能技術(shù),具有功率密度高、充電瞬時(shí)響應(yīng)速度、長(zhǎng)使用壽命、深度放電、無環(huán)境污染、運(yùn)行成本低、危險(xiǎn)性小的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),非常適用于快速大功率充放電場(chǎng)景。然而,飛輪儲(chǔ)能的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用仍面臨諸多挑戰(zhàn),如成本較高、缺乏激勵(lì)政策、技術(shù)成熟度不足以及標(biāo)準(zhǔn)化等問題。

壓縮空氣儲(chǔ)能:經(jīng)過新技術(shù)的推廣,現(xiàn)在的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)已經(jīng)能夠高效地運(yùn)行。此項(xiàng)技術(shù)通過儲(chǔ)存高壓空氣壓力能量并在需要時(shí)膨脹發(fā)電。傳統(tǒng)的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)由于效率難以提高而受到限制,但新的研究已經(jīng)開始探索類似空氣輔助式汽缸系統(tǒng)、改善熱力學(xué)循環(huán)、液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)和超臨界壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)這些新的技術(shù)路徑,使得協(xié)定的效率和成本已經(jīng)可以與抽水蓄能相媲美,這些都為大型商業(yè)化應(yīng)用創(chuàng)造了可能。

鋰離子電池儲(chǔ)能:當(dāng)前儲(chǔ)能市場(chǎng)領(lǐng)跑者。鋰離子電池具有高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命、極高效率以及卓越的響應(yīng)速度,因此在儲(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位。自2015年起,鋰離子電池在儲(chǔ)能市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)位置。到2022年,新安裝儲(chǔ)能設(shè)備中的94.2%為鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù)。

具體而言,LFP、NMC等三元鋰電池在總占比中超過75%。相比之下,磷酸鐵鋰的能量密度更高,循環(huán)壽命更長(zhǎng),能量轉(zhuǎn)化率也較高。此外,它還具備低自放電率、易快速充電和高效維護(hù)等優(yōu)勢(shì),且成本較低,使用壽命較長(zhǎng),已成為我國(guó)推廣的主要儲(chǔ)能技術(shù)之一,具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

氫燃料電池儲(chǔ)能:潛力無限的未來選擇。氫燃料電池以氫氣作為燃料,可以通過電解水逆反應(yīng)產(chǎn)生電力。用氫和氧構(gòu)成電極,燃料通過電荷載體傳導(dǎo)至外部,然后在對(duì)外供電時(shí)釋放出電子。在全球致力于降低碳排放之際,發(fā)展氫能已經(jīng)成為能源轉(zhuǎn)型的重要途徑。

憑借能源豐富、效率高、零噪音、零污染等優(yōu)異特性,氫燃料電池必將對(duì)節(jié)省資源和改善環(huán)境作出重大貢獻(xiàn)。各國(guó)紛紛加大該領(lǐng)域的投入與研發(fā)力度。

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新能源裝載量增長(zhǎng)引發(fā)尖峰負(fù)荷難題,儲(chǔ)能及協(xié)同解決方案需求空前增長(zhǎng)。自習(xí)近平主席于2020年聯(lián)合國(guó)大會(huì)提出"碳中和"戰(zhàn)略以來,風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電實(shí)現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。然而,隨著可再生能源大量并網(wǎng),傳統(tǒng)的集中式電力控制模式被打破,電力系統(tǒng)變得更加智能和分布式,負(fù)荷也越來越分散,需求側(cè)響應(yīng)成為解決尖峰負(fù)荷問題的關(guān)鍵。

盡管中國(guó)發(fā)電量已達(dá)到大約26億千瓦,但依然無法緩解13億人口面臨的尖峰負(fù)荷用電不足的問題。因此,解決這個(gè)難題的新途徑是建立虛擬電廠。虛擬電廠是電化學(xué)儲(chǔ)能的重要輔助手段;與此同時(shí),這兩者共同構(gòu)成未來電網(wǎng)調(diào)節(jié)峰值頻率的重要角色。

如何保證整個(gè)電力系統(tǒng)能夠在高比例的波動(dòng)性可再生能源環(huán)境下仍然保持穩(wěn)定是電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的重點(diǎn),也是影響電力安全的關(guān)鍵因素。無論是發(fā)電端的電化學(xué)儲(chǔ)能,還是電網(wǎng)端的抽水蓄能,或是用戶側(cè)的需求響應(yīng),以及虛擬電廠,都旨在應(yīng)對(duì)新能源上網(wǎng)所帶來的巨大負(fù)荷,為電網(wǎng)提供調(diào)峰、調(diào)頻的服務(wù),而虛擬電廠則是電化學(xué)儲(chǔ)能的重要補(bǔ)充手段。

虛擬電廠將搭載互聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)代信息通信技術(shù)的翅膀,匯聚電網(wǎng)中的各種資源,如分布式電源、儲(chǔ)能設(shè)備、負(fù)荷等等,進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行控制和市場(chǎng)交易,以實(shí)現(xiàn)電源側(cè)的多種能源互補(bǔ),負(fù)荷側(cè)的靈活互動(dòng),滿足電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻、備用等綜合服務(wù)需求。

當(dāng)前儲(chǔ)能市場(chǎng)存在多個(gè)困擾,需要逐步推進(jìn)儲(chǔ)能電站進(jìn)入電力市場(chǎng)。儲(chǔ)能電站可以在電力市場(chǎng)上出售電量,提供輔助服務(wù),還有參加容量市場(chǎng)。然而,現(xiàn)在儲(chǔ)能項(xiàng)目的投資成本仍舊較高,并且在現(xiàn)有市場(chǎng)機(jī)制下,其調(diào)節(jié)能力無法充分利用。因此,需要采取措施改善這種情況,比如實(shí)施階梯式補(bǔ)貼策略,降低企業(yè)投資成本,讓儲(chǔ)能發(fā)電機(jī)組更好地融入市場(chǎng)機(jī)制,從而釋放更多經(jīng)濟(jì)效益。 

 
 
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