中國儲能網訊：5月24日，由中國化學與物理電源行業(yè)協會主辦，200余家機構共同支持的第十一屆中國國際儲能大會在杭州洲際酒店召開。此次大會主題是“堅守儲能安全底線，推動產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展”。來自行業(yè)主管機構、國內外駐華機構、科研單位、電網企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機構等不同領域的718家產業(yè)鏈企業(yè)，1952位嘉賓參加了本屆大會，其中88家企業(yè)展示了儲能產品。
大會現場
中國能源建設集團廣東省電力設計研究院有限公司儲能技術中心主任楚攀受邀參加本次大會，并做報告主題：廣東省儲能市場發(fā)展概況介紹及未來發(fā)展前景。
中國能源建設集團廣東省電力設計研究院有限公司儲能技術中心主任楚攀
楚攀：感謝主持人的介紹！我們的會議特別不一樣，我參加儲能大會的系列會議已經有10年了，儲能大會有一個特點，每次報告廳里坐的人很滿，大家都在孜孜不倦的學習，在座的每個人都是學習驅動型的人才，所以相信大家都能在儲能方面出很好的成績。
今天我給大家匯報一下廣東省儲能發(fā)展現狀和儲能技術的發(fā)展趨勢。
這張圖是目前廣東省儲能市場的基本現狀。截至2020年底，廣東總體的裝機達到了360MW，其中80%以上都是電源側。在電網側和用戶側，由于廣東市場跟隨政策的速度稍微慢了一些，雖然電網側做的很早，但起了個大早趕了個晚集，目前也只有一個18MWh和一個10MWh的項目，不像江蘇、湖南、河南都有100MWh的大型儲能項目。在用戶側儲能方面，由于廣東的峰谷價差并不像江蘇、北京那么大，所以廣東的項目相對少一些，但算總量話也處于全國前列。
我們做儲能項目和做其他任何事情一樣，測算一個行業(yè)的發(fā)展?jié)摿桶l(fā)展前景的時候，要看看它的基本盤如何。做儲能項目的基本盤是什么呢？我認為是本省的電源結構，因為電源結構決定了現在及未來的電力系統(tǒng)對儲能容量的需求。圖中展示了廣東省2019年以及2020年的電源結構?？梢钥吹剑琶谝坏氖腔痣?，2019年占比36%，2020年占比35%；第二大電源是西電，主要是來自云南、貴州的水電。第三是燃氣發(fā)電，第四是核電。其中燃氣發(fā)電裝機量的占比，在廣東的整個電源結構里是比較高的。
大家可以看到，從電源結構來說，占比第一的煤電具有比較好的調節(jié)性，有一定的靈活性；占比第二名的是西電，這是不可調的，從云南、貴州的水電送過來，別人穩(wěn)定的送給你就不錯了，讓水電參與電網的日調節(jié)還不太現實。第三是氣電，氣電的調節(jié)性能非常好，調節(jié)能力是火電的4-5倍，這是廣東省的優(yōu)勢，因為廣東的氣電裝機占比領先全國。第四是核電，讓核電參與調峰已經研究了很多年，但是從來沒有實施過，廣東核電一年發(fā)電7000多個小時，某程度上擠壓了靈活性電源的發(fā)電小時數；來看水電，水電本來是非常好的調節(jié)資源，它的調節(jié)能力是火電的10倍以上，但是廣東的水電以徑流式的小水電為主，調節(jié)能力很差；抽水蓄能電站的調節(jié)性能最好，超過氣電，廣東的抽水蓄能裝機容量好像是全國最高的，800多萬千瓦，但是占比較低，只有4%；風電和光伏，與很多能源發(fā)展比較好的省份來說不能比，在電源結構里占比分別是3%和4%。最后一點是生物質電源，占比2%不到，以上是基本的情況。
追求“雙碳”的目標，建設一個以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，需要我們的電力系統(tǒng)里配置大量的靈活性資源。煤電的靈活性比較好，排名第三，它的機組爬坡率大概是1%-2%；水電最好，機組爬坡率高達50%，是目前最好的靈活性資源。
這張圖是我們之前針對廣東省的電源結構，做的低碳轉型做的規(guī)劃，我們做這個規(guī)劃的時候，國家還沒有提出碳中和的目標。若想從高碳向低碳轉型，到2035年，煤電將降低到24%，氣電比例保持不變，但是氣電的總裝機容量是上升的。水電和太陽能加起來要達到23%，水電的裝機占比稍微降低，廣東省內的水電資源已經完全開發(fā)完畢，抽水蓄能還能再建一些。在這樣的形勢下，對整個系統(tǒng)來說，靈活性資源是不足的。雖然電源結構不斷優(yōu)化、更加清潔化、低碳化，風電和光伏的發(fā)電占比越來越高，但是，整個電力系統(tǒng)的彈性越來越差，運行風險越來越高。
（圖示）大家看綠框里面著的，火電和水電都是給整個電力系統(tǒng)貢獻靈活性的電源，但是它們在未來的5-10年之內裝機占比是逐漸降低的，這是能源結構清潔化的代價之一。核電，目前來說，給電力系統(tǒng)的靈活性不做任何貢獻，甚至還擠壓其他電源發(fā)電空間的，還給電力系統(tǒng)帶來了調峰難題，但核電的比例會持續(xù)上升，由大概9%上升到15%左右。而光伏和風電，給整個系統(tǒng)輸入不確定性、輸入波動性，且它們的裝機占比大幅度增長。未來（到2030年），風電和光伏的裝機占比加起來只有23%，這是雙碳目標出臺之前的規(guī)劃，現在我們要響應碳中和的目標，這個風電和光伏的裝機規(guī)劃是不夠的，或者說還差很遠。若要在電力系統(tǒng)中實現碳中和，未來我們會面對更強的波動性，整個電源結構里火電占比會更低，最后所有這些，都會造成了整個系統(tǒng)的風險越來越高。
怎么辦？國家在“十四五”能源規(guī)劃里已經做了頂層設計，要構建現代能源體系，要建設以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，要加快發(fā)展抽水蓄能和新型儲能技術。抽水蓄能目前在全國的裝機是3179萬千瓦（廣東大概800萬千瓦），在建的抽水蓄能有5000多萬，抽水蓄能是非常好的靈活性電源，可以調峰、調頻、可以作為備用、也可以作為黑啟動。但是抽水蓄能電站的缺點也很明顯，受環(huán)境限制比較多。給大家展示一個例子，這是一個桐城的抽水蓄能電站，建抽水蓄能得有兩個上下的水庫，這個水庫都比較大，下游可能還涉及到一些移民或者說環(huán)保問題，整體電站的建設周期很慢。這是一個俯視圖，可以看得更清晰一些的；這是安徽響水澗的抽水蓄能電站，這個抽水蓄能電站大概建設了6年，其實它的原工期計劃是建設60個月。這是我在網上搜到新聞，一個是2006年10月份發(fā)的，說它已經開工了，主體工程預期5年。是什么時候完工的呢？我又搜了一下，是2012年11月，就是6年后，也就是72個月之后四臺機組基本投運。這是抽水蓄能電站最大的缺點，建設周期慢，很可能它建成的時候，已經跟不上規(guī)劃時預想的電力發(fā)展形勢了。
基于此，我形成了一些不太成熟的結論：第一，我認為在“十四五”期間，由于漫長的工期以及環(huán)境因素，抽水蓄能電站靠不上，這里主要指的是電網調頻領域靠不上抽蓄。第二，“十五五”以后，由于風光滲透率的大幅提升，造成調峰壓力的持續(xù)增加，抽水蓄能電站將主要用于調峰以及備用，在電網調頻依然靠不上。所以，我的結論很簡單，在未來十年以內，新型儲能技術將在電力系統(tǒng)中得到非常廣泛的應用，主要的應用將集中在調頻領域，這里包括了一次調頻和二次調頻。
以上是我的一個簡單的邏輯論證，我覺得需要從其他專家的研究成果中找點資料來印證一下我的結論，找到了一個比較知名的國際機構做了研究，這是國際上已經建成的儲能項目的應用分布情況。大家知道，國際上的儲能項目大多集中在歐美，電力市場改革比較深入，它們的現狀可能是我們的未來。大家看這張圖可以看到，49.7%和9.4%一個是調頻，第二是備用，這些備用絕大多數也是用于調頻。也就是說，有60%的儲能應用都是集中在調頻領域，調峰領域有多少呢？大概有10%?？梢钥闯?，這個研究成果，支撐了我上面的判斷的。
大家很關注儲能市場，再做一個簡單的預測，假設到2060年的時候，就是碳中和目標實現的時候，我們人均電力消費達到8000kWh/年，需要14.5萬億kWh的電力供應。這時候煤電提供2萬億，核電提供1.6萬億，水電提供1.5萬億，可再生能源提供9.4萬億，其中風光各提供3萬億。按照這個電量的分布來說，再考慮到風電和光伏利用小時數，大致需要安裝光伏30億千瓦，風電12億，按照目前新能源配置儲能的比例，假設光伏配置10%，風電配置20%，需要1080GWh的儲能容量。那么，在未來以新能源為主體的電源結構之下，這個容量需要翻番甚至翻兩番，最高可能達到4000GWh，所以我認為未來儲能發(fā)展空間是非常大的，大家已經選擇了一個非常好的賽道。
接下來，介紹一下電力系統(tǒng)的調頻體系。
（圖示）這是目前的調頻控制體系，正負0.025赫茲之內是AGC死區(qū)，這個區(qū)域也就意味著二次調頻的不動作，正負0.035赫茲是一次調頻死區(qū)，這個區(qū)間火電機組的一次調頻功能不動作。接著，依次是AGC的正常調節(jié)，次調節(jié)，再往后就是電網事故了。比如，若電網的頻率低于40.8赫茲，這個時候的保護策略就是低頻切泵，低頻切泵，就是關掉抽水蓄能電站的抽水泵，其實也是切負荷的一種方式。抽水蓄能電站在電網里既可以充當電源，也可以充當負荷，當它抽水的時候，就是電網的負荷，在緊急的時刻，把它切掉也有助于整個電網系統(tǒng)和頻率的平衡。如果切泵動作完成之后，頻率還沒有回歸正常，那就要切負荷，切負荷的結果，就是停電，電力系統(tǒng)也瀕臨崩潰。我們近期看到像英國、臺灣地區(qū)的大停電，都是因為突然失去大量電源，導致系統(tǒng)層面必須切負荷，從而導致的大停電事故。
整個調頻體系，分為一次調頻、二次調頻和三次調頻，一次調頻對于火電廠來說就是調氣閥，對于水電來說就是調節(jié)水閥門，一次調頻需要在3-60秒之內完成動作，將系統(tǒng)頻率拉回0.25赫茲。如果這個完成的話，整個調頻動作就結束了，如果一次調頻結束之后，頻率還沒有回歸正常，那就要進行二次調頻。二次調頻可以進行更加精準的調節(jié)，它的響應時間60秒到5分鐘。二次調頻的過程中，它會自動調動機組的備用能量，目前這個備用能量已經不夠了，所以有些省份像廣東，進行了“火電+儲能”的聯合改造。二次調頻完之后，會將頻率拉回50加減0.1hz，最終恢復正常頻率。如果二次調頻完成了之后還不行，那么就需要人工介入，這時候需要調度員在規(guī)定的時間內，比如說半小時，啟用帶負荷的備用能源。三次調頻之后，頻率恢復正常，整個系統(tǒng)進入新的平衡點，繼續(xù)運行。若三次調頻還失敗了，那就是大停電事故。
整個調度過程，從上往下看，是整個調頻的控制邏輯，最先接到調頻信號的是AGC，然后是一次調頻，最后才是三次調頻，所以從邏輯上來說，先是二次調頻，再一次調頻。但從時間尺度上來說，大家向右看是時間尺度，由于控制方法的區(qū)別，一次調頻的響應速度最快，所以說一次調頻先做貢獻，一次調頻先動作，它努力將頻率恢復正常，如果一次調頻動作以后還不夠，那么二次調頻再動作，如果還不夠，再是三次調頻，是這樣的規(guī)律。
（圖示）對于整個電網來說，我們希望我們在電力系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)都有很多的充裕度，比如說調頻，假設我們定義調頻充裕度=[（調頻能力/調頻最小備用）-1]X100%，這條綠色的線就是整個系統(tǒng)對調頻的基本需求曲線，這條紅線是充裕度。隨著我的能源結構逐漸調整，充裕度會越來越小，然后但需求會越來越大，如果這兩個線交叉的話，電力系統(tǒng)的運行將非常不安全，因為整個系統(tǒng)已經沒有安全余量了。
（圖示）再介紹一下廣東調頻市場的概況。廣東省調頻市場已經運行兩年多時間了，大家可以看到，藍色的線是2019年，市場開放以后，市場的費用是不斷增加的，到19年9月份以后，每個月都在1億以上。在2020年，基本上每個月都是穩(wěn)定在1億以上，最高是8月份1.7個億，隨后，試運行政策調整了，之后降低了一些，但由于市場需求，后面繼續(xù)回升。紅色的線是2020年前三個月的，也維持在1億以上的水平，隨著未來負荷的增加，整個服務費用會繼續(xù)增加。
（圖示）這張圖是調頻市場總體和局部分析。這個黃色的線是一個典型電廠，它每個月的收益和總體市場的對比，可以看到這兩者的變化趨勢基本上是一致的，但是變化趨勢的一致性，在2021年就不太好。這個典型電廠是廣東運行比較早的火電調頻項目。2020年5月份之后，整體的市場補償費用越來越好，但是這個電廠獲得的補償收益卻越來越少，可能他們在精細化運營方面以及電化學儲能站方面的控制方面安排不合理。本來他們的收益應該隨著市場快速擴張而增加，但是他們沒有做到。在這塊，廣東院積累了大量的實踐和數據，我們可以提供一些精細化的儲能電站運營服務。
再講一下未來的儲能技術形態(tài)。大家最關注的是安全問題，最大的安全問題，一是電芯失控帶來的風險，另外一個是現在的集中式儲能所帶來的直流拉弧所引起的風險。這是一些國外的事故照片，國內的大家都知道了，我就不放了，都是韓國的照片。
集中式儲能，幾千顆甚至近萬顆電芯經過串并聯后集中布置，直流匯流后集中并網，這導致了很高的電芯安全性風險。因為現在的電芯不是100%不會出問題的，它在生產過程中比如說有百萬分之一的次品率，把幾千個、近萬個電芯放到一起以后，它大概就有1%的故障率，集中的越多，風險就越高。如果系統(tǒng)里的并流環(huán)節(jié)太多的話，又有直流拉弧的風險無法消除，最后溫度一升高就會出事故。
如何處理這樣的風險，我覺得現在已經有一些解決方案存在了：
方法一，化整為零。美國有一個標準，要求儲能單體上限不超過600KWh，這是降低整個儲能站運行風險的措施。目前國內有一些方案，通過將大型的集中式儲能改為分布式儲能之后，將之前的交直流混合系統(tǒng)改為交流系統(tǒng)進行并聯，這樣的方案改進有三點優(yōu)勢：第一點，交流并聯直接降低了直流拉弧的風險；第二點，交流并聯降低了容量并聯損失；第三點，消除了電池簇之間電壓不一致帶來的環(huán)流風險。最關鍵的是交流并聯之后，直接減少電芯的運行風險。目前國內這方面做得比較好的企業(yè)有上能電氣和奇點能源。
方法二，物理儲能，飛輪儲能。飛輪儲能現在已經進化的比較快了，而且飛輪儲能在一次調頻里的應用更有優(yōu)勢，為什么？因為它的儲能量與飛輪的質量成正比，與角速度的平方成正比。它的轉速非常容易控制的，不像電池的SOC那么難以測算?？刂骑w輪的轉速就可以精確控制釋放或者吸收了多少電量，這種特性在一次調頻里可以發(fā)揮很好的作用。
（圖示）這是飛輪儲能+鋰電池儲能在山西右玉老千山風電廠的一個成功應用，是國網的示范項目，目前運行的非常好，它在一次調頻的效果非常好。
所以說，我以上的分析對未來新型儲能技術應用空間的解讀，我認為未來儲能技術的發(fā)展趨勢，將要同時解決一次調頻和二次調頻問題。將分布式儲能和飛輪儲能兩者結合起來，形成一套混合儲能系統(tǒng)，彼此支撐，是未來新型儲能技術的重要發(fā)展方向！
我的演講到此結束，謝謝大家！
