储能技术发展及在城市电网的应用展望

2019-01-16田浩毅齐晓曼时珊珊

电力与能源 2018年6期

田浩毅，迟峰，齐晓曼，时珊珊，方陈

(1.国网上海市电力公司电力科学研究院，上海 200437；2.国家电网公司华东分部，上海 200120)

储能是多能源子系统的综合纽带，也是未来综合能源系统的心脏[1]。2017年国家发改委等五部门联合印发的《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》为我国储能产业提出了发展方向。2018年江苏省发改委发布的《关于转发<关于促进储能技术与产业发展的指导意见>的通知》率先吹响储能商业化号角，镇江因其东部电网一系列规模庞大、竞逐者众多的储能项目，以及用户侧、电网侧分进合击的策略，获得市场瞩目。随着储能政策体系的不断完善与落地实施，我国储能市场的商业化运行即将开展。本文结合储能在上海电网中的实践对其在未来能源系统中的发展进行了探讨。

1 我国储能技术现状与发展环境

1.1 技术现状

储能技术作为电力系统运行过程中继“采—发—输—配—用”五大环节后的第六环节，能有效地提高电能质量，使得电力系统变得“柔软”，极大程度上提高了电力系统安全性、经济性及灵活性[2]。储能技术是指通过物理或化学等方法实现对电能的存储，并在需要时释放一系列相关技术[3]。

储能技术主要包括三方面：储能本体技术、并网技术和监控技术。

(1)储能本体技术。储能技术按照存储介质进行分类，可以分为物理储能、电磁储能、电化学储能和燃料电池等[4]。储能本体技术对比如表1所示。

(2)并网技术。储能变流器(PCS)是电网与储能装置的接口，是储能系统的重要组成部分，主要由变流器及其控制系统组成。根据电路拓扑的不同，储能变流器主要可以分为一级变换拓扑型和两级变换拓扑型。

(3)监控技术。储能监控系统能够高效地将电网调度和储能系统协调联结起来并对整个系统的运行数据、状态等进行实时监控，确保系统始终处于良好的工作状态[5]。

表1 储能本体技术对比

1.2 政策环境

近年来我国高度重视储能技术及产业的发展，2017年国家发改委等五部门联合印发的《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》为我国储能产业提出了发展方向，成为催生新模式、培育新市场的政策奇点。2009年至今，我国针对储能行业不断推出相关政策法规，促进储能行业进一步有序健康发展，2009年至今国内储能主要政策见表2。

1.3 市场规模

电化学储能呈稳步增长态势。据中关村储能产业技术联盟(CNESA)项目库的不完全统计，截至2017年底，中国已投运储能项目累计装机规模为28.9 GW[6]。从地区分布上看，国内储能项目主要集中在华东、华北、华南和西北地区。其中，江苏省的装机规模最大，接近50 MW。从应用分布上看，新增投运项目全部应用在集中式可再生能源并网、辅助服务和用户侧领域。其中，用户侧领域的功率规模最大，超过70 MW，辅助服务领域的同比增速最大，接近1 000%。从技术分布上看，锂离子电池和铅蓄电池的功率规模基本持平，比重分别为51%和49%，同时铅蓄电池的同比增速最大，超过81%。

2 储能技术在电网中的应用场景及商业模式

2.1 应用场景

电网结构大致可以分为电源侧、电网侧、户用侧。在电源侧，对于传统发电机组而言，通过并入储能系统可辅助改善发电机组AGC性能，提高机组频率调节能力，目前已得到大量应用和推广。在电网侧，储能系统通过直接并入电网侧对频率异常状态的主网进行干预控制，可以成为电网频率稳定控制的有效手段[7]。而随着具有波动性和间歇性的新能源电力大规模并入电网，输电侧大规模储能系统的应用可显著提高电网的接纳能力，有效提升线路输送容量。在用户侧，储能技术最容易实现的应用场景是基于峰谷电价差，利用储能产品“低充、高放”实现套利，然而随着电力体制改革的不断推进，电力输送和销售的省际壁垒将逐步打通，因此户用侧储能系统的发展，必须结合特定的应用场景来提升其经济性，如储能系统+充电桩等模式。储能技术在电源、电网和用户侧的应用场景及典型实践如表3所示。

表2 2009年至今国内储能主要相关政策

表3 储能技术在电源侧、电网侧和用户侧的应用场景比较

2.2 商业模式

目前，储能系统在国外已有较多的商业应用，在不同的国家、地区储能的应用重点领域各不相同[8]。总结储能系统的主要商业模式，主要可分为分布式光伏+储能、用户侧独立储能电站、社区储能、用户技术方案服务、资源聚合商、中间商租赁等6种，如表4所示。

表4 储能技术典型商业模式及实践

3 储能技术在上海电网的实践及展望

3.1 实践

随着储能技术的日趋成熟并成为电网发展的研究热点之一，上海电网在储能领域的发展取得了较为丰硕的成果。城市电网储能应用方面，目前上海范围内已建成含12套不同种类的储能系统，总容量达兆瓦级的4座储能电站、2套移动供电系统以及2座电动汽车充放电站。开发储能电站综合调度平台，研制移动式供电系统，实现削峰填谷、微网、新能源接入优化、供电可靠性提升和电动汽车入网等综合应用。分散布置的储能电站将信息发送到集控站，集控站按照电网优化运行目标要求，灵活制定相应的运行制度和控制策略，并下发储能电站执行。同时，集控站对储能站的运行数据进行综合分析，以提高运行水平。风储系统领域，上海电网在崇明东滩风电场建设一套2 MW/2 MWh集装箱式储能系统，包括风储监控系统，接入19.5 MW风电场工作母线。该示范工程在国内是第一次将MW级储能系统接入独立运行的风电场，实际投入并网运行，示范工程具备有功控制和无功补偿等多种功能，实现了风电场出力平滑、电压稳定与电能质量改善等作用。

智能交通领域，上海电网建成了嘉定安亭充换储一体化电站。基于充换储一体化电站的监控与工程化应用技术，按照分布式、层次化的系统部署方案，将电动汽车充电站、换电站、储能站和电池梯次利用等多功能进行融合，建成了电动汽车智能充换储一体化电站，首先在上海嘉定国际汽车城安亭站获得了应用实践。嘉定安亭电动汽车一体化电站系统规模达到1.25 MW/2.25 MWh。

3.2 应用展望

顶层战略设计方面，结合上海公司特色探索储能技术在城市能源互联网战略中价值主张体系与系统性布局。与美国、日本、欧洲等国家相比，我国市场开放度还不太高，储能的市场主体地位初步得以赋予，在技术、体制等方面具备与电网、分布式发电、用户等结合的初步基础，可以针对上海“一带一路”和长江经济带的交汇枢纽战略地位、经济效益和社会效应高供电价值密度、占地面积小而精、城市管理精细化、沿海沿江灾备防御和用户需求多元化等城市特征需求，结合电改推进下的电力市场开放政策、国家储能产业指导政策等市场规则，系统性开展储能技术在城市能源互联网价值网络中的上海适用性分析，探索上海公司储能技术的商业价值主张体系和布局。一是适度投资电网侧储能作为电网设备增容改造的最终或过渡性解决方案，并促请政府允许将储能纳入配电有效资产；二是考虑将社区储能等用户侧可行性储能商业模式纳入综合能源服务试点规划范围，结合电能替代等营销策略开展前瞻性市场准入性分析；三是持续关注储能突破性技术创新对于目前电网运行模式的颠覆性趋势，从可靠优质的电网供电品质、能控在控的安全品质角度出发，储备、研发并转化为真正有利于电网运行的储能科技创新成果；四是产业经营单元关注固定、移动式储能装置开发，加强与国内外知名储能电池与装置制造商、储能技术解决方案供应商的合作，为电网侧储能、用户侧储能的推广应用提前奠定装备基础。

政策参与影响方面，推动政府层面出台合理的储能补贴政策和相关产业鼓励政策，分级分类研究储能系统并网管理规定。一是加强对未出台储能产业补贴政策相关建议的测算，精准把握并尽早形成政府层面上储能入网定价方面的“电网声音”。遵循主要原则：对于用来区域调度调峰、解决弃风与弃光严重问题等具备电网级响应能力的大型储能电站，本身具备中长期盈利能力，鼓励政府以基础投资补贴形式扶持，不建议给予过高电价补贴；对于偏远地区、孤岛等电网建设投资过高、用电规模较小的分布式储能，建议给予鼓励性电价补贴政策；对于社区储能、汽车储能、楼宇储能等能够创造更多社会价值的分布式储能，鉴于后续可以形成商业模式带来可持续盈利，可采取持续递减补贴等等。二是结合电网中长期规划和短期运行方式，考虑与电网的匹配度，参考电网的输配用电技术环节划分，识别电压等级、容量等并网管理相关技术要素，尽快分级分类研究储能系统并网管理措施，把好储能技术融入城市能源互联网体系的技术关口，规避产业扶持政策下的“一窝蜂”盲目投资带来的安全与技术风险。

技术应用与商业推广方面，采用安全第一的重视高度和谨慎态度，以电化学储能为主体开展复合性储能应用；以综合能源服务为商业载体，主动抢占用户侧储能技术和市场布局先机。一是电化学储能具有体积小，能量密度高等优点，比较适合在上海高经济密度城市电网中应用。结合具体功率型及能量型应用的需求，重点引进布局技术相对成熟的锂离子电池储能和铅碳电池储能。针对储能在削峰填谷、调频备用等电网侧储能的应用现实需求，开展复合性应用。二是上海正在积极推进五个中心建设，高端制造、智能制造等对用户侧的安全可靠供电保障提出了更高的要求。负荷峰谷差不断增大，电网调峰备用能力紧张，对高质量供电提出了严峻的挑战。以综合能源服务公司为切入点，积极开展用户侧高可靠性供电、削峰填谷等储能应用，抢占用户侧储能市场，并反哺支撑电网高可靠运行。三是现阶段还是以合同能源管理为基本商业模式，实现储能在电源和用户侧的推广。由电厂或用户提供场地，电力公司与其签订能源管理合同，提供储能设备采购、施工建设与运营管理，通过在发电侧参与调频市场，在用户侧提供削峰填谷等应用，实现经济收益，双方按照一定的比例分成。在此基础上，利用互联网平台，可以进一步推进融资众筹等金融模式。