中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：5月24日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)主辦，200余家機(jī)構(gòu)共同支持的第十一屆中國國際儲(chǔ)能大會(huì)在杭州洲際酒店召開。此次大會(huì)主題是“堅(jiān)守儲(chǔ)能安全底線，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展”。來自行業(yè)主管機(jī)構(gòu)、國內(nèi)外駐華機(jī)構(gòu)、科研單位、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、系統(tǒng)集成商、金融機(jī)構(gòu)等不同領(lǐng)域的718家產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，1952位嘉賓參加了本屆大會(huì)，其中88家企業(yè)展示了儲(chǔ)能產(chǎn)品。
大會(huì)現(xiàn)場(chǎng)
中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司儲(chǔ)能技術(shù)中心主任楚攀受邀參加本次大會(huì)，并做報(bào)告主題：廣東省儲(chǔ)能市場(chǎng)發(fā)展概況介紹及未來發(fā)展前景。
中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司儲(chǔ)能技術(shù)中心主任楚攀
楚攀：感謝主持人的介紹！我們的會(huì)議特別不一樣，我參加儲(chǔ)能大會(huì)的系列會(huì)議已經(jīng)有10年了，儲(chǔ)能大會(huì)有一個(gè)特點(diǎn)，每次報(bào)告廳里坐的人很滿，大家都在孜孜不倦的學(xué)習(xí)，在座的每個(gè)人都是學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)型的人才，所以相信大家都能在儲(chǔ)能方面出很好的成績。
今天我給大家匯報(bào)一下廣東省儲(chǔ)能發(fā)展現(xiàn)狀和儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
這張圖是目前廣東省儲(chǔ)能市場(chǎng)的基本現(xiàn)狀。截至2020年底，廣東總體的裝機(jī)達(dá)到了360MW，其中80%以上都是電源側(cè)。在電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)，由于廣東市場(chǎng)跟隨政策的速度稍微慢了一些，雖然電網(wǎng)側(cè)做的很早，但起了個(gè)大早趕了個(gè)晚集，目前也只有一個(gè)18MWh和一個(gè)10MWh的項(xiàng)目，不像江蘇、湖南、河南都有100MWh的大型儲(chǔ)能項(xiàng)目。在用戶側(cè)儲(chǔ)能方面，由于廣東的峰谷價(jià)差并不像江蘇、北京那么大，所以廣東的項(xiàng)目相對(duì)少一些，但算總量話也處于全國前列。
我們做儲(chǔ)能項(xiàng)目和做其他任何事情一樣，測(cè)算一個(gè)行業(yè)的發(fā)展?jié)摿桶l(fā)展前景的時(shí)候，要看看它的基本盤如何。做儲(chǔ)能項(xiàng)目的基本盤是什么呢？我認(rèn)為是本省的電源結(jié)構(gòu)，因?yàn)殡娫唇Y(jié)構(gòu)決定了現(xiàn)在及未來的電力系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能容量的需求。圖中展示了廣東省2019年以及2020年的電源結(jié)構(gòu)。可以看到，排名第一的是火電，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?xì)獍l(fā)電，第四是核電。其中燃?xì)獍l(fā)電裝機(jī)量的占比，在廣東的整個(gè)電源結(jié)構(gòu)里是比較高的。
大家可以看到，從電源結(jié)構(gòu)來說，占比第一的煤電具有比較好的調(diào)節(jié)性，有一定的靈活性；占比第二名的是西電，這是不可調(diào)的，從云南、貴州的水電送過來，別人穩(wěn)定的送給你就不錯(cuò)了，讓水電參與電網(wǎng)的日調(diào)節(jié)還不太現(xiàn)實(shí)。第三是氣電，氣電的調(diào)節(jié)性能非常好，調(diào)節(jié)能力是火電的4-5倍，這是廣東省的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)閺V東的氣電裝機(jī)占比領(lǐng)先全國。第四是核電，讓核電參與調(diào)峰已經(jīng)研究了很多年，但是從來沒有實(shí)施過，廣東核電一年發(fā)電7000多個(gè)小時(shí)，某程度上擠壓了靈活性電源的發(fā)電小時(shí)數(shù)；來看水電，水電本來是非常好的調(diào)節(jié)資源，它的調(diào)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(diào)節(jié)能力很差；抽水蓄能電站的調(diào)節(jié)性能最好，超過氣電，廣東的抽水蓄能裝機(jī)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(fēng)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(jié)構(gòu)里占比分別是3%和4%。最后一點(diǎn)是生物質(zhì)電源，占比2%不到，以上是基本的情況。
追求“雙碳”的目標(biāo)，建設(shè)一個(gè)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(jī)組爬坡率大概是1%-2%；水電最好，機(jī)組爬坡率高達(dá)50%，是目前最好的靈活性資源。
這張圖是我們之前針對(duì)廣東省的電源結(jié)構(gòu)，做的低碳轉(zhuǎn)型做的規(guī)劃，我們做這個(gè)規(guī)劃的時(shí)候，國家還沒有提出碳中和的目標(biāo)。若想從高碳向低碳轉(zhuǎn)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(jī)容量是上升的。水電和太陽能加起來要達(dá)到23%，水電的裝機(jī)占比稍微降低，廣東省內(nèi)的水電資源已經(jīng)完全開發(fā)完畢，抽水蓄能還能再建一些。在這樣的形勢(shì)下，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來說，靈活性資源是不足的。雖然電源結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化、更加清潔化、低碳化，風(fēng)電和光伏的發(fā)電占比越來越高，但是，整個(gè)電力系統(tǒng)的彈性越來越差，運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)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(gè)電力系統(tǒng)貢獻(xiàn)靈活性的電源，但是它們?cè)谖磥淼?-10年之內(nèi)裝機(jī)占比是逐漸降低的，這是能源結(jié)構(gòu)清潔化的代價(jià)之一。核電，目前來說，給電力系統(tǒng)的靈活性不做任何貢獻(xiàn)，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(diào)峰難題，但核電的比例會(huì)持續(xù)上升，由大概9%上升到15%左右。而光伏和風(fēng)電，給整個(gè)系統(tǒng)輸入不確定性、輸入波動(dòng)性，且它們的裝機(jī)占比大幅度增長。未來（到2030年），風(fēng)電和光伏的裝機(jī)占比加起來只有23%，這是雙碳目標(biāo)出臺(tái)之前的規(guī)劃，現(xiàn)在我們要響應(yīng)碳中和的目標(biāo)，這個(gè)風(fēng)電和光伏的裝機(jī)規(guī)劃是不夠的，或者說還差很遠(yuǎn)。若要在電力系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)碳中和，未來我們會(huì)面對(duì)更強(qiáng)的波動(dòng)性，整個(gè)電源結(jié)構(gòu)里火電占比會(huì)更低，最后所有這些，都會(huì)造成了整個(gè)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)越來越高。
怎么辦？國家在“十四五”能源規(guī)劃里已經(jīng)做了頂層設(shè)計(jì)，要構(gòu)建現(xiàn)代能源體系，要建設(shè)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(chǔ)能技術(shù)。抽水蓄能目前在全國的裝機(jī)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(diào)峰、調(diào)頻、可以作為備用、也可以作為黑啟動(dòng)。但是抽水蓄能電站的缺點(diǎn)也很明顯，受環(huán)境限制比較多。給大家展示一個(gè)例子，這是一個(gè)桐城的抽水蓄能電站，建抽水蓄能得有兩個(gè)上下的水庫，這個(gè)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(shè)周期很慢。這是一個(gè)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(gè)抽水蓄能電站大概建設(shè)了6年，其實(shí)它的原工期計(jì)劃是建設(shè)60個(gè)月。這是我在網(wǎng)上搜到新聞，一個(gè)是2006年10月份發(fā)的，說它已經(jīng)開工了，主體工程預(yù)期5年。是什么時(shí)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(gè)月之后四臺(tái)機(jī)組基本投運(yùn)。這是抽水蓄能電站最大的缺點(diǎn)，建設(shè)周期慢，很可能它建成的時(shí)候，已經(jīng)跟不上規(guī)劃時(shí)預(yù)想的電力發(fā)展形勢(shì)了。
基于此，我形成了一些不太成熟的結(jié)論：第一，我認(rèn)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(wǎng)調(diào)頻領(lǐng)域靠不上抽蓄。第二，“十五五”以后，由于風(fēng)光滲透率的大幅提升，造成調(diào)峰壓力的持續(xù)增加，抽水蓄能電站將主要用于調(diào)峰以及備用，在電網(wǎng)調(diào)頻依然靠不上。所以，我的結(jié)論很簡(jiǎn)單，在未來十年以內(nèi)，新型儲(chǔ)能技術(shù)將在電力系統(tǒng)中得到非常廣泛的應(yīng)用，主要的應(yīng)用將集中在調(diào)頻領(lǐng)域，這里包括了一次調(diào)頻和二次調(diào)頻。
以上是我的一個(gè)簡(jiǎn)單的邏輯論證，我覺得需要從其他專家的研究成果中找點(diǎn)資料來印證一下我的結(jié)論，找到了一個(gè)比較知名的國際機(jī)構(gòu)做了研究，這是國際上已經(jīng)建成的儲(chǔ)能項(xiàng)目的應(yīng)用分布情況。大家知道，國際上的儲(chǔ)能項(xiàng)目大多集中在歐美，電力市場(chǎng)改革比較深入，它們的現(xiàn)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(gè)是調(diào)頻，第二是備用，這些備用絕大多數(shù)也是用于調(diào)頻。也就是說，有60%的儲(chǔ)能應(yīng)用都是集中在調(diào)頻領(lǐng)域，調(diào)峰領(lǐng)域有多少呢？大概有10%?？梢钥闯?，這個(gè)研究成果，支撐了我上面的判斷的。
大家很關(guān)注儲(chǔ)能市場(chǎng)，再做一個(gè)簡(jiǎn)單的預(yù)測(cè)，假設(shè)到2060年的時(shí)候，就是碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，我們?nèi)司娏οM(fèi)達(dá)到8000kWh/年，需要14.5萬億kWh的電力供應(yīng)。這時(shí)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(fēng)光各提供3萬億。按照這個(gè)電量的分布來說，再考慮到風(fēng)電和光伏利用小時(shí)數(shù)，大致需要安裝光伏30億千瓦，風(fēng)電12億，按照目前新能源配置儲(chǔ)能的比例，假設(shè)光伏配置10%，風(fēng)電配置20%，需要1080GWh的儲(chǔ)能容量。那么，在未來以新能源為主體的電源結(jié)構(gòu)之下，這個(gè)容量需要翻番甚至翻兩番，最高可能達(dá)到4000GWh，所以我認(rèn)為未來儲(chǔ)能發(fā)展空間是非常大的，大家已經(jīng)選擇了一個(gè)非常好的賽道。
接下來，介紹一下電力系統(tǒng)的調(diào)頻體系。
（圖示）這是目前的調(diào)頻控制體系，正負(fù)0.025赫茲之內(nèi)是AGC死區(qū)，這個(gè)區(qū)域也就意味著二次調(diào)頻的不動(dòng)作，正負(fù)0.035赫茲是一次調(diào)頻死區(qū)，這個(gè)區(qū)間火電機(jī)組的一次調(diào)頻功能不動(dòng)作。接著，依次是AGC的正常調(diào)節(jié)，次調(diào)節(jié)，再往后就是電網(wǎng)事故了。比如，若電網(wǎng)的頻率低于40.8赫茲，這個(gè)時(shí)候的保護(hù)策略就是低頻切泵，低頻切泵，就是關(guān)掉抽水蓄能電站的抽水泵，其實(shí)也是切負(fù)荷的一種方式。抽水蓄能電站在電網(wǎng)里既可以充當(dāng)電源，也可以充當(dāng)負(fù)荷，當(dāng)它抽水的時(shí)候，就是電網(wǎng)的負(fù)荷，在緊急的時(shí)刻，把它切掉也有助于整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)和頻率的平衡。如果切泵動(dòng)作完成之后，頻率還沒有回歸正常，那就要切負(fù)荷，切負(fù)荷的結(jié)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(tái)灣地區(qū)的大停電，都是因?yàn)橥蝗皇ゴ罅侩娫矗瑢?dǎo)致系統(tǒng)層面必須切負(fù)荷，從而導(dǎo)致的大停電事故。
整個(gè)調(diào)頻體系，分為一次調(diào)頻、二次調(diào)頻和三次調(diào)頻，一次調(diào)頻對(duì)于火電廠來說就是調(diào)氣閥，對(duì)于水電來說就是調(diào)節(jié)水閥門，一次調(diào)頻需要在3-60秒之內(nèi)完成動(dòng)作，將系統(tǒng)頻率拉回0.25赫茲。如果這個(gè)完成的話，整個(gè)調(diào)頻動(dòng)作就結(jié)束了，如果一次調(diào)頻結(jié)束之后，頻率還沒有回歸正常，那就要進(jìn)行二次調(diào)頻。二次調(diào)頻可以進(jìn)行更加精準(zhǔn)的調(diào)節(jié)，它的響應(yīng)時(shí)間60秒到5分鐘。二次調(diào)頻的過程中，它會(huì)自動(dòng)調(diào)動(dòng)機(jī)組的備用能量，目前這個(gè)備用能量已經(jīng)不夠了，所以有些省份像廣東，進(jìn)行了“火電+儲(chǔ)能”的聯(lián)合改造。二次調(diào)頻完之后，會(huì)將頻率拉回50加減0.1hz，最終恢復(fù)正常頻率。如果二次調(diào)頻完成了之后還不行，那么就需要人工介入，這時(shí)候需要調(diào)度員在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，比如說半小時(shí)，啟用帶負(fù)荷的備用能源。三次調(diào)頻之后，頻率恢復(fù)正常，整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入新的平衡點(diǎn)，繼續(xù)運(yùn)行。若三次調(diào)頻還失敗了，那就是大停電事故。
整個(gè)調(diào)度過程，從上往下看，是整個(gè)調(diào)頻的控制邏輯，最先接到調(diào)頻信號(hào)的是AGC，然后是一次調(diào)頻，最后才是三次調(diào)頻，所以從邏輯上來說，先是二次調(diào)頻，再一次調(diào)頻。但從時(shí)間尺度上來說，大家向右看是時(shí)間尺度，由于控制方法的區(qū)別，一次調(diào)頻的響應(yīng)速度最快，所以說一次調(diào)頻先做貢獻(xiàn)，一次調(diào)頻先動(dòng)作，它努力將頻率恢復(fù)正常，如果一次調(diào)頻動(dòng)作以后還不夠，那么二次調(diào)頻再動(dòng)作，如果還不夠，再是三次調(diào)頻，是這樣的規(guī)律。
（圖示）對(duì)于整個(gè)電網(wǎng)來說，我們希望我們?cè)陔娏ο到y(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)都有很多的充裕度，比如說調(diào)頻，假設(shè)我們定義調(diào)頻充裕度=[（調(diào)頻能力/調(diào)頻最小備用）-1]X100%，這條綠色的線就是整個(gè)系統(tǒng)對(duì)調(diào)頻的基本需求曲線，這條紅線是充裕度。隨著我的能源結(jié)構(gòu)逐漸調(diào)整，充裕度會(huì)越來越小，然后但需求會(huì)越來越大，如果這兩個(gè)線交叉的話，電力系統(tǒng)的運(yùn)行將非常不安全，因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)已經(jīng)沒有安全余量了。
（圖示）再介紹一下廣東調(diào)頻市場(chǎng)的概況。廣東省調(diào)頻市場(chǎng)已經(jīng)運(yùn)行兩年多時(shí)間了，大家可以看到，藍(lán)色的線是2019年，市場(chǎng)開放以后，市場(chǎng)的費(fèi)用是不斷增加的，到19年9月份以后，每個(gè)月都在1億以上。在2020年，基本上每個(gè)月都是穩(wěn)定在1億以上，最高是8月份1.7個(gè)億，隨后，試運(yùn)行政策調(diào)整了，之后降低了一些，但由于市場(chǎng)需求，后面繼續(xù)回升。紅色的線是2020年前三個(gè)月的，也維持在1億以上的水平，隨著未來負(fù)荷的增加，整個(gè)服務(wù)費(fèi)用會(huì)繼續(xù)增加。
（圖示）這張圖是調(diào)頻市場(chǎng)總體和局部分析。這個(gè)黃色的線是一個(gè)典型電廠，它每個(gè)月的收益和總體市場(chǎng)的對(duì)比，可以看到這兩者的變化趨勢(shì)基本上是一致的，但是變化趨勢(shì)的一致性，在2021年就不太好。這個(gè)典型電廠是廣東運(yùn)行比較早的火電調(diào)頻項(xiàng)目。2020年5月份之后，整體的市場(chǎng)補(bǔ)償費(fèi)用越來越好，但是這個(gè)電廠獲得的補(bǔ)償收益卻越來越少，可能他們?cè)诰?xì)化運(yùn)營方面以及電化學(xué)儲(chǔ)能站方面的控制方面安排不合理。本來他們的收益應(yīng)該隨著市場(chǎng)快速擴(kuò)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(shí)踐和數(shù)據(jù)，我們可以提供一些精細(xì)化的儲(chǔ)能電站運(yùn)營服務(wù)。
再講一下未來的儲(chǔ)能技術(shù)形態(tài)。大家最關(guān)注的是安全問題，最大的安全問題，一是電芯失控帶來的風(fēng)險(xiǎn)，另外一個(gè)是現(xiàn)在的集中式儲(chǔ)能所帶來的直流拉弧所引起的風(fēng)險(xiǎn)。這是一些國外的事故照片，國內(nèi)的大家都知道了，我就不放了，都是韓國的照片。
集中式儲(chǔ)能，幾千顆甚至近萬顆電芯經(jīng)過串并聯(lián)后集中布置，直流匯流后集中并網(wǎng)，這導(dǎo)致了很高的電芯安全性風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)楝F(xiàn)在的電芯不是100%不會(huì)出問題的，它在生產(chǎn)過程中比如說有百萬分之一的次品率，把幾千個(gè)、近萬個(gè)電芯放到一起以后，它大概就有1%的故障率，集中的越多，風(fēng)險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)無法消除，最后溫度一升高就會(huì)出事故。
如何處理這樣的風(fēng)險(xiǎn)，我覺得現(xiàn)在已經(jīng)有一些解決方案存在了：
方法一，化整為零。美國有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，要求儲(chǔ)能單體上限不超過600KWh，這是降低整個(gè)儲(chǔ)能站運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的措施。目前國內(nèi)有一些方案，通過將大型的集中式儲(chǔ)能改為分布式儲(chǔ)能之后，將之前的交直流混合系統(tǒng)改為交流系統(tǒng)進(jìn)行并聯(lián)，這樣的方案改進(jìn)有三點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：第一點(diǎn)，交流并聯(lián)直接降低了直流拉弧的風(fēng)險(xiǎn)；第二點(diǎn)，交流并聯(lián)降低了容量并聯(lián)損失；第三點(diǎn)，消除了電池簇之間電壓不一致帶來的環(huán)流風(fēng)險(xiǎn)。最關(guān)鍵的是交流并聯(lián)之后，直接減少電芯的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。目前國內(nèi)這方面做得比較好的企業(yè)有上能電氣和奇點(diǎn)能源。
方法二，物理儲(chǔ)能，飛輪儲(chǔ)能。飛輪儲(chǔ)能現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)化的比較快了，而且飛輪儲(chǔ)能在一次調(diào)頻里的應(yīng)用更有優(yōu)勢(shì)，為什么？因?yàn)樗膬?chǔ)能量與飛輪的質(zhì)量成正比，與角速度的平方成正比。它的轉(zhuǎn)速非常容易控制的，不像電池的SOC那么難以測(cè)算。控制飛輪的轉(zhuǎn)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(diào)頻里可以發(fā)揮很好的作用。
（圖示）這是飛輪儲(chǔ)能+鋰電池儲(chǔ)能在山西右玉老千山風(fēng)電廠的一個(gè)成功應(yīng)用，是國網(wǎng)的示范項(xiàng)目，目前運(yùn)行的非常好，它在一次調(diào)頻的效果非常好。
所以說，我以上的分析對(duì)未來新型儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用空間的解讀，我認(rèn)為未來儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，將要同時(shí)解決一次調(diào)頻和二次調(diào)頻問題。將分布式儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能兩者結(jié)合起來，形成一套混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，彼此支撐，是未來新型儲(chǔ)能技術(shù)的重要發(fā)展方向！
我的演講到此結(jié)束，謝謝大家！
