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储能电力调频迈向商业化期待参与市场机会

2018-11-06 10:16:48

储能电力调频迈向商业化 期待参与市场机会

新兴的能源创新形式——储能,正在各个能源领域寻找它的价值。电力调频或许会成为其有希望的商业化试验场

未来具有潜力的储能技术,有可能在那个领域率先实现商业化应用?这是技术创新者们近年来一直在思考的问题。

2013年9月16日,北京石景山热电厂2MW锂离子电池储能电力调频系统挂运行,这是个以提供电调频服务为主要目的的兆瓦级储能系统示范项目。

该项目由北京睿能世纪科技有限公司建设,这家公司成立于2011年,是国内家为电提供储能系统解决方案的企业,这也是其个在国内运行的储能电力调频项目。

该项目辅助火电机组对电提供AGC调频服务,睿能公司方案总监王澍接受采访时表示,这是一个商业性的示范项目,主要目的就是验证储能在电力调频领域中的商业价值。

近年来在智能电和可再生能源发电规模快速发展的带动下,储能技术越来越成为多个国家能源科技创新和产业支持的焦点。不过,由于成本高昂,能在商业应用中脱颖而出的储能技术应用还不多。

王澍表示,该项目瞄准中国巨大的电力调频服务市场,而通过储能技术来进行电力调频,具有常规发电电源所不具备的优势,他们希望在经济性上尽快有所突破,让电力调频成为储能技术率先商业化的领域。

什么是储能技术

电力以光速传播,自从电力成为重要的能源形式,如何储存它就成为电力行业的一个课题。

19世纪的铅酸电池揭开了工业储能的序幕。进入20世纪后,伴随着可再生能源的大规模应用,各种新型储能技术层出不穷,包括电调峰、调频及系统备用,可再生能源发电出力平滑,分布式发电和微电等等,储能成为解决诸多能源问题的新途径。

“全球都在寻找寿命更长,功率更大,配置和建设更加灵活的新型电级别的储能技术,发展起来的储能技术包括锂离子电池、飞轮储能、超级电容、纳硫电池、钒液流电池,这些储能技术在使用寿命和容量的规模化、运行可靠性、系统制造成本等已经获得了突破,具备了应用的基础条件”,国家发改委能源所刘坚表示。

尽管如此,大规模的电级别的储能应用,目前还存在经济性上的瓶颈,无法完全实现商业化应用。大规模的电级别的储能应用,目前提及较多的是调峰和调频两种市场需求。

什么是调峰?由于电力系统中的用电负荷随着生产和生活的周期性规律发生变化,为了维持中长时间尺度,例如一小时或早中晚的有功功率平衡,需要发电部门相应安排发电机的出力以适应用电负荷的变化,这就叫做调峰。

可再生能源的大规模使用,令电力调峰问题变得突出。以风电为例,在中国的三北地区,风能夜里大、白天小,与电力的负荷趋势刚好相反,出现了反调峰现象,对电产生了更高调峰的需求。目前很多地方会采用弃风或者压低火电负荷的方式,但这会造成不同程度的系统整体发电效率的损失。此外,抽水蓄能储能技术是较为有效的调峰手段,但是其建设成本高,环境影响大,地质条件高。

目前,已经有专注于调峰需求的储能示范项目。在中国的张北地区,正在进行风光储的调峰储能试验。目前,该项目规划建设风力发电规模400兆瓦、光伏发电60兆瓦,包含化学储能发电50兆瓦。但是此类项目的经济性并不乐观,按照目前一些专家的测算,建设一个储能系统来解决风电的调峰需求,尚不如弃风更为经济。

而调频服务,简言之,是维护电运行安全性的一项服务,电力的频率是由系统总的发电功率和用电功率决定,由于用电侧的功率时常处于波动状态,如果总的用电超过或者低于额定功率的一定范围,那么就会对电运行带来安全事故隐患。因此,电力系统需要实时持续监测电频率变化,并通过调节电中的各类可控发电设备保持电力系统供需的平衡,以保持电频率的稳定。

目前,中国各地区电源结构差异较大,区域电呈现的调频能力和效率不尽相同,“电调度希望调频电源能够快速精确地响应调度下发的出力指令。通常来讲,比较常规发电设备的调频效果,水电和燃气机组较好,火电相对较差。并且大型火电机组长期提供调频服务会造成机组磨损、能源利用效率下降及故障率升高等问题。” 王澍表示“在北方的各大区域电中,火电机组为主要的调频电源,优质调频资源较为稀缺。南方地区水电较为丰富,调频手段更为多样化”。

“调峰的时间尺度以小时或半天计,能量型储能系统较为适合,若以削峰填谷的运行,储能通常会每天一充两放或一放的控制方式执行充放电过程。但是,调频与调峰时间尺度和技术需求有着显着差异,调频应用要求功率型储能系统在秒或分钟级时间尺度频繁充放电,并且电在一天24小时都在进行调频,这些都对储能系统的循环寿命、可靠性等提出了非常高的要求”。王澍表示。2011年美国电科院(EPRI)研究报告指出,储能应用于调频是在所有电力系统储能应用中价值的应用。

调频服务市场广阔

从2008年开始,一些储能技术开始逐步成规模地进入调频市场,电监会的一份研究报告指出,在过去的10年内,全球范围内各种新型储能技术和产品获得了突破,在储能产品的使用寿命、功率和容量、系统可靠性等方面都有长足的发展,已经完全能够满足电的需求。截至目前,美国正式商用的储能调频系统已达10万千瓦。

“这是由于储能的技术特性非常适合于电力调频。2008年美国西北太平洋国家实验室的分析报告指出,同等规模比较下,储能系统进行调频的效果是水电机组的1.7倍,是燃气机组的2.7 倍,是火电机组和联合循环机组的近20倍”。王澍表示,“此外,储能系统的功率容量可以根据需求在不同时间段灵活配置”。

此外,电对于调频服务的需求也在增长。随着电力系统接入越来越多的风电和光伏发电,系统的净负荷波动性变得更加显着,到2020年中国将有总共150GW的风电并入各个区域电。区域电内调频的压力将越来越大,调频需求将成倍增长。

尽管有着上述优势和巨大的市场,但是,要替代现有的调频方式,储能技术仍存在经济性上的疑问。

“电力辅助服务是确保电安全经济运行的重要手段。如果辅助服务没有达到要求,安全性与经济性将受到影响。与火电进行调频相比,储能提供更优质的调频服务的经济账应该怎么算是需要进行重点研究的课题:目前,美国电力市场执行按照调频效果付费的机制,调频效果越好获得的补偿收益越高,那么储能调频就存在商业化的可能”。王澍说。

期待参与市场机会

美国储能调频的发展得益于美国联邦能源监管委员会在政策方面的推动,其政策主要从3个方面为储能参与调频市场提供了机会:

其一,2007年890法案确认了要包括储能在内的非传统发电电源的市场主体地位,即他们可以提供调频服务,其二,2011年的755法案解决了储能系统参与电调频市场获得合理回报的问题,要求电为调频服务的效果支付调频补偿费用。

“这两个法案解决了储能系统参与调频服务的合法准入和合理收益的问题。今年又出了新的法案784,除储能调频可应用于美国区域电力市场,还将应用范围扩大到了全部美国国土范围”。王澍说。

目前,中国的储能政策还处于起步阶段,2006年国家电监会曾经发布了并发电厂辅助服务管理暂行办法,电力辅助服务市场逐渐扩大。不过,关于储能能否作为电力调频服务的市场主体,目前还没有任何规定。

睿能公司政府事务总监褚珂表示,“现行的政策中规定了只有发电企业才能作为参与辅助服务市场的主体,限制了储能类企业以及其他新型技术服务类企业的参与空间。随着调频市场化工作的进程,逐步放开市场准入限制,将能够鼓励储能产业的企业快速进入,也能够刺激民营资本进入该领域,并有效推动国内储能产业的技术发展”。

不过,政策层面对于储能的重视正在加强,例如《可再生能源法及修正案》提及储能,把储能作为完善电运行管理、提高吸纳可再生能源电力的一种技术;《国家“十二五”规划纲要》也首次提及储能,称储能是推进智能电建设、加强城乡电建设和增强电优化配置的依托技术;《国家“十二五”科技发展规划》将储能列为前沿技术。

国家能源局总经济师李冶此前曾在CNESA储能国际峰会上透露,过去一年多时间里,国家能源局正对储能技术与政策路线图进行研究,将形成具体规划及可操作的政策,加大对储能行业的支持力度。

“从产业健康发展的角度,建立一个公开、透明的调频市场,鼓励各市场主体公平参与竞争,是推动储能大规模进入电力调频领域的关键因素之一”,褚珂表示,目前,国内已有企业对投资建设储能系统意愿强烈,加快试点项目的推动,将有助于政府及各方参与主体深入了解项目运行实际情况。同时,根据项目效果,逐步、有效完善储能参与电力调频市场机制,可以引导储能产业健康有序发展,有效规避大规模建设所带来的产业风险,为突破现阶段储能技术发展的困境带来机遇。

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