張發(fā)祥

（廣東佛山聯(lián)創(chuàng)工程研究生院，廣東 佛山 528000）

0 引言

活躍的市場需求推動了新能源產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，尤其是開展新型儲能應用的產(chǎn)品和技術競爭。在此背景下，儲能產(chǎn)業(yè)能否通過新技術應用的突破，打造創(chuàng)新的電網(wǎng)應用模式，在快速推進布局發(fā)展中應該如何穩(wěn)固企業(yè)的生存與盈利，值得我們對新型電力儲能行業(yè)的深思。

1 新能源發(fā)展背景

1）國內儲能建設規(guī)模。截至2021 年底，國內新增投運電力儲能項目裝機規(guī)模首次突破10 GW，達到10.5 GW，其中，抽水蓄能新增規(guī)模8 GW，同比增長437%；新型儲能新增規(guī)模首次突破2 GW，達到2.4 GW，同比增長54%。新型儲能中，鋰離子電池和壓縮空氣均有百兆瓦級項目并網(wǎng)運行，特別是后者，在2021 年實現(xiàn)了跨越式增長，新增投運規(guī)模170 MW，接近2020 年底累計裝機規(guī)模的15 倍?？梢?，在新型儲能中，鋰離子電池在國內市場中發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮腫1]。

2）國內儲能市場走向?！半p碳”是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟社會變革，對于能源行業(yè)既是艱巨的挑戰(zhàn)，也是難得的機遇[2]。在這場變革中能源成為了主戰(zhàn)場，電力是主力軍，新能源是關鍵。2021 年可再生能源占全球新增發(fā)電裝機容量超過90%。未來，可再生能源裝機仍會保持較快的增長。

3）產(chǎn)業(yè)政策與技術積累。2022 年7 月，國家發(fā)改委、能源局聯(lián)合發(fā)布《關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》，這是繼2017 年《關于促進儲能技術與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見》出臺后第二份針對儲能發(fā)展的“頂層設計”，也是“十四五”期間儲能發(fā)展的指導綱領。文件首次明確提出量化的儲能發(fā)展目標，即到2025年，實現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展轉變，到2030 年，實現(xiàn)新型儲能全面市場化發(fā)展。2023 年3 月，《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》的出臺在《指導意見》的基礎上進一步明確發(fā)展目標和細化重點任務，提升了規(guī)劃落實的可操作性。又如，2022 年3 月發(fā)布的《關于推進電力源網(wǎng)荷儲一體化和多能互補發(fā)展的指導意見》，指明“兩個一體化”，即“風光儲一體化”、“源網(wǎng)荷儲一體化”是新能源項目未來的重點發(fā)展方向。能源促進人類的社會發(fā)展，首先表現(xiàn)為促進經(jīng)濟發(fā)展[3]。短期來看，政策是我國儲能裝機發(fā)展的主要驅動力，而系統(tǒng)經(jīng)濟性的提升才能打開中長期規(guī)?；l(fā)展的空間。因而，隨著市場機制的逐步改善。儲能系統(tǒng)經(jīng)濟性的拐點也在“漸行漸遠”。從更長期的發(fā)展前景看，液流電池和鈉離子電池有望成為鋰離子電池的重要補充[4]。對于儲能電池，持續(xù)時長通常也是重要考量因素。而鋰離子電池要實現(xiàn)更長時儲能，需面臨產(chǎn)品安全和成本兩大困境。目前液流電池和鈉離子電池仍存在能量密度偏低、生產(chǎn)成本偏高、配套供應鏈不完善等問題，仍需技術環(huán)節(jié)的進步及商業(yè)化的探索。

2 新能源微電網(wǎng)關鍵技術及應用

國務院多次發(fā)文，鼓勵支持拓展新型儲能的商業(yè)模式，建立健全適應新型儲能發(fā)展的市場機制，從而形成多元化售電競爭主體的開放售電市場環(huán)境。在市場變革的背景下，微電網(wǎng)將具備極強的靈活性和商業(yè)發(fā)展盈利方式[5]。

2.1 新能源微電網(wǎng)應用場景

微電網(wǎng)是由分布式能源、儲能系統(tǒng)、能量轉換裝置、相關負荷和監(jiān)控、保護裝置匯集而成的小型電力發(fā)電系統(tǒng)，是一個能夠實現(xiàn)自我控制、保護和管理的自控系統(tǒng)，既可以與公用電網(wǎng)并網(wǎng)運行，也可以獨立離網(wǎng)運行。

1）區(qū)域（省級）。依托區(qū)域（?。┘夒娏o助服務、中長期和現(xiàn)貨市場等體系建設，引入電源側、負荷側、獨立電儲能等市場主體，推動建立市場化交易用戶參與承擔輔助服務的市場交易機制。依托5G 等現(xiàn)代信息通訊及智能化技術，建立源網(wǎng)荷儲靈活高效互動的電力運行與市場體系機制。

2）市（縣）級。在重點城市開展源網(wǎng)荷儲一體化堅強局部電網(wǎng)建設，提出保障電源以及自備應急電源配置方案。結合清潔取暖和清潔能源消納工作開展市（縣）級源網(wǎng)荷儲一體化示范，研究熱電聯(lián)產(chǎn)機組、新能源電站、靈活運行電熱負荷一體化運營方案。

3）園區(qū)（居民）用戶級。以現(xiàn)代信息通訊、大數(shù)據(jù)、人工智能、儲能等新技術為依托，運用“互聯(lián)網(wǎng)+”新模式。在城市商業(yè)區(qū)、綜合體、居民區(qū)，依托光伏發(fā)電、并網(wǎng)型微電網(wǎng)和充電基礎設施等，開展分布式發(fā)電與電動汽車（用戶儲能）靈活充放電相結合的園區(qū)（居民區(qū)）級源網(wǎng)荷儲一體化建設。在工業(yè)負荷大、新能源條件好的地區(qū)，支持分布式電源開發(fā)建設和就近接入消納，結合增量配電網(wǎng)等工作，開展源網(wǎng)荷儲一體化綠色供電園區(qū)建設。

例如共享儲能電站是由第三方或廠商負責投資、運維，并作為出租方將儲能系統(tǒng)的功率和容量以商品形式租賃給目標用戶的另一種商業(yè)運營模式，秉承“誰受益、誰付費”的原則向承租方收取租金。其獨立性體現(xiàn)在可以獨立主體身份直接與電力調度機構簽訂并網(wǎng)調度協(xié)議，不受位置限制。如圖1 所示。

圖1 配儲解決方案

2.2 “源網(wǎng)荷儲”應用

電力系統(tǒng)是一個需要維持瞬時平衡的系統(tǒng)，在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，主要通過發(fā)電機組的轉動慣量、調頻能力根據(jù)負荷的變化進行發(fā)電量調節(jié)，以實現(xiàn)電力平衡，即所謂的“源隨荷動”。為保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定高效運行，必須加速推進源網(wǎng)荷儲一體化和多能互補發(fā)展，保障大規(guī)模新能源順利消納，源網(wǎng)荷儲一體化應運而生。

與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，新型電力系統(tǒng)的電網(wǎng)發(fā)展將形成大電網(wǎng)主導、多種電網(wǎng)形態(tài)相融并存的格局。未來以家庭、社區(qū)、園區(qū)等不同大小的區(qū)域形成多層級微電網(wǎng)，解決規(guī)模化新能源與新型負荷大量接入、即插即用的問題。將傳統(tǒng)電力系統(tǒng)“發(fā)-輸-變-配-用”的單向過程，形成“源-網(wǎng)-荷-儲”的一體化循環(huán)過程，提高新能源發(fā)電消納占比。如圖2 所示。

圖2 源網(wǎng)荷儲一體化示意圖

3 困難及思考

1）面臨困難。與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比，新型電力系統(tǒng)的供給側、電網(wǎng)側、消費側及二次系統(tǒng)將發(fā)生革命性變化。具體而言，從供給側看，能源結構將發(fā)生巨大改變，可再生能源將實現(xiàn)大規(guī)模開發(fā)利用，逐步取代化石能源。預計到2030 年，我國新能源在裝機規(guī)模上將成為第一大電源，對電力系統(tǒng)供需平衡和清潔能源消納能力提出了更高要求，需要增加電源裝機的容量冗余度，并配套建設相應的靈活調節(jié)能力。

從電網(wǎng)側看，將由以常規(guī)電源、單向供電為主向高比例電力電子化和新能源、雙向供電的電網(wǎng)形態(tài)轉變。隨著大型風光電基地的開發(fā)，跨區(qū)送電將繼續(xù)增加，需加大特高壓及各級電網(wǎng)發(fā)展力度，提升高比例新能源外送消納能力、多直流承載能力。另外，我國中東部地區(qū)分布式新能源大規(guī)模開發(fā)，對配電網(wǎng)的接入能力提出了更高要求。只有通過大電網(wǎng)與配電網(wǎng)靈活互濟、協(xié)調運行，才能實現(xiàn)大規(guī)模新能源與電網(wǎng)的協(xié)調發(fā)展。

從消費側看，將由用戶側單向用電向電能雙向傳輸轉變。多元用電負荷、分布式電源、新型儲能將快速發(fā)展，負荷特性由傳統(tǒng)的剛性用電需求、單向用電向柔性用電需求、用戶電能雙向傳輸轉變，終端能源側的電力產(chǎn)消者將大量出現(xiàn)，電力供需平衡模式由“源隨荷動”向“源荷互動”轉變。

2）產(chǎn)業(yè)思考。電力平衡理念由確定性向概率性轉變。未來電力平衡工作將由確定性的“缺不缺、缺多少”逐步轉向概率性的“不同概率、不同時長”。結合不同規(guī)模電力缺口的出現(xiàn)概率、持續(xù)時間、保障難度等多方面因素，運用創(chuàng)新概率化供需平衡分析方法，精準制定保供措施打牢基礎。

未來隨著需求增速逐步穩(wěn)定、用電結構持續(xù)轉型，以及新能源、儲能、新型負荷等新元素的不斷滲透，既要保持電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大、聯(lián)絡不斷加強的“剛性”模式，還要考慮靈活、智能等“柔性”需求，實現(xiàn)“剛柔互濟”，繼續(xù)構筑能源資源大范圍優(yōu)化配置平臺，實現(xiàn)源、荷、儲便捷友好接入和智能協(xié)調優(yōu)化控制。

雖然在能源轉型和“碳中和”目標的激勵下，儲能行業(yè)有著理想的發(fā)展前景，但從目前市場及政策狀況來看，儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展并非一馬平川，在機遇面前，也將面臨著來自各方面的挑戰(zhàn)。其中氫能作為“未來能源”，儲氫也是一種具有很大潛力的儲能方式，氫能具有清潔、可儲存、調配損耗低等特點，未來成熟的氫能技術可以使能源供應和調配方式發(fā)生很大的改變，目前儲氫仍然處于技術研發(fā)和應用試點階段，重點在于降低生產(chǎn)和儲存成本、提高安全性等[6]。未來數(shù)十年，主要還是以電化學儲能為研究方向，結合儲氫、儲熱等各類新型儲能技術的研究探索，必將擁有巨大的市場空間，一旦技術成熟，勢必會在能源市場中擁有獨特的發(fā)揮空間。

4 結語

1）市場的需求未達到規(guī)?；?。在現(xiàn)有環(huán)境下，單就儲能技術的成本來看，尚不能完全滿足商業(yè)應用[7]。一些影響儲能技術規(guī)模化市場化應用的技術瓶頸還需進一步突破，包括整機的效率、安全、可靠及循環(huán)壽命、系統(tǒng)響應等，因此評價一種儲能技術能否長久地規(guī)?；袌龌膽?，將是未來重點突破的方向。

2）關鍵技術待突破。在直流輸電技術方面，重點開展常規(guī)直流系統(tǒng)適應性能提升技術、基于柔性換相換流器的直流設計技術以及大容量IGBT 器件、換流變壓器等關鍵技術和設備研發(fā)；在二次信息系統(tǒng)方面，重點開展數(shù)字與能源深度融合技術、智能（DGS）調度運行控制技術等研究[8]。

新能源技術方面，當前新能源機組涉網(wǎng)性能不足，大量并網(wǎng)后系統(tǒng)頻率調節(jié)能力顯著下降，易發(fā)生暫態(tài)過電壓導致的大規(guī)模脫網(wǎng)及連鎖故障。未來，新能源需要實現(xiàn)從“并網(wǎng)”到“組網(wǎng)”的角色轉變，亟需開展新能源發(fā)電虛擬同步控制等技術研究。同時，新能源頂峰能力不足，需研究不同時間尺度的新能源精準預測和控制技術。外送輸電技術方面，大型風光電基地開發(fā)外送面臨交流弱支撐問題，部分受端電網(wǎng)存在多直流饋入、交直流系統(tǒng)耦合緊密、系統(tǒng)連鎖故障風險大等問題，需研究新能源直流外送系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)方式優(yōu)化、受端電網(wǎng)優(yōu)化重構技術，攻克新能源孤島直流外送技術。新型電力系統(tǒng)建設，是一項國家重大戰(zhàn)略意義的歷史任務。目前在研或需要改造升級的關鍵技術，送端高比例新能源電力系統(tǒng)電壓支撐能力薄弱、暫態(tài)過電壓問題嚴重，這些問題亟需解決。