經過數年發展,我國新能源發電邁上新臺階,新能源場站配置儲能面臨新的環境,也需要進行新的認識。
截止到2019年底,我國風電裝機達到2.1億千瓦、光伏發電裝機2.04億千瓦,提前一年完成可再生能源發展“十三五”規劃目標。
2020年是我國“十三五”收官之年,也是謀劃“十四五”發展的開局之年,為實現風電、光伏發電平穩有序發展,國家能源局下發《關于2020年風電、光伏發電項目建設有關事項的通知》,要求各省根據國家可再生能源發展“十三五”相關規劃和本地區電網消納能力,合理安排新增核準(備案)項目規模。
目前多個省份陸續發布了2020年風電、光伏發電建設方案和申報要求,與往年不同,河南、內蒙、遼寧、湖南等省份均提出了優先支持配置儲能的新能源發電項目,新能源場站配置儲能成為行業討論熱點。
新能源發電項目配置儲能并非首次出現在政府文件當中,早在2017年,青海省發改委發布的《青海省2017年度風電開發建設方案》要求,列入規劃的風電項目要按照其規模的10%配套建設儲電裝置,儲電設施總規模達33萬千瓦。該政策發布后引起較大爭議,最終執行也未達預期。
經過數年發展,我國新能源發電邁上新臺階,新能源運行與消納也面臨一系列新的問題,此外我國新能源發電即將迎來平價上網,以鋰離子電池為代表的電化學儲能成本逐年下降,電力市場化改革持續推進,多種因素交織在一起,新能源場站配置儲能面臨新的環境,也需要進行新的認識。
認識一:
“十四五”新能源發展和消納矛盾更加突出,調峰資源日趨緊張的情況下,亟需儲能等靈活性調節資源
根據統計,截止到2019年底,國家電網公司經營區內,新能源裝機占電源總裝機的23.4%,其中青海、甘肅新能源裝機占總裝機容量的50%和42%,已成為本省第一大電源,寧夏、新疆、蒙東、冀北等地區新能源裝機占總電源裝機容量均超過了30%,21個省份新能源發電成為第一、二大電源。
新能源發電具有間歇性和隨機性,高比例新能源并網需要大規模輸出穩定的可調節電源進行調峰,隨著新能源發電的快速發展,電力系統調峰能力不足已不是個別省份、局部地區的問題。
為實現2020年和2030年非化石能源分別占一次能源消費比重15%和20%的目標,壯大清潔能源產業,保持風電、光伏裝機規模穩定增長是“十四五”規劃的重要目標和任務。
為適應能源轉型和促進地方產業發展的需要,各省發展新能源的意愿依然強烈,“十四五”期間,我國新能源發電預計仍將保持“十三五”時期快速發展態勢。隨著裝機規模的擴大,各省存在很大的調峰缺口,新疆、山西、山東等省份日最大功率波動超過1000萬千瓦。為實現新能源95%的利用率目標,在系統調峰資源日趨緊張甚至用盡的情況下,多個省份對儲能調峰寄予厚望。
儲能具有調峰的天然優勢,特別是電化學儲能集快速響應、能量時移、布置靈活等特點于一體,受到高度關注,但發展初期價格偏高,僅在極個別早期并網的新能源場站試點運行,并未實現大規模商業化應用。
認識二:
政府文件并未強制規定新能源發電配置儲能,但作為部分地區新能源優先開發的重要條件
與2017年青海省風電開發建設方案不同,當前各地政府文件并未強制規定新能源發電配置儲能。
河南發改委印發《關于組織開展2020年風電、光伏發電項目建設的通知》暫停各類新能源增量項目,優先支持配置儲能的新增平價項目;內蒙古自治區能源局印發《2020年光伏發電項目競爭配置方案》,優先支持“光伏+儲能”項目建設,光伏電站儲能容量不低于5%,儲能時長在1小時以上。針對風電場,內蒙古積極推動烏蘭察布市600萬千瓦風電基地及配套儲能設施建設。遼寧省發改委印發《遼寧省風電項目建設方案》,指出優先考慮附帶儲能設施、有利于調峰的項目。湖南發改委印發《關于發布全省2020-2021年度新能源消納預警結果的通知》,指出電網企業要通過加強電網建設、優化網架結構、研究儲能設施建設等措施,切實提高新能源消納送出能力,為省內新能源高比例發展提供容量空間。隨后國網湖南省電力有限公司下發《關于做好儲能項目站址初選工作的通知》,28家企業承諾配套新能源項目總計建設388.6MW/777.2MWh儲能設施,與風電項目同步投產,配置比例為20%左右。
從下發文件來看,各省并未強制要求新增新能源發電項目必須配置儲能,但如果新能源開發企業想要提高競爭力,配置儲能將是優先開發的重要條件。
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認識三:
光伏發電配置儲能的效益要優于風電配置儲能,新能源匯集區配置儲能要優于各個新能源場站配置儲能
受容量配置規模限制,連續無風或大風天氣可能限制儲能作用的發揮。一般電化學儲能滿功率連續充放電時間在1~4小時之間,可有效應對新能源日內波動,但若出現長時間無風或大風等極端天氣,儲能利用效率可能受到較大限制。
通過對西北電網新能源歷史出力特性統計分析得出,單一省份極端無風天氣最大持續時間達6天,頻次最高達3次/年,若聯網規模縮小至單個風力發電場,極端無風或持續大風天氣可持續數周。風電大發時通常在晚上或夜間,此時負荷較低,與風電消納匹配性較差,同時三北地區供暖季還存在“以熱定電”的另一重矛盾,火電機組調峰能力受限,因此儲能需要配置更大的容量進行調峰。
與風電相比,光伏發電可預測性更好,且具有一定的規律性,儲能可實現定期充放,利用率相對較高;同時光伏發電輸出功率較高的時候也是用電高峰的白天,與負荷匹配度較好,只需要配置較小容量的儲能即可達到削峰填谷的作用。
從儲能布局看,新能源匯集區配置儲能要優于各個新能源場站內配置儲能。
一方面,新能源匯集區配置儲能所需的容量要顯著小于各新能源場站單獨配置儲能所需容量之和。從統計規律上看,風光具有互補特性,各新能源場站出力的隨機性通過相互疊加能夠達到此消彼長的作用,一定程度上降低了峰谷差。
另一方面,新能源匯集區配置儲能的經濟效益要顯著好于新能源場站單獨配置儲能。新能源匯集區配置儲能可實現系統級調峰,各個新能源場站均可共享,大大提高了儲能設施利用率,同時,由于配置在升壓站外,不存在新能源補貼等計量方面的問題,交易和結算邊界清晰。
按新能源裝機容量比例配置儲能的一刀切做法有待商榷。從目前政策來看,部分省份提出按新能源發電項目的裝機容量比例配置儲能,配置比例在5%~20%之間。由于各地新能源發展規模、電網結構,調峰資源缺口程度有所不同,在新能源場站無差異化地配置儲能有可能降低設備利用效率,增加項目總體成本,由電網企業根據本地調峰缺口和調節需要,經測算后公開發布儲能容量需求和安裝地點,為儲能投資和應用創造條件。