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“雙碳”目標的確立為新能源發(fā)展按下了加速鍵。2020年12月，我國在氣候雄心峰會上宣布，到2030年，風電、太陽能發(fā)電總裝機容量將達到12億千瓦以上。然而，新能源具有隨機性和波動性，未來大規(guī)模、高比例新能源并網將對電力系統(tǒng)規(guī)劃、運行帶來更大挑戰(zhàn)。儲能作為優(yōu)質的靈活調節(jié)資源，可以在不同時間尺度提供多種價值的服務，必然伴隨著新能源發(fā)電同步發(fā)展。當前，電力系統(tǒng)儲能已頗具規(guī)模，應用領域不斷擴展，成為電力系統(tǒng)規(guī)劃、運行不可或缺的元素，相關的示范應用、價格機制、參與電力市場等應用和研究不斷深入。隨著儲能的快速發(fā)展，與其相關的基礎性、原則性、角色定位等問題還有待明確。

一、儲能大規(guī)模應用的基礎性問題

一是電力系統(tǒng)儲能的基本概念需要明確。儲能的種類龐雜，國際電工委員會（IEC）對儲能的定義為：通過設備或者物理介質，將能量存儲起來，并在需要時釋放出來。電能屬于二次能源，國內外尚未對電力系統(tǒng)儲能做出明確的定義，從功能上看，電力系統(tǒng)儲能可以定義為：通過一種介質或者設備，把電力系統(tǒng)的電能存儲起來，在電力系統(tǒng)需要能量或功率支撐時，以電能的形式釋放到電力系統(tǒng)的循環(huán)過程。電力系統(tǒng)儲能的基本特征應該是雙向的，基本形式為電能，存儲形式可以多樣化，通常所說的儲熱、儲氫、蓄冷等最終以熱、氫、冷形式釋放更適合歸為電力負荷。

二是電力系統(tǒng)儲能的單位表述應更加準確。傳統(tǒng)電力設施的裝機容量通常以功率來表征，如瓦、千瓦。然而儲能與常規(guī)電力設施不同，不僅具有電力屬性還具有能量屬性，二者不可分離，缺失任何一個參數(shù)都不能準確表達儲能的基本性能。目前，對儲能單位的描述比較混亂，如諸多資料將儲能容量描述為千瓦時或者兆瓦時等能量單位，與電力系統(tǒng)裝機容量定義相反。因此，電力系統(tǒng)儲能無論從裝機、規(guī)模、還是容量上看都應該同時標稱電力和能量兩個參數(shù)。

三是電力系統(tǒng)儲能應用領域的合理劃分有利于分類施策。儲能應用領域廣闊，涵蓋了電力系統(tǒng)發(fā)輸配用各個環(huán)節(jié)，從功能特征來看，包括調峰、調頻、備用、延緩輸配電網改造等；從應用場景來看，包括新能源并網、輔助服務、火電機組配置儲能、戶用儲能等。在美國，一般采用表前（Front of the Meter，F(xiàn)TM）和表后（Behind the Meter，BTM）對儲能進行區(qū)分，美國儲能協(xié)會定義表前儲能主要是連接到輸配電網或發(fā)電資產，可獨立參加批發(fā)市場；表后主要在商業(yè)、工業(yè)或居民用戶表計之后，主要參與零售交易。從我國當前電力管理體制出發(fā)，按電源側、電網側、用戶側分類相對清晰，其中電源側主要為各類電源表計之前配置的儲能，電網側主要為接入公用電網的儲能，用戶側主要為用戶表計之后配置的儲能。合理劃分儲能有利于分類施策、分類管理。

四是電力系統(tǒng)儲能的身份和屬性宜明確認定。儲能具有充電、放電特性，具有電源和負荷的雙重屬性，對儲能身份和屬性的認定直接關系到儲能應用。如2017年，英國發(fā)布“英國智能靈活能源系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略”對儲能進行了明確定義，將儲能的市場身份由此前歸屬的終端負荷改為發(fā)電資源，由此結束了對儲能充電和放電的雙重收費。目前，電源側、用戶側儲能身份界定相對明確，對于接入公用電網的儲能，其電源、負荷屬性尚需明確，這直接關系到該類儲能應當履行的責任、并網管理、調度運行以及電價政策等，具體作為單一身份或者雙重身份可根據(jù)管理要求加以確定。

二、高比例新能源電力系統(tǒng)中儲能的應用

從規(guī)劃方面看，保障高比例新能源電力系統(tǒng)的電力可靠供應和安全穩(wěn)定運行宜按各類靈活性資源必要性、安全性、經濟性排序，合理制定儲能發(fā)展規(guī)模。儲能雖然可以廣泛應用于電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)，但從功能和成本上看具有可替代性。靈活性資源主要包括：燃煤機組、燃氣機組、抽水蓄能、電化學儲能、電網輸電通道、需方響應資源等。當前，儲能成本仍然不具備競爭力。在進行靈活性資源規(guī)劃時，應與新能源和傳統(tǒng)電源協(xié)調發(fā)展，優(yōu)先挖掘存量靈活性資源潛力，加快推動火電靈活性改造、需求側響應、通道靈活運行等見效快、成本低、影響范圍廣的措施，在現(xiàn)有靈活性資源不能滿足系統(tǒng)運行需要時可新增電化學儲能等，實現(xiàn)規(guī)模、結構和布局的綜合優(yōu)化。

從調度運行方面看，接入公用電網的儲能系統(tǒng)應參考傳統(tǒng)發(fā)電機組實行“統(tǒng)一調度、分級管理”。在按照儲能裝機規(guī)模進行分級管理、分級調度的基礎上，可分場景、分目標實行儲能優(yōu)先調度?？紤]電網整體運行效率及局部調節(jié)需求，用于保障局部尖峰供電、緩解線路設備過載、保障配電網供電可靠性等功能的儲能由地調（縣調）優(yōu)先調度；用于系統(tǒng)調頻、調峰以及電網暫態(tài)控制的儲能由省調優(yōu)先控制；用于跨省跨區(qū)調峰、保障直流輸電等功能的儲能可由網調優(yōu)先控制。

從電力市場建設方面看，秉持技術中立，建立公平的儲能參與電力市場準入規(guī)則。對于能夠通過市場盈利的應用領域，應建立和完善市場機制，確立儲能市場主體地位，給予儲能與市場其他主體同臺競爭的公平環(huán)境。市場建設也并非一蹴而就，如2018年美國聯(lián)邦能源管理委員會（FERC）發(fā)布841號法令，目的是消除儲能進入容量、能量和輔助服務市場的障礙，法令發(fā)布后遭到了全美公用事業(yè)監(jiān)管委員協(xié)會（NARUC）、愛迪生電力研究所等機構上訴，經過兩年多的時間才得以通過。英國從2016年開始允許包括電化學儲能在內的新興儲能參與容量市場競拍，經過兩輪拍賣后，由于市場歧視問題，歐洲法院裁定暫停英國容量市場競拍。不過，儲能進入市場的趨勢是不變的。2020年10月，F(xiàn)ERC發(fā)布2222號法令，允許分布式光伏、用戶側儲能、電動汽車和智能電器等各類分布式資源進入批發(fā)市場。我國中長期電力市場、部分現(xiàn)貨市場、調頻輔助服務市場、絕大數(shù)調峰輔助服務市場均將儲能納入交易市場成員。

從安全管理方面看，高度重視儲能消防安全，將儲能設備列為特定消防對象。全球儲能電站火災事故統(tǒng)計顯示，電池電芯缺陷以及電池管理系統(tǒng)的不可靠是導致事故的主要原因，隨著電池老化、環(huán)境變化，以鋰離子電池為代表的部分電化學儲能系統(tǒng)發(fā)生火災的風險一直存在并可能持續(xù)提升。一方面，制定并實施嚴格的標準和檢測規(guī)范可大大降低火災事故發(fā)生概率，如美國儲能系統(tǒng)和設備的安全標準UL9540，以及評價儲能系統(tǒng)熱失控擴散危險性和消防措施有效性的大規(guī)?；馃郎y試標準UL9540A等，對儲能安裝參數(shù)、間距、通風、產生的熱量和氣體等方面進行了規(guī)范。另一方面，構建電力儲能安全管理體系，將儲能設備劃定為特定消防對象，制定儲能滅火的標準操作程序等。

三、新能源配置儲能的發(fā)展趨勢

自2020年開始，河南、內蒙古、遼寧、湖南等省份均提出了優(yōu)先支持配置儲能的新能源發(fā)電項目。隨著國家“碳達峰、碳中和”目標的提出，各省加大了對新能源場站配置儲能的支持力度，山東、海南、貴州、寧夏等省份在2021年風電、光伏項目競爭性配置辦法中明確要求配置一定容量的儲能設施，新疆、廣西、江西等省份優(yōu)先支持承諾配置儲能設施的新能源電站開發(fā)。儲能伴隨新能源的發(fā)展而發(fā)展，從最初的鼓勵配置儲能到當前的要求配置儲能，隨著新能源并網比例的提升，預計越來越多的新能源將自發(fā)配置儲能或購買儲能的相關服務。

一是配置儲能可降低新能源發(fā)電的系統(tǒng)成本。近年來，隨著新能源接入電網的比例提升，新能源系統(tǒng)成本逐漸被關注。新能源系統(tǒng)成本一般認為是新能源接入后相較于無新能源系統(tǒng)額外增加的投資及運行成本，包括備用電源配置成本、平衡成本、電網成本等。初步研究顯示，新能源電量滲透率超過15%后，系統(tǒng)成本進入快速增長臨界點。風電、光伏不再享受中央財政補貼后，為提高上網競爭力，可通過配置儲能有效提升新能源的可調度性，降低系統(tǒng)成本。

二是配置儲能是新能源履行系統(tǒng)責任的重要技術路徑。構建新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，需要新能源承擔作為主力電源的系統(tǒng)責任，2019年修訂頒布的《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定標準》由電力行業(yè)標準升級為國家標準，提出新能源場站應提高調節(jié)能力，必要時應配置燃氣電站、抽水蓄能電站、儲能電站等靈活調節(jié)資源。部分省份已經要求新能源機組具備一次調頻等常規(guī)機組具備的能力，電源同質化是未來發(fā)展的基本趨勢。新能源配置儲能可有效履行系統(tǒng)責任，減少考核，避免預留發(fā)電容量。

三是配置儲能可有效提升新能源參與現(xiàn)貨市場盈利水平。由于新能源發(fā)電具有隨機性，難以實時跟隨現(xiàn)貨市場價格波動調整發(fā)電出力，實現(xiàn)利益最大化。通過配置儲能可靈活參與市場并提升履約能力，在現(xiàn)貨價格較低或者未能出清情況下給儲能充電，在現(xiàn)貨價格較高時放電獲得收益。如澳大利亞現(xiàn)貨市場價格波動劇烈，限價范圍大，新能源場站通常配置大容量儲能裝置，如315兆瓦的Hornsdale風電場，2017年配置了100兆瓦/129兆瓦時的特斯拉電池，2019年，儲能擴展到150兆瓦/194兆瓦時。儲能充分利用了新能源發(fā)電邊際成本低的特點，在現(xiàn)貨價格較低時充電，在用電高峰現(xiàn)貨價格較高時放電，極大提升了新能源電站的盈利能力。

高比例新能源電力系統(tǒng)的儲能應用由成本、技術、市場、管理等多項因素綜合決定，是一個不斷探索、不斷調整、不斷豐富的過程，契合電力系統(tǒng)運行需求，找準功能定位，將在高比例新能源電力系統(tǒng)中扮演越來越重要的角色。 

原標題：高比例新能源電力系統(tǒng)儲能應用關鍵問題與展望