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可再生能源配套儲能技術的主要問題

開發利用可再生能源能有效解決能源危機和環境問題，是世界各國能源轉型和發展低碳經濟的重要支柱。

2021-04-01 09:00:00

開發利用可再生能源能有效解決能源危機和環境問題，是世界各國能源轉型和發展低碳經濟的重要支柱。近幾年來，隨著技術的進步和成本的逐年降低，再生能源發展迅速。風力發電、光伏發電等可再生能源具有高波動、高間歇性等特點，大規模并網給電力系統帶來了穩定可靠的挑戰。與之配套的儲能技術在可再生能源發電中的應用，可以提供削峰填谷服務和平滑出力波動、追蹤預測曲線等功能，是解決可再生能源并網問題的有效途徑之一。能源儲存方式多種多樣，主要有抽水儲存和電化學儲存。按照能源儲存的特點和需要的時間長短，能源儲存技術大致可分為四種類型：容量型、功率型、能量型和備用型。
在這些類型中，容量型儲能一般要求連續儲能時長于4小時，如削峰填谷場景或離網儲能場景；功率型儲能要求儲能系統連續儲能時長于30分鐘，如輔助調頻或平滑間歇性電源功率波動場景；能量型儲能介于容量型與功率型之間，通常為1小時左右的復合儲能場景，要求儲能系統具有調峰調頻和應急備用等多種功能；備用型儲能可在電網突然斷電或電壓下降時，作為不間斷電源立即提供應急電力，一般要求持續時間不少于15分鐘。
在不同時間尺度上，如分鐘、小時、連續幾天，甚至在不同季節，可再生能源發電都存在波動性或間歇性，因此需要不同的儲能技術類型，如容量型、功率型、能量型和備用型，以及儲能配置規模、成本要求等。
可再生能源配套儲能技術的主要問題
從長遠看，儲能應用是發展可再生能源項目的關鍵。當前儲能技術成本較高，難以從經濟性的角度有效地刺激新能源電站對儲能系統的主動配置。此外，由于商業模式單一，缺乏儲能與新能源的利益分配機制，使得風電、光伏等配套儲能項目只在棄電上網電價高的少數地區具有競爭力，“可再生能源+儲能”模式的推廣和接受程度較低，相關儲能項目仍以示范為主。
在電力市場變革和建設過程中，“可再生能源+儲能”的模式同樣可以通過多種方式參與電力市場，并從中受益。因而在儲能成本降低和電力市場變革的雙重推動下，可再生能源+儲能將逐步成為未來能源發展的標配模式。這一過程中，需要我們梳理配套的基本原則。
可再生能源配套儲能的基本原則
配套儲能主要解決可再生能源發電的波動問題和間歇性問題。
自2020年起，我國先后在江西、湖南、新疆等10多個省出臺了可再生能源儲能配套政策。對儲能產業進行政策引導和支持，有利于儲能產業發展，但相關配置原則有待探討。根據當前我國可再生能源開發與儲能技術發展的實際，可再生能源輔助儲能應遵循以下基本原則：
(1)目標的理想匹配原則
水電發電主要受豐水期和枯水期的影響，需要在能源儲存方面集中力量，或采取風光水互補的方式。
風力發電波動性大，消納能力差，且連續幾天有大風或無風天氣發生，因此采用風力發電機組并網的關鍵是通過合理的容量配置和適當的運行策略來處理風力發電的波動性和間歇性所帶來的系統沖擊；而采用長時間、高負荷并網的風力發電機組，可對風電的波動性和間歇性產生相對的影響。
太陽能發電以晝夜差、短時波動為主，峰谷特性明顯，發電輸出與負荷匹配良好，可實現定時充放，利用率較高。應用儲能技術的光伏電站可實現平滑功率波動、削峰填谷和調頻調壓，理論上需要配置超過4小時的容量儲能系統，同時又兼有平滑波動的功能。
(2)循序漸進的漸進原則
上一條匹配原則是未來儲能度電成本大幅降低后的理想目標，也是大規模開發儲能后的設想。但是，現有的儲能度電成本還不足以支持實現上述理想目標。所以，在中短期(5~8年)，根據儲能系統所發揮的不同功能價值和可再生能源電力系統可接受的成本約束，可按備用(離網黑啟動)、功率(平滑功率波動，調頻)、能量(平滑波動和臨時峰值輸出不超過1小時)、容量(4小時以上削峰填谷)等循序遞進的方式，逐步實現規模應用目標。
(3)集中分享的原則
由于在不同區域光伏與風電并網時，存在著一定程度的可能性功率與容量互補，且隨著分布式新能源的增加，這種互補效應將更為明顯。所以可再生能源+儲能應該從分布式向集中化逐步過渡，盡量遵循共享集中的原則，提高公共資源的使用效率，降低設備的應用成本。
(4)聯網質量主導原則
除依據新能源特性和儲能功能確定儲能配置方案外，還應由相關部門對可再生能源的并網質量提出要求。根據用戶的質量要求，結合儲能系統的安全與經濟綜合考慮，由可再生能源所有者自行決定是配置儲能系統還是配置多大規模的儲能系統。
利用行政命令手段強迫發電業主必須匹配多少容量的儲能，這種做法是不可取的，容易造成儲能系統性能指標失真的情況，不利于儲能行業的健康和可持續發展。
在電力系統中，可再生能源發電所占的比重將繼續上升，而儲能系統的配置將有效地解決棄風棄光和可再生能源并網帶來的電力系統穩定性和靈活性問題。當前我國的能源儲備成本較高，同時收益模式尚不完善，再生能源的配套能源儲備還處于初步探索階段。在可再生能源發電中應用儲能系統首先要解決波動性問題，未來成本降低后可進一步解決間歇性問題。本文提出在發展可再生能源輔助儲能的同時，應遵循四項基本原則，以避免盲目和資源浪費，促進儲能產業的健康發展。