新興的能源創(chuàng)新形式——儲(chǔ)能，正在各個(gè)能源領(lǐng)域?qū)ふ宜膬r(jià)值。電力調(diào)頻或許會(huì)成為其最有希望的商業(yè)化試驗(yàn)場(chǎng)。

未來具有潛力的儲(chǔ)能技術(shù)，最有可能在哪個(gè)領(lǐng)域率先實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用?這是技術(shù)創(chuàng)新者們近年來一直在思考的問題。

2013年9月16日，北京石景山熱電廠2MW鋰離子電池儲(chǔ)能電力調(diào)頻系統(tǒng)掛網(wǎng)運(yùn)行，這是中國(guó)第一個(gè)以提供電網(wǎng)調(diào)頻服務(wù)為主要目的的兆瓦級(jí)儲(chǔ)能系統(tǒng)示范項(xiàng)目。

該項(xiàng)目由北京睿能世紀(jì)科技有限公司建設(shè)，這家公司成立于2011年，是國(guó)內(nèi)第一家為電網(wǎng)提供儲(chǔ)能系統(tǒng)解決方案的企業(yè)，這也是其第一個(gè)在國(guó)內(nèi)運(yùn)行的儲(chǔ)能電力調(diào)頻項(xiàng)目。

該項(xiàng)目輔助火電機(jī)組對(duì)電網(wǎng)提供AGC調(diào)頻服務(wù)，睿能公司方案總監(jiān)王澍接受《中國(guó)投資》采訪時(shí)表示，這是一個(gè)商業(yè)性的示范項(xiàng)目，主要目的就是驗(yàn)證儲(chǔ)能在電力調(diào)頻領(lǐng)域中的商業(yè)價(jià)值。

近年來在智能電網(wǎng)和可再生能源發(fā)電規(guī)?？焖侔l(fā)展的帶動(dòng)下，儲(chǔ)能技術(shù)越來越成為多個(gè)國(guó)家能源科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)支持的焦點(diǎn)。不過，由于成本高昂，能在商業(yè)應(yīng)用中脫穎而出的儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用還不多。

王澍表示，該項(xiàng)目瞄準(zhǔn)中國(guó)巨大的電力調(diào)頻服務(wù)市場(chǎng)，而通過儲(chǔ)能技術(shù)來進(jìn)行電力調(diào)頻，具有常規(guī)發(fā)電電源所不具備的優(yōu)勢(shì)，他們希望在經(jīng)濟(jì)性上盡快有所突破，讓電力調(diào)頻成為儲(chǔ)能技術(shù)率先商業(yè)化的領(lǐng)域。

什么是儲(chǔ)能技術(shù)

電力以光速傳播，自從電力成為重要的能源形式，如何儲(chǔ)存它就成為電力行業(yè)的一個(gè)課題。

19世紀(jì)的鉛酸電池揭開了工業(yè)儲(chǔ)能的序幕。進(jìn)入20世紀(jì)后，伴隨著可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用，各種新型儲(chǔ)能技術(shù)層出不窮，包括電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻及系統(tǒng)備用，可再生能源發(fā)電出力平滑，分布式發(fā)電和微電網(wǎng)等等，儲(chǔ)能成為解決諸多能源問題的新途徑。

“全球都在尋找壽命更長(zhǎng)，功率更大，配置和建設(shè)更加靈活的新型電網(wǎng)級(jí)別的儲(chǔ)能技術(shù)，最新發(fā)展起來的儲(chǔ)能技術(shù)包括鋰離子電池、飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容、納硫電池、釩液流電池，這些儲(chǔ)能技術(shù)在使用壽命和容量的規(guī)?；?、運(yùn)行可靠性、系統(tǒng)制造成本等已經(jīng)獲得了突破，具備了應(yīng)用的基礎(chǔ)條件”，國(guó)家發(fā)改委能源所劉堅(jiān)表示。

盡管如此，大規(guī)模的電網(wǎng)級(jí)別的儲(chǔ)能應(yīng)用，目前還存在經(jīng)濟(jì)性上的瓶頸，無法完全實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。大規(guī)模的電網(wǎng)級(jí)別的儲(chǔ)能應(yīng)用，目前提及較多的是調(diào)峰和調(diào)頻兩種市場(chǎng)需求。

什么是調(diào)峰?由于電力系統(tǒng)中的用電負(fù)荷隨著生產(chǎn)和生活的周期性規(guī)律發(fā)生變化，為了維持中長(zhǎng)時(shí)間尺度，例如一小時(shí)或早中晚的有功功率平衡，需要發(fā)電部門相應(yīng)安排發(fā)電機(jī)的出力以適應(yīng)用電負(fù)荷的變化，這就叫做調(diào)峰。

可再生能源的大規(guī)模使用，令電力調(diào)峰問題變得突出。以風(fēng)電為例，在中國(guó)的三北地區(qū)，風(fēng)能夜里大、白天小，與電力的負(fù)荷趨勢(shì)剛好相反，出現(xiàn)了反調(diào)峰現(xiàn)象，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生了更高調(diào)峰的需求。目前很多地方會(huì)采用棄風(fēng)或者壓低火電負(fù)荷的方式，但這會(huì)造成不同程度的系統(tǒng)整體發(fā)電效率的損失。此外，抽水蓄能儲(chǔ)能技術(shù)是較為有效的調(diào)峰手段，但是其建設(shè)成本高，環(huán)境影響大，地質(zhì)條件高。

目前，已經(jīng)有專注于調(diào)峰需求的儲(chǔ)能示范項(xiàng)目。在中國(guó)的張北地區(qū)，正在進(jìn)行風(fēng)光儲(chǔ)的調(diào)峰儲(chǔ)能試驗(yàn)。目前，該項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)風(fēng)力發(fā)電規(guī)模400兆瓦、光伏發(fā)電60兆瓦，包含化學(xué)儲(chǔ)能發(fā)電50兆瓦。但是此類項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性并不樂觀，按照目前一些專家的測(cè)算，建設(shè)一個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)來解決風(fēng)電的調(diào)峰需求，尚不如棄風(fēng)更為經(jīng)濟(jì)。

而調(diào)頻服務(wù)，簡(jiǎn)言之，是維護(hù)電網(wǎng)運(yùn)行安全性的一項(xiàng)服務(wù)，電力的頻率是由系統(tǒng)總的發(fā)電功率和用電功率決定，由于用電側(cè)的功率時(shí)常處于波動(dòng)狀態(tài)，如果總的用電超過或者低于額定功率的一定范圍，那么就會(huì)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行帶來安全事故隱患。因此，電力系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)持續(xù)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)頻率變化，并通過調(diào)節(jié)電網(wǎng)中的各類可控發(fā)電設(shè)備保持電力系統(tǒng)供需的平衡，以保持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定。

目前，中國(guó)各地區(qū)電源結(jié)構(gòu)差異較大，區(qū)域電網(wǎng)呈現(xiàn)的調(diào)頻能力和效率不盡相同，“電網(wǎng)調(diào)度希望調(diào)頻電源能夠快速精確地響應(yīng)調(diào)度下發(fā)的出力指令。通常來講，比較常規(guī)發(fā)電設(shè)備的調(diào)頻效果，水電和燃?xì)鈾C(jī)組較好，火電相對(duì)較差。并且大型火電機(jī)組長(zhǎng)期提供調(diào)頻服務(wù)會(huì)造成機(jī)組磨損、能源利用效率下降及故障率升高等問題。”王澍表示“在北方的各大區(qū)域電網(wǎng)中，火電機(jī)組為主要的調(diào)頻電源，優(yōu)質(zhì)調(diào)頻資源較為稀缺。南方地區(qū)水電較為豐富，調(diào)頻手段更為多樣化”。

“調(diào)峰的時(shí)間尺度以小時(shí)或半天計(jì)，能量型儲(chǔ)能系統(tǒng)較為適合，若以削峰填谷的運(yùn)行，儲(chǔ)能通常會(huì)每天一充兩放或一放的控制方式執(zhí)行充放電過程。但是，調(diào)頻與調(diào)峰時(shí)間尺度和技術(shù)需求有著顯著差異，調(diào)頻應(yīng)用要求功率型儲(chǔ)能系統(tǒng)在秒或分鐘級(jí)時(shí)間尺度頻繁充放電，并且電網(wǎng)在一天24小時(shí)都在進(jìn)行調(diào)頻，這些都對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的循環(huán)壽命、可靠性等提出了非常高的要求”。王澍表示。2011年美國(guó)電科院(EPRI)研究報(bào)告指出，儲(chǔ)能應(yīng)用于調(diào)頻是在所有電力系統(tǒng)儲(chǔ)能應(yīng)用中價(jià)值最高的應(yīng)用。

調(diào)頻服務(wù)市場(chǎng)廣闊

從2008年開始，一些儲(chǔ)能技術(shù)開始逐步成規(guī)模地進(jìn)入調(diào)頻市場(chǎng)，電監(jiān)會(huì)的一份研究報(bào)告指出，在過去的10年內(nèi)，全球范圍內(nèi)各種新型儲(chǔ)能技術(shù)和產(chǎn)品獲得了突破，在儲(chǔ)能產(chǎn)品的使用壽命、功率和容量、系統(tǒng)可靠性等方面都有長(zhǎng)足的發(fā)展，已經(jīng)完全能夠滿足電網(wǎng)的需求。截至目前，美國(guó)正式商用的儲(chǔ)能調(diào)頻系統(tǒng)已達(dá)10萬千瓦。

“這是由于儲(chǔ)能的技術(shù)特性非常適合于電力調(diào)頻。2008年美國(guó)西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的分析報(bào)告指出，同等規(guī)模比較下，儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)頻的效果是水電機(jī)組的1.7倍，是燃?xì)鈾C(jī)組的2.7倍，是火電機(jī)組和聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的近20倍”。王澍表示，“此外，儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率容量可以根據(jù)需求在不同時(shí)間段靈活配置”。

此外，電網(wǎng)對(duì)于調(diào)頻服務(wù)的需求也在增長(zhǎng)。隨著電力系統(tǒng)接入越來越多的風(fēng)電和光伏發(fā)電，系統(tǒng)的凈負(fù)荷波動(dòng)性變得更加顯著，到2020年中國(guó)將有總共150GW的風(fēng)電并入各個(gè)區(qū)域電網(wǎng)。區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)調(diào)頻的壓力將越來越大，調(diào)頻需求將成倍增長(zhǎng)。

盡管有著上述優(yōu)勢(shì)和巨大的市場(chǎng)，但是，要替代現(xiàn)有的調(diào)頻方式，儲(chǔ)能技術(shù)仍存在經(jīng)濟(jì)性上的疑問。

“電力輔助服務(wù)是確保電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要手段。如果輔助服務(wù)沒有達(dá)到要求，安全性與經(jīng)濟(jì)性將受到影響。與火電進(jìn)行調(diào)頻相比，儲(chǔ)能提供更優(yōu)質(zhì)的調(diào)頻服務(wù)的經(jīng)濟(jì)賬應(yīng)該怎么算是需要進(jìn)行重點(diǎn)研究的課題：目前，美國(guó)電力市場(chǎng)執(zhí)行按照調(diào)頻效果付費(fèi)的機(jī)制，調(diào)頻效果越好獲得的補(bǔ)償收益越高，那么儲(chǔ)能調(diào)頻就存在商業(yè)化的可能”。王澍說。

期待參與市場(chǎng)機(jī)會(huì)

美國(guó)儲(chǔ)能調(diào)頻的發(fā)展得益于美國(guó)聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會(huì)在政策方面的推動(dòng)，其政策主要從3個(gè)方面為儲(chǔ)能參與調(diào)頻市場(chǎng)提供了機(jī)會(huì)：

其一，2007年890法案確認(rèn)了要包括儲(chǔ)能在內(nèi)的非傳統(tǒng)發(fā)電電源的市場(chǎng)主體地位，即他們可以提供調(diào)頻服務(wù)，其二，2011年的755法案解決了儲(chǔ)能系統(tǒng)參與電網(wǎng)調(diào)頻市場(chǎng)獲得合理回報(bào)的問題，要求電網(wǎng)為調(diào)頻服務(wù)的效果支付調(diào)頻補(bǔ)償費(fèi)用。

“這兩個(gè)法案解決了儲(chǔ)能系統(tǒng)參與調(diào)頻服務(wù)的合法準(zhǔn)入和合理收益的問題。今年又出了新的法案784，除儲(chǔ)能調(diào)頻可應(yīng)用于美國(guó)區(qū)域電力市場(chǎng)，還將應(yīng)用范圍擴(kuò)大到了全部美國(guó)國(guó)土范圍”。王澍說。

目前，中國(guó)的儲(chǔ)能政策還處于起步階段，2006年國(guó)家電監(jiān)會(huì)曾經(jīng)發(fā)布了并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理暫行辦法，電力輔助服務(wù)市場(chǎng)逐漸擴(kuò)大。不過，關(guān)于儲(chǔ)能能否作為電力調(diào)頻服務(wù)的市場(chǎng)主體，目前還沒有任何規(guī)定。

睿能公司政府事務(wù)總監(jiān)褚珂表示，“現(xiàn)行的政策中規(guī)定了只有發(fā)電企業(yè)才能作為參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的主體，限制了儲(chǔ)能類企業(yè)以及其他新型技術(shù)服務(wù)類企業(yè)的參與空間。隨著調(diào)頻市場(chǎng)化工作的進(jìn)程，逐步放開市場(chǎng)準(zhǔn)入限制，將能夠鼓勵(lì)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的企業(yè)快速進(jìn)入，也能夠刺激民營(yíng)資本進(jìn)入該領(lǐng)域，并有效推動(dòng)國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展”。

不過，政策層面對(duì)于儲(chǔ)能的重視正在加強(qiáng)，例如《可再生能源法及修正案》提及儲(chǔ)能，把儲(chǔ)能作為完善電網(wǎng)運(yùn)行管理、提高吸納可再生能源電力的一種技術(shù);《國(guó)家“十二五”規(guī)劃綱要》也首次提及儲(chǔ)能，稱儲(chǔ)能是推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)、加強(qiáng)城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)和增強(qiáng)電網(wǎng)優(yōu)化配置的依托技術(shù);《國(guó)家“十二五”科技發(fā)展規(guī)劃》將儲(chǔ)能列為前沿技術(shù)。

國(guó)家能源局總經(jīng)濟(jì)師李冶此前曾在CNESA儲(chǔ)能國(guó)際峰會(huì)上透露，過去一年多時(shí)間里，國(guó)家能源局正對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)與政策路線圖進(jìn)行研究，將形成具體規(guī)劃及可操作的政策，加大對(duì)儲(chǔ)能行業(yè)的支持力度。

“從產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的角度，建立一個(gè)公開、透明的調(diào)頻市場(chǎng)，鼓勵(lì)各市場(chǎng)主體公平參與競(jìng)爭(zhēng)，是推動(dòng)儲(chǔ)能大規(guī)模進(jìn)入電力調(diào)頻領(lǐng)域的關(guān)鍵因素之一”，褚珂表示，目前，國(guó)內(nèi)已有企業(yè)對(duì)投資建設(shè)儲(chǔ)能系統(tǒng)意愿強(qiáng)烈，加快試點(diǎn)項(xiàng)目的推動(dòng)，將有助于政府及各方參與主體深入了解項(xiàng)目運(yùn)行實(shí)際情況。同時(shí)，根據(jù)項(xiàng)目效果，逐步、有效完善儲(chǔ)能參與電力調(diào)頻市場(chǎng)機(jī)制，可以引導(dǎo)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展，有效規(guī)避大規(guī)模建設(shè)所帶來的產(chǎn)業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，為突破現(xiàn)階段儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的困境帶來機(jī)遇。