劉志成，彭道剛，趙慧榮，王丹豪，劉育辰

（上海電力大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院，上海發(fā)電過(guò)程智能管控工程技術(shù)研究中心，上海 200090）

“十三五”規(guī)劃以來(lái)，我國(guó)在深入實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，顯著提高我國(guó)科技水平和創(chuàng)新能力。我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)為社會(huì)和企業(yè)發(fā)展提供了強(qiáng)有力的保障。根據(jù)《2020年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》顯示(簡(jiǎn)稱《2020 年公報(bào)》)，我國(guó)風(fēng)電和光伏累計(jì)裝機(jī)容量分別占全國(guó)裝機(jī)量的12.8%和11.5%，而發(fā)電量分別占6.0%和3.3%，且風(fēng)力和光伏的發(fā)電效率不足50%和30%。這是由于新能源的發(fā)電能力易受到時(shí)間、天氣、地理位置等環(huán)境因素影響，導(dǎo)致電能生產(chǎn)過(guò)程存在隨機(jī)性和波動(dòng)性，無(wú)法給電網(wǎng)提供穩(wěn)定、持續(xù)、安全的電能供應(yīng)[1]。

2020 年，中國(guó)提出“碳達(dá)峰”近景目標(biāo)和“碳中和”遠(yuǎn)景目標(biāo)，促使清潔能源在我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)中的比重將持續(xù)攀升[2]。2025—2030年，我國(guó)清潔能源裝機(jī)總量預(yù)計(jì)將與火力發(fā)電裝機(jī)容量持平，甚至實(shí)現(xiàn)反超；到2060 年，清潔能源裝機(jī)總量將遠(yuǎn)超碳源機(jī)組，清潔能源發(fā)電將作為社會(huì)用電需求的主要承擔(dān)者。在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的背景下，風(fēng)電和光伏將廣泛應(yīng)用于新型電力系統(tǒng)，逐步并入電網(wǎng)服務(wù)市場(chǎng)需求，來(lái)降低電力行業(yè)的碳排放量，但新能源的隨機(jī)特性會(huì)引起供需失衡現(xiàn)象，進(jìn)而給電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰帶來(lái)二次挑戰(zhàn)，也對(duì)火電機(jī)組靈活響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度指令提出更高的要求。在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生根本性重構(gòu)的過(guò)程中，對(duì)傳統(tǒng)火力發(fā)電機(jī)組的性能要求將更加嚴(yán)苛，需要更加規(guī)范考核標(biāo)準(zhǔn)和補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)。儲(chǔ)能融入火力發(fā)電不僅幫助電廠提升性能指標(biāo)[3]，也降低了碳排放量，有助于我國(guó)早日實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)。

基于此，本文對(duì)儲(chǔ)能市場(chǎng)環(huán)境、現(xiàn)有政策、應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研與綜述，旨在對(duì)儲(chǔ)能參與電力市場(chǎng)輔助服務(wù)的補(bǔ)償機(jī)制和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)化梳理，發(fā)現(xiàn)在雙碳目標(biāo)下關(guān)于儲(chǔ)能市場(chǎng)發(fā)展的關(guān)鍵性問(wèn)題，從政策改革、電池研究、協(xié)調(diào)控制、集中管控等角度提出針對(duì)性建議，探索未來(lái)儲(chǔ)能系統(tǒng)市場(chǎng)化發(fā)展之路。

1 儲(chǔ)能市場(chǎng)環(huán)境演變

1.1 儲(chǔ)能政策形勢(shì)變化

2017 年，美國(guó)具有全球最大的儲(chǔ)能市場(chǎng)，英國(guó)、澳大利亞、德國(guó)等國(guó)家開(kāi)始研究?jī)?chǔ)能的發(fā)展趨勢(shì)和戰(zhàn)略定位，探索儲(chǔ)能在電力市場(chǎng)中的廣泛應(yīng)用。同年，我國(guó)政府出臺(tái)《關(guān)于促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》(簡(jiǎn)稱《2017 指導(dǎo)意見(jiàn)》)將儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)業(yè)分為研發(fā)示范、商業(yè)化過(guò)渡和規(guī)模化發(fā)展等三個(gè)階段[4]，極大促進(jìn)了中國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，僅2017 年中國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)規(guī)模的增速是儲(chǔ)能全球市場(chǎng)總和的5 倍[5]。翌年，中國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)邁進(jìn)規(guī)模化發(fā)展的新階段，發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能項(xiàng)目逐步上線，而澳大利亞、加拿大、日本等國(guó)家主要將儲(chǔ)能應(yīng)用在用戶側(cè)領(lǐng)域。在2019 年儲(chǔ)能國(guó)際市場(chǎng)中，美國(guó)、澳大利亞、日本等國(guó)家由于政策激勵(lì)計(jì)劃，新增投運(yùn)規(guī)模大幅提升，而中國(guó)、英國(guó)、德國(guó)等國(guó)家過(guò)去兩年儲(chǔ)能市場(chǎng)份額過(guò)度激增，且電力系統(tǒng)市場(chǎng)需求漸趨飽和，導(dǎo)致儲(chǔ)能市場(chǎng)處于低迷狀態(tài)。再加上中國(guó)電力市場(chǎng)的《輸配電定價(jià)成本監(jiān)審辦法》明確規(guī)定電儲(chǔ)能設(shè)施不得計(jì)入輸配電定價(jià)成本，儲(chǔ)能設(shè)施投資成本無(wú)法實(shí)現(xiàn)資金有效回籠，大規(guī)模儲(chǔ)能建設(shè)發(fā)展被緊急拉閘。經(jīng)過(guò)去年儲(chǔ)能發(fā)展冷靜期，各個(gè)國(guó)家為儲(chǔ)能市場(chǎng)釋放了積極信號(hào)，中國(guó)儲(chǔ)能政策也趨于利好，激發(fā)了儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)內(nèi)生動(dòng)力，在多重新驅(qū)動(dòng)力下，儲(chǔ)能裝機(jī)容量增勢(shì)重振旗鼓，正式向規(guī)模化進(jìn)軍。2021年7月，我國(guó)發(fā)布了《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》(簡(jiǎn)稱《2021 指導(dǎo)意見(jiàn)》)，明確提出“統(tǒng)籌規(guī)劃、多元發(fā)展，創(chuàng)新引領(lǐng)、規(guī)模帶動(dòng)，政策驅(qū)動(dòng)、市場(chǎng)主導(dǎo)，規(guī)范管理、完善標(biāo)準(zhǔn)”等四大原則[6]。隨著國(guó)際社會(huì)減碳力度逐步加大，新能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)和新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不斷壯大，儲(chǔ)能市場(chǎng)發(fā)展已然成為各個(gè)國(guó)家能源發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。

自《2017 指導(dǎo)意見(jiàn)》公布以來(lái)，推動(dòng)了我國(guó)儲(chǔ)能項(xiàng)目的研究和建設(shè)，國(guó)家能源局和各地方政府迅速出臺(tái)儲(chǔ)能技術(shù)規(guī)范和產(chǎn)業(yè)發(fā)展新政，鼓勵(lì)相關(guān)企業(yè)積極投資有關(guān)項(xiàng)目，完成產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和升級(jí)，首批國(guó)家級(jí)儲(chǔ)能示范項(xiàng)目也迅速落地，在各領(lǐng)域、各地區(qū)的儲(chǔ)能項(xiàng)目相繼開(kāi)展申報(bào)、落實(shí)、應(yīng)用。如今，《2021指導(dǎo)意見(jiàn)》不僅肯定了儲(chǔ)能行業(yè)在實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)中的重要意義，而且給儲(chǔ)能市場(chǎng)發(fā)展提出兩個(gè)發(fā)展目標(biāo)：一是到2025 年，實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能從商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展轉(zhuǎn)變；二是到2030 年，實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能全面市場(chǎng)化發(fā)展?！?021 指導(dǎo)意見(jiàn)》指出，我國(guó)仍需加強(qiáng)引導(dǎo)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)布局的合理化，推動(dòng)儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)步，健全儲(chǔ)能市場(chǎng)的準(zhǔn)入條件、交易激勵(lì)機(jī)制和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，總結(jié)儲(chǔ)能示范性項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，加強(qiáng)常態(tài)化安全風(fēng)險(xiǎn)防范，逐步實(shí)現(xiàn)“2530”發(fā)展目標(biāo)。

1.2 輔助服務(wù)補(bǔ)償政策

在雙碳目標(biāo)下，社會(huì)用電需求量不斷增長(zhǎng)，大規(guī)模新能源逐步入場(chǎng)，導(dǎo)致火電承擔(dān)電網(wǎng)深度調(diào)峰調(diào)頻的擔(dān)子日益沉重，傳統(tǒng)發(fā)電產(chǎn)業(yè)和電網(wǎng)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[7]，而儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)的應(yīng)用恰好解決了這一難題，順應(yīng)了能源的發(fā)展趨勢(shì)。以國(guó)家能源局為核心，六大區(qū)域監(jiān)管局相繼出臺(tái)兩個(gè)輔助服務(wù)實(shí)施細(xì)則，鼓勵(lì)并允許儲(chǔ)能作為獨(dú)立主體參與電力輔助服務(wù)市場(chǎng)。各省、市和地區(qū)均以國(guó)家能源局為基本遵循，參照六大區(qū)域監(jiān)管局“兩個(gè)細(xì)則”基本要求，制定更為詳盡的市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)規(guī)則。2020 年，廣東省對(duì)現(xiàn)行的調(diào)頻政策進(jìn)行調(diào)整，細(xì)化了調(diào)頻里程補(bǔ)償方式，最低申報(bào)價(jià)格為5.5 元/MW，且性能指標(biāo)計(jì)算需要開(kāi)N次根式；未中標(biāo)的發(fā)電單元容量補(bǔ)償降到3.65 元/(MW·h)[8]，如表1 所示。2020 年7 月，江蘇省規(guī)定儲(chǔ)能基本服務(wù)補(bǔ)償為2 元/MW，機(jī)組參與市場(chǎng)輔助服務(wù)的結(jié)算價(jià)格由補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)和市場(chǎng)交易共同決定。與此同時(shí)，該規(guī)則規(guī)定裝機(jī)規(guī)模在10 MW/20(MW·h)以上的儲(chǔ)能電站或單站5 MW且可匯集成10 MW/20(MW·h)的集中電站，均可注冊(cè)電力調(diào)頻服務(wù)市場(chǎng)成員[9]。

表1 典型地區(qū)儲(chǔ)能參與調(diào)頻補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Compensation standard of typical areas participating in frequency modulation

2020年12月，江蘇省新印發(fā)關(guān)于調(diào)峰輔助服務(wù)的市場(chǎng)交易規(guī)則，以日或月為交易周期向電網(wǎng)提供中長(zhǎng)期或短期可調(diào)負(fù)荷輔助交易，在中長(zhǎng)期輔助交易周期中，依靠實(shí)際調(diào)節(jié)量判斷用戶的補(bǔ)償費(fèi)用和考核費(fèi)用，報(bào)價(jià)區(qū)間劃分為谷段、平段、峰段，每兆瓦時(shí)報(bào)價(jià)上限分別對(duì)應(yīng)250元、600元、900元[10]，如表2 所示。短期輔助交易是日前根據(jù)電網(wǎng)需要，次日展開(kāi)輔助服務(wù)將依據(jù)電力預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率、響應(yīng)基線、響應(yīng)時(shí)間來(lái)進(jìn)行劃分，當(dāng)調(diào)峰需求大于4 h時(shí)，申報(bào)價(jià)格上限為1元/(kW·h)。機(jī)組進(jìn)行深度調(diào)峰調(diào)用時(shí)，安徽省采用電儲(chǔ)能與燃煤火電機(jī)組同臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)的方式，相同報(bào)價(jià)則優(yōu)先調(diào)用燃煤火電機(jī)組，且因儲(chǔ)能充放電導(dǎo)致功率變化，則不計(jì)入深度調(diào)峰電量[11]。目前，大多數(shù)省市對(duì)儲(chǔ)能作為電力市場(chǎng)要求其充放電功率不小于10 MW，且充放電時(shí)間不小于2小時(shí)以上。因此，未來(lái)無(wú)論單儲(chǔ)還是集儲(chǔ)的規(guī)模都將逐步上升，這將給發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)帶來(lái)新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

表2 典型地區(qū)儲(chǔ)能參與調(diào)峰補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Compensation standard of typical areas participating in peak modulation

2 儲(chǔ)能聯(lián)合運(yùn)行與典型案例分析

2.1 儲(chǔ)能聯(lián)合運(yùn)行現(xiàn)狀

2.1.1 儲(chǔ)能聯(lián)合新能源運(yùn)行現(xiàn)狀

儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)光伏電站的穩(wěn)定運(yùn)行和動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量保障起著至關(guān)重要的作用。在光儲(chǔ)能量管理研究和配置研究中，采用時(shí)序模擬算法對(duì)不同天氣狀態(tài)下光伏出力預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行修正[12]，均衡光伏和儲(chǔ)能系統(tǒng)之間能量并適時(shí)對(duì)輔助功能進(jìn)行減載[13]，由智能算法求解儲(chǔ)能系統(tǒng)成本經(jīng)濟(jì)函數(shù)[14]，為優(yōu)化儲(chǔ)能配置容量與控制策略提供依據(jù)。以儲(chǔ)能和光伏并離網(wǎng)切換產(chǎn)生暫態(tài)沖擊的根本原因?yàn)榍腥朦c(diǎn)，引入電流補(bǔ)償，將儲(chǔ)能電池功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)跟隨光伏功率輸出，減少暫態(tài)沖擊從而實(shí)現(xiàn)平滑切換[15]。

儲(chǔ)能聯(lián)合風(fēng)電運(yùn)行有效提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，增強(qiáng)了風(fēng)電穿透功率極限程度。在風(fēng)儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制中，基于風(fēng)電機(jī)組利用變比例系數(shù)進(jìn)行調(diào)速策略[16]和儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電功率實(shí)時(shí)跟蹤風(fēng)電出力預(yù)測(cè)偏差策略[17]等控制策略，實(shí)現(xiàn)了平滑風(fēng)電出力目標(biāo)。為解決風(fēng)電系統(tǒng)與儲(chǔ)能容量相適應(yīng)問(wèn)題，搭建了風(fēng)電出力不確定性集來(lái)改善傳統(tǒng)魯棒特性[18]，并對(duì)日內(nèi)負(fù)荷需求和日前調(diào)度場(chǎng)景進(jìn)行修正，建立多時(shí)間尺度可移動(dòng)負(fù)荷分層優(yōu)化模型[19-20]，用來(lái)指導(dǎo)和優(yōu)化儲(chǔ)能容量配置。

2.1.2 儲(chǔ)能聯(lián)合火電運(yùn)行現(xiàn)狀

目前，火電機(jī)組作為維護(hù)電力系統(tǒng)穩(wěn)定的主要支柱，機(jī)組調(diào)節(jié)性能對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行十分重要。未經(jīng)靈活性改造的火電機(jī)組功率調(diào)節(jié)能力為1.5%～2.0%額度容量/min，改造后的調(diào)節(jié)能力為3.0%～5.0%額度容量/min[3]，而電化學(xué)儲(chǔ)能調(diào)頻效果是火電機(jī)組的2.5～20 倍以上[21]。在研究火儲(chǔ)聯(lián)合調(diào)頻和電網(wǎng)穩(wěn)定的關(guān)系時(shí)，發(fā)現(xiàn)通過(guò)下垂控制策略可以保障電能質(zhì)量的穩(wěn)定[22-23]。下垂控制變系數(shù)法彌補(bǔ)了定系數(shù)法的不足，解決了長(zhǎng)時(shí)或短時(shí)擾動(dòng)的問(wèn)題[24]。虛擬慣性控制和虛擬下垂控制的有機(jī)結(jié)合避免了火電機(jī)組響應(yīng)延遲的現(xiàn)象，并充分考慮了儲(chǔ)能電池電荷狀態(tài)以及調(diào)節(jié)死區(qū)的影響，減弱調(diào)頻過(guò)程的抖動(dòng)性[25-27]。

在不同控制策略場(chǎng)景下，通過(guò)CPS(control performance standard)指標(biāo)分析認(rèn)為儲(chǔ)能最佳裝機(jī)容量占平均調(diào)頻需求的20%～40%[28-29]。通過(guò)火電調(diào)峰模型和儲(chǔ)能系統(tǒng)動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型，利用儲(chǔ)能快速充放電特性，可以彌補(bǔ)火電機(jī)組短時(shí)調(diào)峰能力不足的問(wèn)題[30-31]。傳統(tǒng)機(jī)組根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度指令響應(yīng)負(fù)荷變化，儲(chǔ)能跟蹤凈負(fù)荷差值動(dòng)態(tài)修正出力系數(shù)，完成時(shí)間級(jí)配合，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)功率向儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)移，提高機(jī)組調(diào)峰能力和電能質(zhì)量，改善機(jī)組的調(diào)峰性能指標(biāo)[32]。

2.1.3 儲(chǔ)能參與電網(wǎng)側(cè)運(yùn)行現(xiàn)狀

電網(wǎng)調(diào)峰具有一定時(shí)間和空間規(guī)律，建立日前峰谷特性進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度模型，從填谷調(diào)度、削峰調(diào)度、電量調(diào)度等方面對(duì)充放電功率進(jìn)行優(yōu)化，不僅可以有效降低峰谷差，而且有效延長(zhǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)使用壽命[33]。在電量平衡的準(zhǔn)則下，根據(jù)實(shí)際削峰填谷效果，調(diào)整削峰線，控制儲(chǔ)能充放電的時(shí)機(jī)和深度，改變以往儲(chǔ)能以恒定功率充放的局面，電網(wǎng)波動(dòng)范圍和波動(dòng)程度更小[34]。

儲(chǔ)能面向電網(wǎng)調(diào)頻一般通過(guò)區(qū)域控制誤差信號(hào)(ACE)或區(qū)域控制需求信號(hào)(ARR)進(jìn)行集中控制和調(diào)節(jié)[35-36]，用頻率偏差標(biāo)準(zhǔn)差和經(jīng)濟(jì)效益來(lái)衡量頻率調(diào)節(jié)的優(yōu)劣[37]。在不同的ACE調(diào)節(jié)控制區(qū)域，根據(jù)聯(lián)絡(luò)線功率頻率偏差控制(TBC)方式，采用模糊智能控制算法預(yù)測(cè)與控制儲(chǔ)能出力[38]，調(diào)節(jié)效果較好但實(shí)時(shí)性差?；诮?jīng)濟(jì)分配層和頻率動(dòng)態(tài)控制層的控制策略利用模型預(yù)測(cè)控制實(shí)現(xiàn)兩層之間遞進(jìn)優(yōu)化[39]，不僅改善了電能質(zhì)量，而且提高了經(jīng)濟(jì)效益。

2.1.4 儲(chǔ)能參與輔助服務(wù)經(jīng)濟(jì)性分析

在研究火儲(chǔ)聯(lián)合運(yùn)行參與輔助服務(wù)時(shí)，如何實(shí)現(xiàn)技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)是企業(yè)面臨的最實(shí)際問(wèn)題。電池的充放電深度(DOD)、電荷狀態(tài)(SOC)等性能參數(shù)影響著系統(tǒng)的折舊成本[40]，也直接影響企業(yè)的綜合效益和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[41]。通常以技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)，進(jìn)行調(diào)頻電池選型，通過(guò)層次分析法得出抽水蓄能和鋰離子電池最適合調(diào)頻性能要求的結(jié)論[42]，但并未考慮時(shí)間成本和效益因素的影響。而且，各類儲(chǔ)能的能量轉(zhuǎn)化效率、響應(yīng)時(shí)間、經(jīng)濟(jì)效益、使用壽命等因素與參與調(diào)頻策略方法緊密相關(guān)，量化成本、量化收益、量化補(bǔ)償都需要在電網(wǎng)頻率要求下，于不同的控制策略下進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證[43]。部分學(xué)者結(jié)合雙細(xì)則標(biāo)準(zhǔn)，建立了儲(chǔ)能系統(tǒng)全生命周期成本模型，通過(guò)智能算法求解儲(chǔ)能配置最佳容量，實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益最大化[44]。

2.2 典型儲(chǔ)能應(yīng)用案例分析

2020年，國(guó)家能源局從技術(shù)先進(jìn)、自主創(chuàng)新、綜合效益等七個(gè)維度評(píng)選出首批儲(chǔ)能科技創(chuàng)新示范項(xiàng)目，如表3所示。首批示范項(xiàng)目總結(jié)了儲(chǔ)能在不同地域、不同應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展情況，鼓勵(lì)相關(guān)儲(chǔ)能企業(yè)大膽嘗試、大膽實(shí)踐，為廣泛推廣儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)揮典型和示范作用，以推動(dòng)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

表3 首批儲(chǔ)能科技創(chuàng)新示范項(xiàng)目Table 3 The first batch of technology innovation demonstration projects for energy storage

2.2.1 傳統(tǒng)火電側(cè)儲(chǔ)能應(yīng)用案例分析

海豐電廠火力發(fā)電機(jī)組為2臺(tái)1000 MW超超臨界燃煤機(jī)組，海豐儲(chǔ)能項(xiàng)目總裝機(jī)規(guī)模為30 MW/14.93 MW·h。儲(chǔ)能調(diào)頻系統(tǒng)直接聯(lián)合兩臺(tái)火電機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)頻輔助服務(wù)，實(shí)現(xiàn)同步跟蹤機(jī)組調(diào)頻過(guò)程，完成了調(diào)峰調(diào)頻、并離網(wǎng)無(wú)擾切換等應(yīng)用場(chǎng)景的試驗(yàn)，電網(wǎng)可直接管控儲(chǔ)能平臺(tái)?；饍?chǔ)項(xiàng)目投運(yùn)后，提高了調(diào)頻性能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，突破了調(diào)頻選擇面的單一化，增加了機(jī)組調(diào)頻服務(wù)補(bǔ)償盈利模式，避免機(jī)組反復(fù)出力帶來(lái)的設(shè)備損耗，有效降低機(jī)組的碳排放量。

2.2.2 電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能應(yīng)用案例分析

由平高集團(tuán)投資、中航鋰電承建的昆山儲(chǔ)能電站是世界單體規(guī)模最大電網(wǎng)側(cè)化學(xué)電站。該座電站配備有88組1.26 MW/2.2 MW·h預(yù)制艙式磷酸鐵鋰電池，電站總裝機(jī)規(guī)模為110.88 MW/193.6 MW·h，具備100 MW毫秒級(jí)響應(yīng)能力。項(xiàng)目重點(diǎn)攻克了自動(dòng)滅火、火災(zāi)報(bào)警、溫控調(diào)節(jié)、安全通風(fēng)、協(xié)同控制等方面技術(shù)壁壘，全面實(shí)現(xiàn)電站自動(dòng)化、集成化運(yùn)行方式，提高了儲(chǔ)能系統(tǒng)的安全系數(shù)和投用效率，增強(qiáng)了電網(wǎng)調(diào)度能力和新能源消納能力，為未來(lái)新能源大規(guī)模接入電網(wǎng)提供保障，在電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能項(xiàng)目應(yīng)用中具有示范意義。

2.2.3 新能源發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能應(yīng)用案例分析

國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程一二期項(xiàng)目共建設(shè)風(fēng)電498.5 MW、光伏發(fā)電100 MW、儲(chǔ)能裝置70 MW，項(xiàng)目已安全運(yùn)行3500 多天，累計(jì)輸送清潔電能80 多億度電，躍居世界新能源并網(wǎng)裝機(jī)容量規(guī)模首位，并榮獲第四屆中國(guó)工業(yè)大獎(jiǎng)。項(xiàng)目首創(chuàng)風(fēng)光儲(chǔ)輸一體化運(yùn)行模式，解決了新能源在發(fā)電穩(wěn)定和輸電安全上的瓶頸，全方位預(yù)測(cè)、控制和監(jiān)測(cè)新能源出力狀態(tài)，滿足用戶需求，具有最強(qiáng)能源配置能力。項(xiàng)目首次重現(xiàn)電網(wǎng)故障過(guò)程，并且國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程為可變負(fù)載、電壓頻率變化、頻率擾動(dòng)、諧波注入等實(shí)際應(yīng)用研究提供平臺(tái)支持。該示范工程已具備全天候不間斷發(fā)電條件，靈活切換調(diào)峰調(diào)頻模式，實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電過(guò)程精細(xì)化管理，為實(shí)現(xiàn)零碳奧運(yùn)和污染防治提供堅(jiān)強(qiáng)后盾。

2.2.4 電網(wǎng)側(cè)共享儲(chǔ)能應(yīng)用案例分析

目前，青海全省新能源裝機(jī)容量占比超過(guò)60%，而新能源的間歇性和波動(dòng)性是能源高效利用的痛點(diǎn)。儲(chǔ)能電站解決了新能源出力不規(guī)律問(wèn)題，青豫直流工程解決了新能源遠(yuǎn)距離穩(wěn)定傳輸問(wèn)題。青海并網(wǎng)電化學(xué)儲(chǔ)能容量達(dá)119 MW/202.7(MW·h)，其中作為共享儲(chǔ)能參與電網(wǎng)輔助服務(wù)的儲(chǔ)能總?cè)萘繛?2 MW/164(MW·h)，截止到2021 年7 月31 日儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)交易2648 筆，新能源發(fā)電量增加72860MW·h[45]，最大化利用了當(dāng)?shù)氐锰飒?dú)厚的自然環(huán)境，并通過(guò)斷面負(fù)載率控制儲(chǔ)能充放電模式，首次實(shí)現(xiàn)日內(nèi)三充三放，儲(chǔ)能電站最大使用效率高達(dá)199%。青海地區(qū)未來(lái)預(yù)計(jì)新增儲(chǔ)能系統(tǒng)裝機(jī)總?cè)萘繛?923 MW/4897(MW·h)，其中，已規(guī)劃建設(shè)10 座共享儲(chǔ)能電站，有力推進(jìn)了儲(chǔ)能電站與新能源發(fā)電的有機(jī)結(jié)合，切實(shí)推動(dòng)儲(chǔ)能電站在電網(wǎng)側(cè)應(yīng)用從商業(yè)化到規(guī)?；l(fā)展轉(zhuǎn)變。

3 雙碳目標(biāo)下儲(chǔ)能角色定位

從我國(guó)的能源形勢(shì)和產(chǎn)業(yè)布局來(lái)看，我國(guó)化石燃料消費(fèi)水平占總體能源消費(fèi)水平的84.7%，其中煤炭消費(fèi)水平占化石燃料消費(fèi)水平的68.1%，電力行業(yè)又是煤炭行業(yè)消費(fèi)的主體[46]。因此，實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)很大程度上取決于能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變革。

目前，我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)革命在雙碳目標(biāo)的引領(lǐng)下正發(fā)生深刻的變化。一方面，《2020 公報(bào)》顯示，我國(guó)并網(wǎng)風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電的裝機(jī)容量同比增長(zhǎng)為34.6%和24.1%，新能源裝機(jī)容量已經(jīng)超過(guò)水力發(fā)電，遠(yuǎn)超核電，直逼火力發(fā)電，新能源裝機(jī)容量增速較快，一躍成為第二大發(fā)電實(shí)體。另一方面，從國(guó)家能源局公布2021 年第一季度電力行業(yè)運(yùn)行情況分析可知，新能源裝機(jī)增速仍居高不下，發(fā)電量也持續(xù)增長(zhǎng)，但新能源消納問(wèn)題還仍需進(jìn)一步解決。新能源發(fā)電從根本上減少了對(duì)化石燃料的依賴性，有效降低了碳排放，有助于實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)。但是，新能源的出力特點(diǎn)具有波動(dòng)性、隨機(jī)性、間歇性，不利于發(fā)電側(cè)和電網(wǎng)側(cè)的協(xié)調(diào)控制運(yùn)行，并且大規(guī)模新能源接入電網(wǎng)加重了供需調(diào)節(jié)的負(fù)擔(dān)，亟需一種提升電力系統(tǒng)電能質(zhì)量和平滑新能源輸出功率的設(shè)備。

由于儲(chǔ)能具有容量大、響應(yīng)快、效率高等優(yōu)點(diǎn)，可以更好地解決新能源并網(wǎng)帶來(lái)的問(wèn)題，也可以提供調(diào)頻、調(diào)峰、調(diào)壓等輔助服務(wù)，維持電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定，降低電能質(zhì)量的波形畸變率。當(dāng)前，我國(guó)儲(chǔ)能設(shè)施品類齊全、技術(shù)成熟、可靠性強(qiáng)，涵蓋機(jī)械儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、儲(chǔ)熱等五大種類。壓縮空氣儲(chǔ)能可廣泛應(yīng)用于新能源調(diào)峰，在風(fēng)電場(chǎng)中減少換電過(guò)程，降低棄風(fēng)率。磷酸鐵鋰儲(chǔ)能可廣泛應(yīng)用于快速充放的場(chǎng)景，在傳統(tǒng)火力發(fā)電中的應(yīng)用緩解了碳源機(jī)組調(diào)峰調(diào)頻的壓力，提高了機(jī)組的性能指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性補(bǔ)償金額。儲(chǔ)能設(shè)施在我國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)的應(yīng)用前景十分廣闊，并且“十四五”規(guī)劃已明確提出加快發(fā)展非化石能源，有序擴(kuò)大風(fēng)電和光伏發(fā)電的規(guī)模，推進(jìn)新儲(chǔ)能技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用，進(jìn)一步加強(qiáng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)銜接，提高電力系統(tǒng)互補(bǔ)互濟(jì)和智能調(diào)節(jié)能力，從根源上減少碳排放和碳污染。因此，拓寬儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景是早日實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的關(guān)鍵保障。

4 儲(chǔ)能發(fā)展關(guān)鍵問(wèn)題研究

4.1 優(yōu)化儲(chǔ)能政策著力點(diǎn)

如果說(shuō)2020年是儲(chǔ)能行業(yè)的新春，2021年才正式吹響了儲(chǔ)能發(fā)展的號(hào)角。安徽、青海、新疆等地紛紛出臺(tái)關(guān)于儲(chǔ)能發(fā)展的實(shí)施意見(jiàn)。一大批新的儲(chǔ)能項(xiàng)目朝著規(guī)模化方向進(jìn)軍，國(guó)外如澳大利亞開(kāi)工建設(shè)規(guī)模最大的太陽(yáng)能發(fā)電聯(lián)合儲(chǔ)能系統(tǒng)項(xiàng)目，國(guó)內(nèi)如山東省開(kāi)展500 MW 儲(chǔ)能配置的示范應(yīng)用工程。目前，雖然各區(qū)域、省市對(duì)儲(chǔ)能政策均呈現(xiàn)利好趨勢(shì)，但是儲(chǔ)能系統(tǒng)參與輔助服務(wù)的補(bǔ)償機(jī)制和管理實(shí)施方案可以進(jìn)一步完善，促進(jìn)儲(chǔ)能與能源產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展。

（1）明確儲(chǔ)能市場(chǎng)的主體地位

相關(guān)政策在大力推進(jìn)儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)時(shí)，應(yīng)充分肯定儲(chǔ)能在電力行業(yè)的貢獻(xiàn)和能效，明確儲(chǔ)能市場(chǎng)的主體地位。尤其當(dāng)碳交易市場(chǎng)建立之后，應(yīng)考慮儲(chǔ)能項(xiàng)目是否能從出售碳排放指標(biāo)中獲得收益，在競(jìng)價(jià)上網(wǎng)、調(diào)度運(yùn)行、輔助補(bǔ)償?shù)确矫娼o予適當(dāng)傾斜，以降低投資回報(bào)周期，完成對(duì)儲(chǔ)能成本的合理化疏導(dǎo)。

（2）健全新型儲(chǔ)能的補(bǔ)償機(jī)制

從現(xiàn)有的調(diào)峰補(bǔ)償政策來(lái)看，多省市以深度調(diào)峰管理作為補(bǔ)償依據(jù)，部分地區(qū)將儲(chǔ)能系統(tǒng)與火電機(jī)組同臺(tái)競(jìng)價(jià)，導(dǎo)致補(bǔ)償收益未能達(dá)到企業(yè)預(yù)期，極大降低了儲(chǔ)能參與調(diào)峰項(xiàng)目建設(shè)的積極性，而儲(chǔ)能又是新能源入場(chǎng)的保障和后備軍。對(duì)于調(diào)峰補(bǔ)償機(jī)制而言，建議按短期、中長(zhǎng)期劃分調(diào)峰類型，將平段需求、谷段需求、峰段需求納入補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)，鼓勵(lì)其進(jìn)行雙邊交易，放寬交易報(bào)價(jià)范圍，提高調(diào)峰補(bǔ)償收益標(biāo)準(zhǔn)，提高新能源利用率。

從現(xiàn)有的調(diào)頻補(bǔ)償政策來(lái)看，較為廣泛實(shí)行了調(diào)頻里程和調(diào)頻容量的兩部補(bǔ)償機(jī)制，但綜合性能補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)建立在傳統(tǒng)火電機(jī)組的調(diào)節(jié)速率、調(diào)節(jié)精度的基礎(chǔ)上，無(wú)法準(zhǔn)確衡量?jī)?chǔ)能系統(tǒng)的功率交互迅速、功耗等性能的優(yōu)劣，也未將儲(chǔ)能系統(tǒng)的類型、狀態(tài)、配置容量納入補(bǔ)償計(jì)算范疇。例如廣東和蒙西在最新的市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)規(guī)則中，對(duì)調(diào)頻的綜合性能指標(biāo)計(jì)算進(jìn)行開(kāi)根號(hào)處理[47]。隨著時(shí)間的推移，儲(chǔ)能系統(tǒng)補(bǔ)償收益將逐年降低，而運(yùn)維成本逐年升高。因此，在未來(lái)儲(chǔ)能市場(chǎng)進(jìn)一步擴(kuò)大的趨勢(shì)下，需改善儲(chǔ)能調(diào)頻補(bǔ)償機(jī)制，根據(jù)儲(chǔ)能特性和電力系統(tǒng)需求建立差異化補(bǔ)償機(jī)制，綜合性能指標(biāo)應(yīng)全面反映出當(dāng)下儲(chǔ)能系統(tǒng)的調(diào)節(jié)效果和品質(zhì)特性，不再將原機(jī)組調(diào)頻性能作為衡量火儲(chǔ)聯(lián)合調(diào)節(jié)性能的重要指標(biāo)，補(bǔ)償單價(jià)也根據(jù)電網(wǎng)六大區(qū)域或省市的電力市場(chǎng)需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整或分段定價(jià)，發(fā)揮市場(chǎng)主體功能，摒棄以往的“一刀切”定價(jià)模式，調(diào)頻補(bǔ)償收益更加靈活，激發(fā)市場(chǎng)新活力。

（3）建立新型儲(chǔ)能的考核標(biāo)準(zhǔn)

通常，儲(chǔ)能電站要成為市場(chǎng)成員直接參加輔助服務(wù)，需要其容量和充放電功率達(dá)到各地區(qū)的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)。但是，各地區(qū)市場(chǎng)運(yùn)行規(guī)則試行以來(lái)，電網(wǎng)和電力企業(yè)側(cè)重關(guān)注儲(chǔ)能項(xiàng)目所帶來(lái)的效益高低，忽略了對(duì)儲(chǔ)能電站本體和并網(wǎng)運(yùn)行模式的考核和管理。國(guó)家需出臺(tái)關(guān)于儲(chǔ)能電站參與調(diào)頻、調(diào)峰、調(diào)壓、黑啟動(dòng)等輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則，考核內(nèi)容不局限于儲(chǔ)能本體的響應(yīng)時(shí)間、響應(yīng)精度、充放功率等指標(biāo)，也應(yīng)涵蓋系統(tǒng)高低電壓穿越能力、電網(wǎng)異常響應(yīng)能力、本體故障調(diào)節(jié)能力、安全運(yùn)行等方面，實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的規(guī)劃、建設(shè)、服役、維護(hù)、退役等五個(gè)維度全方位地管控，建立新型儲(chǔ)能參與電力系統(tǒng)服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)體系，完善儲(chǔ)能電站監(jiān)管。

4.2 加快儲(chǔ)能自身發(fā)展進(jìn)程

在能源全面低碳化的浪潮中，可再生能源發(fā)展被涌上浪尖，解決風(fēng)電和光伏的波動(dòng)性、隨機(jī)性、間歇性等問(wèn)題迫在眉睫，而儲(chǔ)能是實(shí)現(xiàn)“碳中和”進(jìn)程的關(guān)鍵支柱。但儲(chǔ)能系統(tǒng)的建設(shè)成本高昂、安全性較低、循環(huán)壽命較短的問(wèn)題一直被詬病，一定程度上延緩了儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)向市場(chǎng)化轉(zhuǎn)變的腳步。因?yàn)閮?chǔ)能電池在儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用中起著決定性的作用，所以科研人員必須深入研究關(guān)于電池壽命、充放電效率和安全性等基礎(chǔ)內(nèi)容，建立電池老化與充放電工況的關(guān)聯(lián)，均衡各電池組之間的特性，來(lái)避免儲(chǔ)能電池容量衰減、內(nèi)阻消耗增加、充放電功率降低等現(xiàn)象，在保證長(zhǎng)壽命和高安全性的前提下，逐步降低儲(chǔ)能的成本。探索新型儲(chǔ)能技術(shù)，改善儲(chǔ)能電池制作工藝，研究出性能均衡的電池材料。與此同時(shí)，加快儲(chǔ)能系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)和規(guī)劃，提高儲(chǔ)能逆變器PCS 對(duì)各電池組電流控制、電壓控制、功率控制的效果，研發(fā)智能集成、控制和管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多級(jí)、并聯(lián)、混聯(lián)等新型拓?fù)鋮f(xié)同控制策略的優(yōu)化，將儲(chǔ)能產(chǎn)品深入融合到電力系統(tǒng)行業(yè)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化控制與管理。

4.3 儲(chǔ)能需求分析與優(yōu)化規(guī)劃

（1）考慮傳統(tǒng)機(jī)組特性的火儲(chǔ)協(xié)同控制優(yōu)化

傳統(tǒng)發(fā)電行業(yè)的用碳量、排碳量始終處于電力行業(yè)前列，傳統(tǒng)火力發(fā)電機(jī)組存在較大的延遲且負(fù)荷變化率較慢，若實(shí)現(xiàn)負(fù)荷快速響應(yīng)，則提高了機(jī)組的用碳量和排碳量，加劇了機(jī)組的壽命消耗。儲(chǔ)能設(shè)備具有負(fù)荷快速變化、毫秒級(jí)響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，催生了“傳統(tǒng)機(jī)組+儲(chǔ)能”的發(fā)電模式。儲(chǔ)能聯(lián)合傳統(tǒng)機(jī)組參與輔助服務(wù)時(shí)，雖然兩者都參與調(diào)峰調(diào)頻輔助服務(wù)，但沒(méi)有結(jié)合兩者各自的特點(diǎn)，也沒(méi)有挖掘傳統(tǒng)機(jī)組的潛力，太過(guò)依賴儲(chǔ)能彌補(bǔ)負(fù)荷響應(yīng)的變化，導(dǎo)致儲(chǔ)能使用頻繁，極大縮短了儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用壽命?！皞鹘y(tǒng)機(jī)組+儲(chǔ)能”協(xié)同控制應(yīng)充分發(fā)揮傳統(tǒng)發(fā)電行業(yè)在輔助服務(wù)中的決定性作用，充分利用其在發(fā)電過(guò)程中蓄熱、慣性、智能控制等特點(diǎn)聯(lián)合儲(chǔ)能進(jìn)行輔助響應(yīng)，充分考慮與傳統(tǒng)機(jī)組出力具有緊密聯(lián)系的因素，如汽輪機(jī)閥門開(kāi)度、主蒸汽溫度、主蒸汽壓力、供煤量等，建立機(jī)組等效模型。在實(shí)際工況和電網(wǎng)需求下，基于歷史數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)機(jī)組出力效果進(jìn)行預(yù)測(cè)，并跟蹤機(jī)組實(shí)時(shí)出力值，以保證機(jī)組跟蹤效果的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，使儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠提前靈活調(diào)節(jié)電池放電功率來(lái)彌補(bǔ)機(jī)組與電網(wǎng)負(fù)荷要求之間的差距，完成時(shí)間級(jí)配合和調(diào)節(jié)余量計(jì)算，提升電網(wǎng)電能質(zhì)量，降低傳統(tǒng)機(jī)組的用碳量和碳排量。

（2）考慮功率平滑穩(wěn)定的風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合運(yùn)行

甘肅、廣西、江西等省建議新能源項(xiàng)目配備5%～20%容量且連續(xù)充放電2 小時(shí)以上的儲(chǔ)能電站。通過(guò)風(fēng)儲(chǔ)、光儲(chǔ)協(xié)調(diào)控制技術(shù)，來(lái)增強(qiáng)間歇式能源的可控性，提高經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。由于間歇式新能源出力大小與周圍環(huán)境緊密相關(guān)，可以采用聚類算法建立天氣、季節(jié)、時(shí)間等多尺度預(yù)測(cè)模型。針對(duì)風(fēng)儲(chǔ)、光儲(chǔ)以及風(fēng)光儲(chǔ)一體化協(xié)同控制優(yōu)化，我們需要深入研究風(fēng)電、光伏和儲(chǔ)能的出力特性，通過(guò)魯棒性分析、機(jī)會(huì)約束目標(biāo)規(guī)劃等智能算法對(duì)多尺度預(yù)測(cè)滾動(dòng)模型分析，得出在不同時(shí)間和環(huán)境下新能源出力的特點(diǎn)和趨勢(shì)，深入研究柔性負(fù)荷[48]、剛性負(fù)荷變化和多能互補(bǔ)系統(tǒng)發(fā)電之間的關(guān)聯(lián)性[49]，再通過(guò)變比例系數(shù)、雙層控制策略等方法控制儲(chǔ)能調(diào)整充放電功率，來(lái)實(shí)現(xiàn)白晝互補(bǔ)和冬夏互補(bǔ)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出功率平滑穩(wěn)定，進(jìn)一步減少甚至消除新能源因環(huán)境因素造成的晝夜峰谷差。最后，考慮儲(chǔ)能全壽命周期成本、峰谷差套利與節(jié)能減排的效益問(wèn)題，采用群體智能尋優(yōu)算法，求解儲(chǔ)能系統(tǒng)最佳裝機(jī)容量和充放電功率的配比問(wèn)題，來(lái)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能設(shè)備使用率最大化，降低企業(yè)初始投資成本和后期運(yùn)維成本。

（3）考慮電網(wǎng)功率平衡分配的儲(chǔ)能運(yùn)行優(yōu)化

在部分省市的輔助服務(wù)細(xì)則中規(guī)定，儲(chǔ)能電站裝機(jī)規(guī)模滿足準(zhǔn)入要求，可直接注冊(cè)為電力輔助市場(chǎng)成員參與電網(wǎng)的電力輸配和優(yōu)化調(diào)度。首先，在以往研究中，儲(chǔ)能系統(tǒng)模型通常采取一階慣性環(huán)節(jié)，太過(guò)于簡(jiǎn)單，未考慮電池自身特性。若在電網(wǎng)調(diào)度中應(yīng)用，易出現(xiàn)電網(wǎng)需求大于儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)節(jié)余量的現(xiàn)象。儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)選取高階模型，并建立成本、容量、充放電功率、SOC、DOD等約束條件，實(shí)現(xiàn)對(duì)上網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的精細(xì)化管理。其次，面對(duì)新能源進(jìn)行并網(wǎng)、離網(wǎng)或其他擾動(dòng)時(shí)[50]，可以使用內(nèi)點(diǎn)法、外點(diǎn)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法解決復(fù)雜的非線性尋優(yōu)問(wèn)題，即提高儲(chǔ)能系統(tǒng)抗擾動(dòng)的平衡控制效果，避免系統(tǒng)單點(diǎn)故障造成電網(wǎng)系統(tǒng)波動(dòng)較大。然后，研究電力系統(tǒng)的潮流特點(diǎn)和分布規(guī)律，來(lái)應(yīng)對(duì)大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)上網(wǎng)需求的增長(zhǎng)趨勢(shì)，優(yōu)化傳統(tǒng)能源、風(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能之間調(diào)度分配策略。尤其在電網(wǎng)負(fù)荷變動(dòng)的高發(fā)期，機(jī)組資源和負(fù)荷需求容易出現(xiàn)供需不平衡的現(xiàn)象，通過(guò)卡爾曼濾波或傅里葉變換等方法將電網(wǎng)需求劃分為低頻需求和中高頻率需求，根據(jù)系統(tǒng)特性分別由傳統(tǒng)能源、風(fēng)電、光伏和儲(chǔ)能進(jìn)行承擔(dān)，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、多目標(biāo)優(yōu)化等算法實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)資源的動(dòng)態(tài)分配，合理分配機(jī)組資源和負(fù)荷需求，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能快速提供有功、無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖饔?，提高線路輸送能力，從而減少變電站、輸電線路的建設(shè)費(fèi)用。

（4）儲(chǔ)能系統(tǒng)的縱向融合發(fā)展

智慧綜合能源作為具有綜合屬性和智慧屬性的能源新產(chǎn)業(yè)正悄然興起，催生了以用戶側(cè)為中心的多元化能源需求，充分利用可再生能源等清潔能源。其中，儲(chǔ)能起到了提高能源利用率、改善電能品質(zhì)和降低用電成本的作用。鮮有學(xué)者對(duì)儲(chǔ)能的電、熱、冷、氣等供能方式進(jìn)行綜合一體化研究，應(yīng)建立不同季節(jié)、不同功能的需求模型，并從園區(qū)電池類型、容量配置、運(yùn)維成本和建造成本的角度建立儲(chǔ)能系統(tǒng)全生命周期模型，計(jì)算高峰負(fù)荷轉(zhuǎn)移帶來(lái)的收益增值，進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)性分析評(píng)價(jià)。不斷探索并引進(jìn)“新能源+儲(chǔ)能”協(xié)同控制策略的新優(yōu)化方案，應(yīng)用于智慧綜合能源儲(chǔ)能項(xiàng)目，加強(qiáng)儲(chǔ)能在縱向能源多供應(yīng)環(huán)節(jié)(發(fā)電側(cè)、配電側(cè)、用戶側(cè))之間的協(xié)同控制，促進(jìn)綠色能源與用戶側(cè)深度融合，減少碳需求，降低使用電價(jià)，提高電能質(zhì)量和能源利用率。

4.4 “儲(chǔ)能+”發(fā)展理念

雙碳目標(biāo)理念引領(lǐng)著新能源行業(yè)大規(guī)模滲透到電力系統(tǒng)，而新能源電站配備儲(chǔ)能電站已經(jīng)是行業(yè)共識(shí)和實(shí)際需要。國(guó)家能源局也在大力推崇一站式綜合能源示范園區(qū)，儲(chǔ)能系統(tǒng)也成為風(fēng)光荷電儲(chǔ)中的重要一環(huán)。“儲(chǔ)能+”發(fā)展理念應(yīng)運(yùn)而生，“儲(chǔ)能+傳統(tǒng)發(fā)電”改善機(jī)組性能，提高負(fù)荷需求響應(yīng)速度；“儲(chǔ)能+新能源發(fā)電”減少了棄光棄風(fēng)現(xiàn)象，提高新能源利用效率，平緩過(guò)渡；“儲(chǔ)能+電網(wǎng)”減少區(qū)域控制誤差，削弱新能源并網(wǎng)影響；“儲(chǔ)能+用戶”降低用電成本。因此，儲(chǔ)能的發(fā)展勢(shì)必呈現(xiàn)集中式服務(wù)和分布式服務(wù)的情形，如圖1所示。電力系統(tǒng)常在火電、風(fēng)電、光伏、綜合能源園區(qū)等領(lǐng)域配備一定容量的儲(chǔ)能，一般而言，各儲(chǔ)能系統(tǒng)作為獨(dú)立個(gè)體只服務(wù)所配套設(shè)施。若發(fā)電設(shè)備發(fā)生停機(jī)維護(hù)或未中標(biāo)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，儲(chǔ)能設(shè)備則處于閑置或半閑置狀態(tài)，尤其是太過(guò)依賴于外界因素的新能源經(jīng)常發(fā)生擺停、假停等現(xiàn)象，從而造成儲(chǔ)能閑置率較高，設(shè)備資源利用率低下。當(dāng)分布式儲(chǔ)能的裝機(jī)容量在電力系統(tǒng)中占據(jù)一定比重時(shí)，無(wú)形增加了發(fā)電成本，且使用效率低下，無(wú)法充分發(fā)揮儲(chǔ)能的潛力作用。若將分布式儲(chǔ)能通過(guò)某種聚攏技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)控，閑置儲(chǔ)能將得到合理利用，存儲(chǔ)局部電網(wǎng)調(diào)節(jié)余量，打破各個(gè)傳統(tǒng)儲(chǔ)能系統(tǒng)之間壁壘，有助于電網(wǎng)和發(fā)電行業(yè)進(jìn)行聯(lián)合運(yùn)行調(diào)控，提高電能品質(zhì)和儲(chǔ)能系統(tǒng)利用率。

圖1 分布式儲(chǔ)能和集中式儲(chǔ)能對(duì)比Fig.1 Comparison of distributed energy storage and centralized energy storage

5 儲(chǔ)能發(fā)展建議

未來(lái)40 年，我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展勢(shì)必以綠色低碳循環(huán)發(fā)展作為主基調(diào)，實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)作為主旋律，大力發(fā)展清潔能源作為主渠道，升級(jí)能源產(chǎn)業(yè)鏈作為主陣地，推動(dòng)我國(guó)綠色清潔能源發(fā)展邁上新臺(tái)階。

5.1 推進(jìn)儲(chǔ)能政策改革

儲(chǔ)能系統(tǒng)是雙碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的保障，在新能源并網(wǎng)、電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻等場(chǎng)景中發(fā)揮重要作用。但是，從目前儲(chǔ)能政策角度來(lái)看，關(guān)于儲(chǔ)能政策帶來(lái)的紅利，在儲(chǔ)能的成本、建設(shè)、研究、應(yīng)用等方面顯得杯水車薪，我國(guó)能有效解決儲(chǔ)能問(wèn)題的措施相對(duì)較少。因此，本文提出以下幾點(diǎn)建議。

（1）明確儲(chǔ)能主體地位，不僅將大功率、大容量的儲(chǔ)能系統(tǒng)納入獨(dú)立主體，也應(yīng)涵蓋中小儲(chǔ)能電站，并給予更明確的政策支持，打造儲(chǔ)能市場(chǎng)交易平臺(tái)，并將儲(chǔ)能作為獨(dú)立主體納入碳交易市場(chǎng)。

（2）健全輔助補(bǔ)償機(jī)制，中國(guó)的地域、電力市場(chǎng)和用電需求均參差不齊，需考慮地域和需求因素，輔助服務(wù)應(yīng)實(shí)行多階梯動(dòng)態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，擴(kuò)大峰谷電價(jià)差，按調(diào)節(jié)效果付費(fèi)，補(bǔ)償儲(chǔ)能帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，改善輔助服務(wù)的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)，合理疏導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)成本。

（3）鼓勵(lì)投資方式、交易方式的多元化，在電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)的大環(huán)境下，鼓勵(lì)電力市場(chǎng)在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)配備儲(chǔ)能設(shè)施，放寬儲(chǔ)能電商與儲(chǔ)能電商、儲(chǔ)能電商與電網(wǎng)、儲(chǔ)能電商與電力市場(chǎng)之間多邊交易的權(quán)限，拓寬儲(chǔ)能的交易渠道，提高儲(chǔ)能項(xiàng)目的投資回報(bào)率和年收益率。

（4）合理規(guī)劃儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)布局，新能源“一刀切”配備儲(chǔ)能的方式?jīng)]有考慮實(shí)際工程需求、設(shè)備成本因素等情況，也不利于實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，往往會(huì)造成資源浪費(fèi)。應(yīng)著重分析新能源的發(fā)電形式、裝機(jī)規(guī)模、地理位置等因素，結(jié)合儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池類型、選址要求、配備需求等產(chǎn)品信息，提出儲(chǔ)能和新能源相適應(yīng)的配置指導(dǎo)方案。

（5）加強(qiáng)監(jiān)管與完善考核，電池管理系統(tǒng)(BMS)、能量管理系統(tǒng)(EMS)、功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(PCS)、電站等安全標(biāo)準(zhǔn)較為滯后，應(yīng)建立儲(chǔ)能市場(chǎng)監(jiān)管辦法，完善不同階段儲(chǔ)能電站的安全標(biāo)準(zhǔn)體系，包括已建、在建、已規(guī)劃未建等情況，統(tǒng)籌規(guī)劃儲(chǔ)能、發(fā)電機(jī)組、電網(wǎng)協(xié)同控制的穩(wěn)定性、安全性、規(guī)范性等實(shí)際問(wèn)題，明確安全責(zé)任，避免網(wǎng)源脫鉤現(xiàn)象。

5.2 深入儲(chǔ)能本體研究

近幾年儲(chǔ)能技術(shù)推陳出新，降低儲(chǔ)能成本和提高設(shè)備安全性是儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)不斷創(chuàng)新的目標(biāo)，未來(lái)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展有以下3個(gè)方面需進(jìn)行拓展研究。

（1）深化基礎(chǔ)性研究。深入電池技術(shù)研發(fā)，開(kāi)發(fā)出低成本、長(zhǎng)壽命、高安全、環(huán)境友好的電池，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)儲(chǔ)能的需求；加快新型電池研發(fā)，如固態(tài)電池、水系鋰離子電池、金屬空氣電池等，全面進(jìn)行基礎(chǔ)性能評(píng)估和測(cè)試，縮短從研發(fā)到應(yīng)用的時(shí)間周期，采用綜合性能更優(yōu)秀的電池代替?zhèn)鹘y(tǒng)電池。

（2）加快混合式儲(chǔ)能研發(fā)與應(yīng)用。通過(guò)更換電極材料、調(diào)整電解質(zhì)布局、優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)、尋找新型儲(chǔ)能材料等方式，優(yōu)化電池基礎(chǔ)性能，逐步實(shí)現(xiàn)大容量混合式儲(chǔ)能的研發(fā)與應(yīng)用，取代多種儲(chǔ)能同時(shí)配備現(xiàn)象，提高混合式儲(chǔ)能系統(tǒng)的整體性管控技術(shù)。

（3）優(yōu)化頂層設(shè)計(jì)。BMS 技術(shù)、EMS 技術(shù)、PCS技術(shù)決定儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用高度與廣度，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，優(yōu)化電池充放電策略和能源管理策略，以實(shí)際工況和應(yīng)用環(huán)境調(diào)整策略方法，提高儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電效率和使用壽命。

5.3 多種能源儲(chǔ)能聯(lián)合運(yùn)行

儲(chǔ)能已廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)，在提升電能質(zhì)量、提高新能源消納能力等方面起著不可或缺的重要作用。針對(duì)發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)配備儲(chǔ)能可以從以下幾個(gè)方面提高能源利用率和機(jī)組性能。

（1）提高儲(chǔ)能模型仿真技術(shù)。根據(jù)不同儲(chǔ)能電池類型和特性，提出適用于不同應(yīng)用場(chǎng)景的儲(chǔ)能模型和仿真技術(shù)，為配置需求分析、協(xié)同控制分析、經(jīng)濟(jì)性分析、儲(chǔ)能布局分析等方面奠定基礎(chǔ)。

（2）進(jìn)行配置需求分析，以提高所配系統(tǒng)的調(diào)節(jié)性能為目標(biāo)。開(kāi)展功率配置分析、容量配置分析、安全性和經(jīng)濟(jì)性分析等，使得儲(chǔ)能系統(tǒng)恰好滿足優(yōu)化調(diào)節(jié)性能的需求，避免出現(xiàn)閑置、半閑置或過(guò)需的現(xiàn)象，解決投入成本與收支完全不平衡問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能配置合理化。

（3）優(yōu)化協(xié)同控制策略。儲(chǔ)能已聯(lián)合火電、風(fēng)電、光伏等多種能源參與到電力系統(tǒng)輔助服務(wù)，但都各自為營(yíng)，缺乏協(xié)同控制之間的緊密性，對(duì)波動(dòng)較大或緊急情況無(wú)法及時(shí)處理。①機(jī)組協(xié)同控制的關(guān)鍵是動(dòng)態(tài)多目標(biāo)跟蹤，實(shí)現(xiàn)機(jī)組出力狀態(tài)毫秒級(jí)通信，實(shí)時(shí)更新信道數(shù)據(jù)，掌握第一手資料。②機(jī)組協(xié)同控制的重點(diǎn)是機(jī)組負(fù)荷預(yù)測(cè)，由豐富歷史數(shù)據(jù)通過(guò)深度學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、聚類降維等智能算法分析機(jī)組運(yùn)行規(guī)律、運(yùn)行工況、電網(wǎng)需求，建立運(yùn)行狀態(tài)智能診斷庫(kù)，完成在多時(shí)間尺度下不同出力狀態(tài)預(yù)測(cè)，滿足預(yù)測(cè)值和真值之間緊密貼合的要求。③優(yōu)化協(xié)同控制策略，不僅僅采用傳統(tǒng)的前饋、反饋等控制方式，在保證運(yùn)行效率和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，應(yīng)建立多級(jí)、多抉擇、多復(fù)合式的控制策略，綜合考慮各發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)的需求，既要滿足儲(chǔ)能和多源端聯(lián)合出力緊貼電網(wǎng)指令的要求，也要維護(hù)電網(wǎng)功率分配均衡。

（4）經(jīng)濟(jì)性分析。從儲(chǔ)能系統(tǒng)全生命周期分析經(jīng)濟(jì)效益，包含投資、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)、退役等五個(gè)階段，考核多源配儲(chǔ)協(xié)同控制效果和儲(chǔ)能容量的合理性，提出綜合調(diào)節(jié)性能、補(bǔ)償收益、均度電成本、投資回報(bào)率等經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，并對(duì)下一階段儲(chǔ)能與多源之間聯(lián)合調(diào)控策略優(yōu)化和產(chǎn)區(qū)升級(jí)改造提供指導(dǎo)幫助。

（5）優(yōu)化儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)布局。儲(chǔ)能在改善新能源出力上效果明顯，應(yīng)深入研究能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，在新能源集中地應(yīng)合理配置儲(chǔ)能，以優(yōu)化儲(chǔ)能的地理結(jié)構(gòu)。同時(shí)結(jié)合電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)律和地域特點(diǎn)，配置適應(yīng)環(huán)境和需求的儲(chǔ)能系統(tǒng)，從而達(dá)到按需布局和按域布局的儲(chǔ)能分布架構(gòu)。

（6）靈活改造原機(jī)組性能。儲(chǔ)能系統(tǒng)角色定位始終處于配角，維護(hù)電網(wǎng)運(yùn)行安全和穩(wěn)定的主體仍是火電、新能源等電能生產(chǎn)本體。因此，應(yīng)該：①完善預(yù)測(cè)模型和控制策略，基于歷史經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互建立精準(zhǔn)預(yù)測(cè)機(jī)組出力狀態(tài)模型，并優(yōu)化系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的控制邏輯，實(shí)現(xiàn)出力不足或過(guò)盈的動(dòng)態(tài)修復(fù)，保證調(diào)節(jié)過(guò)程的穩(wěn)定性和時(shí)效性，如光伏板向陽(yáng)角、火電主蒸汽溫度等；②風(fēng)電、光伏等新能源機(jī)組作為區(qū)域聯(lián)合共同體集中運(yùn)行，將夜間風(fēng)電高峰和日間光伏高峰共線傳輸，保證整體輸出平穩(wěn)，減少對(duì)儲(chǔ)能的依賴；③靈活改造傳統(tǒng)能源行業(yè)，利用各環(huán)節(jié)蓄能調(diào)節(jié)機(jī)組性能，如蓄熱、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等，快速響應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷要求，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)靈活調(diào)配各機(jī)組參與輔助服務(wù)。

5.4 分布式儲(chǔ)能集中管控

隨著電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組逐步配備儲(chǔ)能系統(tǒng)，其總裝機(jī)容量達(dá)到全國(guó)總發(fā)電裝機(jī)容量的10%以上，儲(chǔ)能系統(tǒng)的投資成本、維護(hù)成本、調(diào)節(jié)性能都將極大影響著電網(wǎng)的供需平衡和經(jīng)濟(jì)效益。而且儲(chǔ)能系統(tǒng)之間的類型、用途、容量等參數(shù)均不一致，甚至部分電站自身采用混合式儲(chǔ)能系統(tǒng)，難以實(shí)現(xiàn)聚合調(diào)控。基于此，關(guān)于分布式儲(chǔ)能集中管控可以從以下幾個(gè)部分進(jìn)行研究。

（1）改善信息交互效果，實(shí)現(xiàn)分布式儲(chǔ)能和電網(wǎng)之間溝通信號(hào)更加智能靈活，增強(qiáng)各儲(chǔ)能系統(tǒng)穩(wěn)定性和拓展性，為儲(chǔ)能聯(lián)控奠定基礎(chǔ)。

（2）提高混合儲(chǔ)能技術(shù)，在同一區(qū)域下，將電-熱-冷-氣混合式儲(chǔ)能系統(tǒng)作為整體配備在需求側(cè)，實(shí)現(xiàn)多種能量之間相互轉(zhuǎn)化，減少多種投資建造成本。

（3）集成智能算法，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)功率動(dòng)態(tài)跟蹤和預(yù)測(cè)，完成日前購(gòu)電計(jì)劃，在機(jī)組和儲(chǔ)能設(shè)備的相關(guān)約束下，優(yōu)化邊界利益，保證多邊利益均衡。

（4）搭建多級(jí)或區(qū)域級(jí)儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)管控智能一體化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各站儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電功率、DOD、SOC 等指標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，分配、下發(fā)電網(wǎng)的調(diào)度指令，統(tǒng)籌調(diào)節(jié)電網(wǎng)電能的品質(zhì)問(wèn)題，為各電站升級(jí)改造和電網(wǎng)優(yōu)化提供一定的指導(dǎo)意見(jiàn)。

（5）探索分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)參與電網(wǎng)輔助服務(wù)的經(jīng)濟(jì)性分析方法。

6 結(jié) 語(yǔ)

“十四五”規(guī)劃明確提出儲(chǔ)能是建設(shè)現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施體系的重要一環(huán)，并且實(shí)現(xiàn)“碳中和”的目標(biāo)需要風(fēng)電和光伏等新能源在電力系統(tǒng)中成為發(fā)電主體。因此，發(fā)展儲(chǔ)能在新能源大規(guī)模并網(wǎng)的過(guò)程中勢(shì)在必行。在電力市場(chǎng)改革中，各項(xiàng)政策也正在積極引導(dǎo)各電力企業(yè)和用戶按需配置儲(chǔ)能系統(tǒng)，儲(chǔ)能市場(chǎng)發(fā)展前景如日中天。

通過(guò)梳理現(xiàn)階段儲(chǔ)能的市場(chǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)，發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)能市場(chǎng)進(jìn)入到關(guān)鍵期和瓶頸期，亟需解決儲(chǔ)能工程的成本昂貴和收支平衡問(wèn)題。然而，國(guó)家政策和地方政策直接決定了儲(chǔ)能系統(tǒng)收支來(lái)源的類型，儲(chǔ)能電池決定了系統(tǒng)投資成本上下限，協(xié)同控制效果決定了系統(tǒng)補(bǔ)償收益，分布式儲(chǔ)能集中管控的應(yīng)用決定了儲(chǔ)能利用率的大小。從四個(gè)維度對(duì)儲(chǔ)能市場(chǎng)未來(lái)發(fā)展提出相應(yīng)合理的建議，完善儲(chǔ)能政策導(dǎo)向，優(yōu)化多端多源聯(lián)控效果，延長(zhǎng)儲(chǔ)能設(shè)備使用壽命，提高能源利用效率，完成儲(chǔ)能系統(tǒng)成本有效疏導(dǎo)，從而推動(dòng)儲(chǔ)能從商業(yè)化發(fā)展到規(guī)?；l(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)全面市場(chǎng)化發(fā)展。