未來新型儲能應用的發展探索

張發祥

（廣東佛山聯創工程研究生院，廣東 佛山 528000）

0 引言

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

1 新能源發展背景

1）國內儲能建設規模。截至2021 年底，國內新增投運電力儲能項目裝機規模首次突破10 GW，達到10.5 GW，其中，抽水蓄能新增規模8 GW，同比增長437%；新型儲能新增規模首次突破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運行，特別是后者，在2021 年實現了跨越式增長，新增投運規模170 MW，接近2020 年底累計裝機規模的15 倍?？梢?，在新型儲能中，鋰離子電池在國內市場中發展潛力是巨大的[1]。

2）國內儲能市場走向?！半p碳”是一場廣泛而深刻的經濟社會變革，對于能源行業既是艱巨的挑戰，也是難得的機遇[2]。在這場變革中能源成為了主戰場，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）產業政策與技術積累。2022 年7 月，國家發改委、能源局聯合發布《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》，這是繼2017 年《關于促進儲能技術與產業發展的指導意見》出臺后第二份針對儲能發展的“頂層設計”，也是“十四五”期間儲能發展的指導綱領。文件首次明確提出量化的儲能發展目標，即到2025年，實現新型儲能從商業化初期向規?；l展轉變，到2030 年，實現新型儲能全面市場化發展。2023 年3 月，《“十四五”新型儲能發展實施方案》的出臺在《指導意見》的基礎上進一步明確發展目標和細化重點任務，提升了規劃落實的可操作性。又如，2022 年3 月發布的《關于推進電力源網荷儲一體化和多能互補發展的指導意見》，指明“兩個一體化”，即“風光儲一體化”、“源網荷儲一體化”是新能源項目未來的重點發展方向。能源促進人類的社會發展，首先表現為促進經濟發展[3]。短期來看，政策是我國儲能裝機發展的主要驅動力，而系統經濟性的提升才能打開中長期規?；l展的空間。因而，隨著市場機制的逐步改善。儲能系統經濟性的拐點也在“漸行漸遠”。從更長期的發展前景看，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，持續時長通常也是重要考量因素。而鋰離子電池要實現更長時儲能，需面臨產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、生產成本偏高、配套供應鏈不完善等問題，仍需技術環節的進步及商業化的探索。

2 新能源微電網關鍵技術及應用

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

2.1 新能源微電網應用場景

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

1）區域（省級）。依托區域（?。┘夒娏o助服務、中長期和現貨市場等體系建設，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 等現代信息通訊及智能化技術，建立源網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荷儲一體化堅強局部電網建設，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）級源網荷儲一體化示范，研究熱電聯產機組、新能源電站、靈活運行電熱負荷一體化運營方案。

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

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的功率和容量以商品形式租賃給目標用戶的另一種商業運營模式，秉承“誰受益、誰付費”的原則向承租方收取租金。其獨立性體現在可以獨立主體身份直接與電力調度機構簽訂并網調度協議，不受位置限制。如圖1 所示。

圖1 配儲解決方案

2.2 “源網荷儲”應用

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

與傳統電網相比，新型電力系統的電網發展將形成大電網主導、多種電網形態相融并存的格局。未來以家庭、社區、園區等不同大小的區域形成多層級微電網，解決規?；履茉磁c新型負荷大量接入、即插即用的問題。將傳統電力系統“發-輸-變-配-用”的單向過程，形成“源-網-荷-儲”的一體化循環過程，提高新能源發電消納占比。如圖2 所示。

圖2 源網荷儲一體化示意圖

3 困難及思考

1）面臨困難。與傳統電力系統相比，新型電力系統的供給側、電網側、消費側及二次系統將發生革命性變化。具體而言，從供給側看，能源結構將發生巨大改變，可再生能源將實現大規模開發利用，逐步取代化石能源。預計到2030 年，我國新能源在裝機規模上將成為第一大電源，對電力系統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能力。

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

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、新型儲能將快速發展，負荷特性由傳統的剛性用電需求、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消者將大量出現，電力供需平衡模式由“源隨荷動”向“源荷互動”轉變。

2）產業思考。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”。結合不同規模電力缺口的出現概率、持續時間、保障難度等多方面因素，運用創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定、用電結構持續轉型，以及新能源、儲能、新型負荷等新元素的不斷滲透，既要保持電網規模不斷擴大、聯絡不斷加強的“剛性”模式，還要考慮靈活、智能等“柔性”需求，實現“剛柔互濟”，繼續構筑能源資源大范圍優化配置平臺，實現源、荷、儲便捷友好接入和智能協調優化控制。

雖然在能源轉型和“碳中和”目標的激勵下，儲能行業有著理想的發展前景，但從目前市場及政策狀況來看，儲能產業的發展并非一馬平川，在機遇面前，也將面臨著來自各方面的挑戰。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生很大的改變，目前儲氫仍然處于技術研發和應用試點階段，重點在于降低生產和儲存成本、提高安全性等[6]。未來數十年，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揮空間。

4 結語

1）市場的需求未達到規?；?。在現有環境下，單就儲能技術的成本來看，尚不能完全滿足商業應用[7]。一些影響儲能技術規?；袌龌瘧玫募夹g瓶頸還需進一步突破，包括整機的效率、安全、可靠及循環壽命、系統響應等，因此評價一種儲能技術能否長久地規?；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，重點開展常規直流系統適應性能提升技術、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；在二次信息系統方面，重點開展數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性能不足，大量并網后系統頻率調節能力顯著下降，易發生暫態過電壓導致的大規模脫網及連鎖故障。未來，新能源需要實現從“并網”到“組網”的角色轉變，亟需開展新能源發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外送面臨交流弱支撐問題，部分受端電網存在多直流饋入、交直流系統耦合緊密、系統連鎖故障風險大等問題，需研究新能源直流外送系統的聯網方式優化、受端電網優化重構技術，攻克新能源孤島直流外送技術。新型電力系統建設，是一項國家重大戰略意義的歷史任務。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電壓支撐能力薄弱、暫態過電壓問題嚴重，這些問題亟需解決。