关于新型储能高质量发展的思考

发布日期:2022-08-01· 能源高质量发展 邹敏

文| ?邹敏 加快构建清洁低碳、安全高效的能源体系,发展分布式智能电网,构建新型电力系统,必须完整、准确、全面贯彻新发展理念,统筹发展和安全,坚持先立后破、通盘谋划,更好发挥新型储能技术在能源保供增供方面的作用,助力扎实做好碳达峰碳中和工作。

文|  邹敏

加快构建清洁低碳、安全高效的能源体系,发展分布式智能电网,构建新型电力系统,必须完整、准确、全面贯彻新发展理念,统筹发展和安全,坚持先立后破、通盘谋划,更好发挥新型储能技术在能源保供增供方面的作用,助力扎实做好碳达峰碳中和工作。能源行业转型发展全面提速,新技术、新业态、新模式加速涌现。科学把握能源变革发展大势,推动新型储能高速度、高安全、高效益、高质量发展,加快建设具有中国特色国际领先的绿色低碳、多能互补、高效协同、数字智慧能源互联网具有重要意义。

储能分离示意图

一、应对变局,新型储能高效益发展“大势所趋”

新型储能是指除抽水蓄能外,以输出电力为主要形式的储能项目。在碳达峰碳中和目标的强力驱动下,储能作为构建新型电力系统的重要技术和基础装备,在“十四五”期间将步入规模发展的万亿赛道。电力行业基于新能源提速发展和火电提质增效的“双重刚需”,挺入新型储能赛道既是形势所迫,更是大势所趋。

(一)新型储能运营机制逐步明晰

1.国家行业政策双轮驱动

近两年,新型储能装机容量得到快速提升,然而利用率不高、非独立储能结算难、投资回报低等问题逐渐显现。2022年5月,我是替换后办公厅转发国家发改委国家能源局《关于促进新时代新能源高质量发展实施方案的通知》强调:推动新型储能快速发展,研究储能成本回收机制。6月,国家发改委、国家能源局发布《关于进一步推动新型储能参与电力市场和调度运用的通知》,明确新型储能可作为独立主体参与电力市场,鼓励配建新型储能与所属电源联合参与市场,支持用户储能发展,健全储能容量补偿和价格机制,多措并举促进储能提升利用效率、获取合理收益。6月13日,《南方区域新型储能并网运行及辅助服务管理实施细则》正式印发,首次明确容量为5兆瓦/1小时及以上的新型储能电站作为独立主体参与电力市场,可通过参与一次调频、二次调频、无功调节和调峰辅助服务获得补偿,其中调峰补偿广东省最高为0.792元/千瓦时。由此可见,在国家行业政策的支持推动下,新型储能作为独立主体参与电力市场的成本疏导机制和商业运营模式已基本明确。

2.电力市场改革正向推动

2022年1月,国家发改委、国家能源局发布《关于加快建设全国统一电力市场体系的指导意见》,提出到2025年,全国统一电力市场体系初步建成,有利于新能源、储能等发展的市场交易和价格机制初步形成;到2030年,全国统一电力市场体系基本建成,新能源全面参与市场交易。随着电力市场化改革的纵深推进,新能源参与电力市场比例逐步提升,加上电力现货市场的逐步放开,电力市场的价差与套利空间也将进一步加大,新型储能的经济性将逐步提高。“十四五”期间,新型储能技术的创新进步和市场的规模发展也将促进新型储能的度电成本进一步降低。在政策支持、技术进步和规模发展的三重驱动下,新型储能的技术优势将得到有效发挥,项目盈利能力将进一步增强。

(二)新型储能产业布局与时俱进

1.路线选择坚持效益优先、安全为基

新型储能技术路线多种多样,且多种技术路线可组合搭配。其中,氢(氨)储、储热、压缩空气和液流电池的功率规模较大、储能时间长,与抽水蓄能一样适用于削峰填谷、电网调峰;飞轮储能、超级电容的输出功率小、储能时间短,适用于调频和混合储能;锂离子电池等电化学储能适应场景较多,通用性较好。在技术路线选择方面,应加强区域电力市场政策和储能商业运营模式研究,针对不同的应用场景,结合各类技术路线的特性,以投资收益率高、安全可靠性大为原则开展技术路线的经济性比选:宜优先选用抽水蓄能、磷酸铁锂两项上下游产业成熟、具备大规模商业化推广的储能技术进行技术路线的组合和比选,探索开展百兆瓦级的压缩空气、液流、钠离子储能等科技创新示范项目。

2.应用场景坚持因地制宜

储能在电力系统的应用场景分为电源侧、电网侧和用户侧。电源侧主要通过减少弃风弃光电量获利,商业模式仅适用弃风弃光电量较高地区,布局储能主要是为获取新能源指标,在关停火电场址建设新型储能电站、进行火储调频改造,也是火电提质增效和能源转型的有效途径。电网侧主要通过参与调峰、调频辅助服务和资产租赁获得收益,宜在新型储能商业运营模式明确、电力现货市场放开的地区迅速抢占并网通道要塞,布局独立共享储能电站。用户侧主要通过峰谷价差套利,参与调峰、调频辅助服务和虚量电费调节等业务获利,其投资收益将高于发电侧储能,并衍生“虚拟电厂”这一创造新价值的新形态能源企业,因此,宜在工商业经济发达、峰谷价差较大的东南部地区积极布局盈利能力较强的用户侧储能,拓展“储能+”智慧园区综合能源服务,聚合打造虚拟电厂运营平台,全面参与电力市场交易,提升电力资产灵活性和经济性。

能源电力行业要立足新发展阶段,主动应对能源发展的变局,以提升经济效益为中心,与时俱进科学选择技术路线,因地制宜布局新型储能,实现新型储能产业高效益发展是大势所趋。

二、服务大局,新型储能高安全发展势在必行

随着技术创新不断取得突破,锂电储能的市场环境和商业模式已逐步发展成熟。截至2023年底,全球新型储能累计装机达27.9吉瓦,其中锂电储能19.85吉瓦。然而,据报道,近10年来,全球至少发生34起锂电储能电站起火、爆炸事故,引发业界对锂电储能安全问题的高度关注。

(一)聚焦锂电安全立足当下

1.安全风险隐患不容忽视

锂电储能发生安全事故的主要原因为锂电池在电芯内短路、过充过放、环境温度湿度超限、撞击等状况下产生热失控反应,瞬间释放出大量高温可燃气液混合物,一旦出现着火源即引发火灾,甚至发生爆炸。据统计,锂电火灾事故中,68%由电芯内短路造成,15%由过充过放造成。北京“4.16”大红门储能电站爆炸事件,就是典型的电池发生内短路故障,引发电池及电池模组热失控扩散起火事故。

“十四五”期间,国内新能源配套储能设施、独立共享储能电站和火储调频项目将逐步投运,磷酸铁锂储能电站给电力企业安全带来了新挑战,锂电的安全运营问题需要引起足够的重视。

2.防控风险措施迫在眉睫

加强锂电储能安全风险防控,需深入研究磷酸铁锂电池热失控机理、电池一致性控制和运行策略,重点在系统集成方面加强管理,提升锂电池储能的安全性能:一要是严控电池产品质量,加强电芯一致性检测验证;二要提升电池管理系统(BMS)性能,实现多层次、全方位的电池核心参数分析和预测;三要强化储能系统热管理,加强液冷等高效传热技术应用;四要完善储能消防管理,加强电芯安全预警、消防感应和设备联动安全的设计,建设好储能系统安全的最后一道“防线”。面对不容忽视的锂电安全问题,需立足当下,迅速加强在建或拟建锂电储能项目的安全风险防控。

(二)提升管控能力面向未来

1.工程管理现状简单粗放

当前,发电企业在快速建设新能源项目时,对配套的新型储能电站集成、设计、控制和运行机理研究并不深入,对新型储能与发输配用的协同融合等价值提升环节考虑也不充分,通常将储能的系统集成、设备选型、设计施工甚至运维,全部交给新能源项目EPC单位。中标的EPC单位虽具备丰富的新能源项目设计和施工经验,但对储能行业尤其是核心的系统集成技术了解不深,所以往往再度分包乃至低价转包。由此,就出现了设备选型粗放、验收标准良莠不齐等问题,甚至埋下较大安全隐患,导致新型储能项目投运后利用效率较低、度电成本较高。

2.项目全过程管控亟待提升

近年来,能源行业百兆瓦级以上的新型储能电站陆续投运,电力企业需要高度重视,对新型储能电站投资建设运营全过程加强管控:一要以经济效益为中心,因地制宜科学开展容量配置和技术路线选择;二要做好系统集成设计,基于海量电芯协同控制、高效热管理等技术实现电芯一致性,做好基于电池模组的储能系统设计和设备选型;三要打造数字化运营管理平台,融合电芯数据聚合分析、危险行为识别、智能安防预警等安全技术,建设与电网、电源、用户侧智慧共生的能量管控系统。通过以上措施,全面提升新型储能项目全过程精益化管控能力。

三、开拓新局,新型储能高价值发展顺势而为

为全面落实国家能源安全新战略和创新驱动发展战略,能源企业基于服务碳达峰碳中和目标和促进新能源消纳的需求,纷纷挺进新型储能赛道,通过技术、市场、机制的协同创新,驱动企业绿色能源转型升级,打造企业新的发展引擎和利润增长点。

(一)储能集成技术至关重要

1.市场集成能力参差不齐

储能系统集成是指将储能设备及配套设施进行深度耦合,针对各类应用场景,通过数字化、智能化集成和控制设计,在保证安全的前提下,使系统的整体性能达到最优。目前,市场上储能系统集成商较多,大部分为电池或储能变流器(PCS)供应商向上下游产业链进行拓展。由于系统集成商缺少对电力系统特点的深度理解,导致堆砌化的“系统拼凑”、缺乏电芯/设备及系统的测试验证等问题出现。为此,新型储能系统效率较低、存在安全隐患、盈利能力未达预期等情况也凸显出来。让海量电芯步调一致地工作,是电站高效率和高安全运行的基础,若缺乏专业集成技术、充放电策略和电池热管理经验,易造成电池过充过放,增加热失控和增加火灾事故风险。

2.能量管理系统要术业专攻

在储能系统应用中有一个说法——“好方案源于顶层设计,好系统出自EMS”。EMS即能量管理系统,负责数据采集、网络监控和能量调度等,是储能实现系统集成高级管控功能的基础,也是和电力市场的连接点,更是与各种发电设施深度耦合、高效协同、优化控制,实现“1+1>2”效能的经济性发电的关键技术支撑。发电集团新型储能的应用场景主要集中在电源侧,需重点开展新型储能支撑海风大规模送出技术、与风光联合互补控制技术、与火电联合调频控制技术、参与燃气轮机黑启动技术、参与水电一次调频及异步并网等协调控制技术研究。聚焦储能EMS系统开展科技创新,从数字化、智能化建设方面开展新型储能系统集成设计,对电力企业建设“高安全、高效率、智能化”新型储能电站至关重要。

(二)组建科创公司正当其时

1.能源央企争先恐后布局

为拓展新业态、提升企业创新力、管控力和竞争力,能源央企近几年纷纷成立专业公司或与其他公司合作,积极延伸业务范围向系统集成、综合能源服务方向迈进。如国网综能集团与宁德时代合资成立国网时代储能公司,重点开展储能系统集成管控,投资运营电网侧独立共享新型储能电站;中国电力与海博思创合资成立国电投新源智储能源发展公司,主营新型储能的项目开发、系统集成设计和运营;三峡资本与林洋新能源、水电四局等成立合资公司,投资分布式能源及新型储能设施,探索售电、综合能源服务业务。随着新型储能的经济性不断增强,商业运营模式的多样化拓展,优秀的系统集成公司将脱颖而出,并深受资本市场尤其是科创板的青睐。

2.机制协同创新勇当先锋

在新型储能技术更新快速迭代、市场规模快速扩张的今天,面对电力市场改革的快速推动,如何以新型储能为基础,聚合水火风光资产赋能,融合技术、市场、人才优势创新,抢抓历史机遇寻求战略突破,值得科学谋划、创新思考和积极探索。鉴于储能是一个专业深度耦合、系统高度集成的新业态,应以技术创新培育核心竞争力,以机制创新注入活力动力,联合具有深厚技术积累的企业,成立智储科创混合所有制公司,深度挖掘新型储能在科技创新和资本市场的价值创造能力。公司主营业务可为新型储能的投资开发、系统集成、智慧运营,拓展绿色交通、智慧园区、县域综合能源服务和运营虚拟电厂,以能效管理、负荷调控等智慧能源系统技术实施数字智慧示范工程。通过建设能源电力行业市场化的新型储能投资发展平台和科创型的数字智慧聚合运营管控平台,为能源企业服务构建新型电力系统、实现新能源高质量发展提供坚强的技术支撑和安全保障。

未来十年,储能新兴产业发展,正是乘风储光、聚合赋能,直挂云帆济沧海;立足当下,成立智储科创公司,恰是融合向新、聚势前行,奋楫扬帆正当时。

(本文作者供职于中国大唐集团新能源股份有限公司)

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