中國與可再生能源相關(guān)的儲能應(yīng)用中有一大類是集中式風(fēng)光電站(可再生能源并網(wǎng))儲能應(yīng)用。在我國風(fēng)電、光伏消納困難的“三北”地區(qū)，主要為集中式風(fēng)光電站，儲能應(yīng)用于這一領(lǐng)域主要的作用為削峰填谷、平滑出力、跟蹤計劃出力、輔助電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行等。
目前中國集中式風(fēng)光電站儲能應(yīng)用，基本上全部與某一風(fēng)光電站配套建設(shè)(這里稱為整合型儲能系統(tǒng))。
整合型儲能系統(tǒng)，一方面投資建設(shè)由風(fēng)光電站業(yè)主負(fù)責(zé)，大量投資成本的增加有可能會減緩儲能電站的建設(shè)步伐;另一方面，其生產(chǎn)運營由風(fēng)光電站運營，因此電網(wǎng)不能從全局最優(yōu)化的角度調(diào)度儲能資源，儲能可實現(xiàn)的功能大打折扣;再者，與風(fēng)光電站捆綁運營時，還需區(qū)分風(fēng)光電站和電網(wǎng)的收益，才能正確結(jié)算，因此對最后的付費機(jī)制的設(shè)定，也造成了一定的困難。
為了解決以上難題，比亞迪提出了在集中式風(fēng)光電站區(qū)域建設(shè)獨立電池儲能電站的構(gòu)想，希望通過協(xié)調(diào)區(qū)域內(nèi)風(fēng)光電站和儲能電站的運行，在目前成本較高的前提下，最大程度上發(fā)揮儲能電站的價值，促進(jìn)儲能商業(yè)化應(yīng)用，幫助新能源解決消納難題。
1、獨立電池儲能電站解決方案介紹
在新能源發(fā)電集中地區(qū)的330KV(或類似電壓等級)的母線上，選擇合適地點建立獨立的電池儲能電站(ESS)，該ESS相當(dāng)于小型抽水蓄能電站，ESS直接接受當(dāng)?shù)厥〖?或地區(qū)級)電網(wǎng)調(diào)度控制，省調(diào)(或地調(diào))依據(jù)該母線各個風(fēng)力發(fā)電站和光伏電站的出力預(yù)測以及實時母線電壓、頻率等情況，控制ESS的充電和放電，達(dá)到平滑輸出、調(diào)峰、調(diào)頻的目的。
以甘肅橋灣330KV輸變電站為例，采用該方式，需要為橋灣地區(qū)600MW的風(fēng)電配備120MW/240MW的獨立儲能電站。
甘肅橋灣地區(qū)有4個風(fēng)電場 (華潤橋灣第一風(fēng)電場200MW、華能橋灣第二風(fēng)電場200MW、橋灣第三北風(fēng)電場 、橋灣第三北風(fēng)電場100MW、橋灣第三南風(fēng)電場100MW)將合建一座橋灣橋灣330kV升壓變電所。
目前橋灣風(fēng)電場的出力波動較大，從小于15%的出力到大于80%的出力，一般每隔幾天都會發(fā)生一次，甚至日內(nèi)都會出現(xiàn)從接近零出力到額定出力的大范圍波動。連續(xù)數(shù)日出力很小和很大的情況比較罕見，日出力波動30% -50% 比較常見。風(fēng)電波動和不可以預(yù)測性，給甘肅骨干網(wǎng)造成了巨大的壓力。
配置儲能系統(tǒng)對風(fēng)電輸出功率波動進(jìn)行平抑，綜合計算，將目前橋灣330kV變電站1min最大波動率3.6%，最大波動量21.6MW下降到8MW，需要配置儲能約120MW/240MWh。
圖 1 橋灣及附近區(qū)域風(fēng)電場分布情況 資料來源：比亞迪
2、與現(xiàn)有方式的對比分析
獨立電池儲能電站解決方案與現(xiàn)有的整合型儲能系統(tǒng)相比，具有以下優(yōu)點：
(1)可實現(xiàn)較多的功能
由于獨立型儲能電站可由電網(wǎng)直接調(diào)度，與區(qū)域內(nèi)多個風(fēng)光電站協(xié)調(diào)運行，從原理上看，可類似于小型抽水蓄能電站，可為電網(wǎng)穩(wěn)定安全運行提供多重服務(wù)。例如：調(diào)峰、調(diào)頻、備用、跟蹤計劃發(fā)電、平滑風(fēng)電出力等。
(2)儲能計量及價值核算相對簡單
由于儲能電站獨立運營，相對整合型儲能系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)電量容易統(tǒng)計，另外，再為電網(wǎng)提供輔助服務(wù)時，服務(wù)的種類及計量也相對容易，因此會一定程度上簡化儲能電站的運營難度，并促進(jìn)儲能電站根據(jù)電力市場相關(guān)機(jī)制形成一定的商業(yè)模式。
(3)投資主體清晰，評估容易
獨立儲能電站與發(fā)電設(shè)備徹底分開，在投資界面上，主體清晰明確，因此其產(chǎn)權(quán)與收益也會相應(yīng)明晰，如有儲能補(bǔ)貼，則補(bǔ)貼的主體也相應(yīng)確實。另外，在進(jìn)行投資評估時，由于主體明晰，投資評估的難度也會相應(yīng)降低。這有利于提升投資人投資儲能電站的積極性，促進(jìn)儲能項目的開展。
(4)國家儲能補(bǔ)貼政策出臺更具針對性
由于與發(fā)電設(shè)備分開，因此在出臺儲能補(bǔ)貼政策時，更容易明晰儲能本身的價值，以及確定補(bǔ)貼的方式與額度。另外，在排除發(fā)電設(shè)備的投資成本后，獨立儲能電站的投資體量也會大大下降，從而補(bǔ)貼的總體量也會相應(yīng)下降。
3、促進(jìn)獨立電池儲能電站發(fā)展的建議
為促進(jìn)獨立電池儲能電站的發(fā)展，政府及電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行布局：
(1)明確獨立儲能電站的補(bǔ)貼或計費方式
明確補(bǔ)貼或計費方式，對儲能系統(tǒng)，不僅是獨立儲能電站，建立商業(yè)模式至關(guān)重要。目前尚無明確的政策對儲能系統(tǒng)參與電力市場做出規(guī)定，包括參與方式、計費標(biāo)準(zhǔn)、補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)等。
能源局發(fā)布的《關(guān)于促進(jìn)電儲能參與“三北”地區(qū)電力輔助服務(wù)補(bǔ)償(市場)機(jī)制試點工作的通知》，準(zhǔn)許10MW/40MWh以上的電儲能系統(tǒng)(含整合型儲能系統(tǒng)、獨立型儲能系統(tǒng))參與輔助服務(wù)市場，提供調(diào)峰、調(diào)頻服務(wù)，但具體的結(jié)算方式并未制定。
對于獨立儲能電站補(bǔ)貼及結(jié)算的方式，應(yīng)避免只考慮一次性建設(shè)補(bǔ)貼，能促進(jìn)電站持久運營的電價、補(bǔ)貼機(jī)制的制定可促進(jìn)儲能電站在電網(wǎng)中長久發(fā)揮作用，可以考慮以下兩種形式：
采用類似于抽水蓄能的結(jié)算方式，設(shè)置價格機(jī)制
獨立儲能電站從功能上講，與小型抽數(shù)蓄能電站類似，因此可以借鑒抽水蓄能的管理方式進(jìn)行設(shè)定，從而形成可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)營模式。
目前我國的抽水蓄能電站，經(jīng)營模式及定價機(jī)制如下：
表 1 中國抽水蓄能電站的經(jīng)營模式及電價機(jī)制，資料來源：CNESA
如采用容量電價的形式，假設(shè)容量電價為600元/(kW*年)，上述橋灣變電站600MW風(fēng)電120MW/240MWh儲能系統(tǒng)，在額外提供30%的建設(shè)費用(電站總投資約7.2億元，30%建設(shè)補(bǔ)貼約2.16億元)的情況下，預(yù)計投資回收年限為7年左右，對于投資者來說，將具有一定的吸引力。
納入電力系統(tǒng)輔助服務(wù)范疇，制定相關(guān)政策，促進(jìn)儲能電站參與輔助服務(wù)
《關(guān)于促進(jìn)電儲能參與“三北”地區(qū)電力輔助服務(wù)補(bǔ)償(市場)機(jī)制試點工作的通知》已經(jīng)允許儲能參與電力輔助服務(wù)，但相關(guān)的結(jié)算機(jī)制并未確定。在現(xiàn)行主要以火電機(jī)組參與的電力輔助服務(wù)市場中，“三北”地區(qū)調(diào)峰的結(jié)算方式如下：
表 2 “三北”地區(qū)調(diào)峰輔助服務(wù)現(xiàn)行結(jié)算方法 資料來源：CNESA
同樣以橋灣變電站120MW/240MWh獨立儲能電站為例，假設(shè)一天參與兩次調(diào)峰，且儲存的電量在用電高峰時段按照風(fēng)電上網(wǎng)電價賣出(按0.5元/kWh計算)，充放電效率90%，一年按365天計算，則不同地區(qū)的收益情況如下表：
如儲能電站進(jìn)一步參與其他輔助服務(wù)，例如調(diào)頻輔助服務(wù)，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計，有可能獲得更多的收益，進(jìn)而進(jìn)一步縮短投資回報期。
對于儲能系統(tǒng)來說，可以參與輔助服務(wù)市場，顯然可以促使儲能形成一定的商業(yè)模式，目前還沒有明確的儲能參與輔助服務(wù)市場的規(guī)則制定，但如果按照現(xiàn)行的模式，在一些地區(qū)已經(jīng)具備盈利空間，未來應(yīng)根據(jù)儲能的特點，制定適應(yīng)的規(guī)則，促進(jìn)儲能的應(yīng)用。
(2)制定更嚴(yán)格的風(fēng)電、光伏準(zhǔn)入規(guī)則，促進(jìn)儲能應(yīng)用
例如對風(fēng)電、光伏的電能質(zhì)量制定嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)儲能應(yīng)用。目前的標(biāo)準(zhǔn)較為寬松，風(fēng)電站、光伏電站在提高風(fēng)電、光伏發(fā)電質(zhì)量的問題上，動力不足。
以風(fēng)電的波動率為例，根據(jù)2005年發(fā)布的《風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》，我國風(fēng)電場的波動率的控制標(biāo)準(zhǔn)如下：
表 3 我國風(fēng)電波動率控制標(biāo)準(zhǔn)
張北風(fēng)光儲輸示范項目的相關(guān)經(jīng)驗表明，以上標(biāo)準(zhǔn)不足以促進(jìn)儲能的應(yīng)用。制定更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，在沒有儲能設(shè)備的參與的情況下，達(dá)標(biāo)困難，例如每分鐘變化率2%，每十分鐘變化率7%， 這將大大促進(jìn)風(fēng)光電站應(yīng)用儲能的積極性。
(3)明確電網(wǎng)的責(zé)任
在前期電網(wǎng)建設(shè)運營示范項目，積累相關(guān)調(diào)度管理經(jīng)驗后，儲能電站的建設(shè)應(yīng)該從電網(wǎng)釋放，儲能建設(shè)的投資方應(yīng)向獨立于電網(wǎng)的第三方轉(zhuǎn)移，而電網(wǎng)將主要承擔(dān)以下責(zé)任：
主動為儲能設(shè)施接入電網(wǎng)提供服務(wù);
電力調(diào)度機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)并準(zhǔn)確計量儲能電站電量、電力服務(wù)，按規(guī)定及時結(jié)算儲能電站收益;
協(xié)調(diào)區(qū)域風(fēng)電站與儲能電站的運營，提供相關(guān)電力數(shù)據(jù)，幫助研究、制定儲能電站的優(yōu)化運行策略。
結(jié)合運行情況，研究制定儲能電站并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范儲能電站運行;
積極協(xié)助建立電力輔助市場。
