當(dāng)前風(fēng)電項(xiàng)目配置儲(chǔ)能裝置的可行性初步分析

文／徐一凡

當(dāng)前風(fēng)電項(xiàng)目配置儲(chǔ)能裝置的可行性初步分析

文／徐一凡

近年來，我國(guó)風(fēng)電發(fā)展迅速。到2013年年底，全國(guó)風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī)容量77160MW，全年風(fēng)電發(fā)電量134.9TWh，約占全國(guó)總上網(wǎng)電量的2.5%。在風(fēng)電開發(fā)較為集中的區(qū)域，風(fēng)電已經(jīng)成為主力電源之一，以蒙西地區(qū)為例，2013年風(fēng)電發(fā)電量為21.6TWh，占到全網(wǎng)發(fā)電量的11%。

隨著風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，從2011年起，“三北”地區(qū)等風(fēng)電開發(fā)集中區(qū)域棄風(fēng)限電問題日益突出，在2012年達(dá)到高峰。2012年全國(guó)棄風(fēng)電量約20TWh，全國(guó)棄風(fēng)率約為17.1%，其中吉林、蒙東、蒙西、甘肅等地區(qū)棄風(fēng)率在25%以上。在這種背景下，有些儲(chǔ)能設(shè)備廠家提出，現(xiàn)階段我國(guó)風(fēng)電項(xiàng)目應(yīng)投資配置儲(chǔ)能裝置。一是可以快速吸收和釋放有功及無功功率，平滑風(fēng)電輸出功率，提高風(fēng)電的可控性，保證風(fēng)電出力的連續(xù)性和穩(wěn)定性，減小對(duì)電網(wǎng)的影響；二是可以在棄風(fēng)限電時(shí)儲(chǔ)存風(fēng)電電量，在非限電時(shí)段上網(wǎng)，在棄風(fēng)限電問題得以改善之前提高風(fēng)電的效益。

那么，現(xiàn)實(shí)情況是否如理論設(shè)想的那樣呢？為此，我們結(jié)合風(fēng)電的出力特點(diǎn)和儲(chǔ)能技術(shù)的特點(diǎn)，對(duì)當(dāng)前政策環(huán)境下風(fēng)電項(xiàng)目投資配置儲(chǔ)能裝置的可行性進(jìn)行初步分析。

儲(chǔ)能技術(shù)簡(jiǎn)介

目前，儲(chǔ)能技術(shù)路線主要分機(jī)械儲(chǔ)能（包括抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等）、電化學(xué)儲(chǔ)能（包括鉛酸電池、鋰離子電池、液流電池、鈉硫電池等）和電磁儲(chǔ)能（包括超導(dǎo)儲(chǔ)能、超級(jí)電容器儲(chǔ)能等）等幾種，各種技術(shù)的特點(diǎn)如下表所示。

表1 各種儲(chǔ)能技術(shù)特點(diǎn)

由于風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)規(guī)模多在50MW以上，適用于風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能的技術(shù)必須是兆瓦級(jí)以上功率、多小時(shí)容量的技術(shù)。電磁儲(chǔ)能和飛輪儲(chǔ)能明顯不適用，機(jī)械儲(chǔ)能中抽水蓄能和壓縮空氣對(duì)地理?xiàng)l件的要求高，有些地區(qū)不具備推廣的條件，因此可在風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)配置的只有電化學(xué)儲(chǔ)能的幾種技術(shù)。

當(dāng)前條件下風(fēng)電項(xiàng)目配置儲(chǔ)能裝置的可行性

（一） 配置儲(chǔ)能的容量不易確定

為風(fēng)電等可再生能源項(xiàng)目配置儲(chǔ)能裝置，在限電時(shí)段儲(chǔ)電、非限電時(shí)段上網(wǎng)，這在技術(shù)上是完全可行的。但由于儲(chǔ)能成本普遍高于風(fēng)電等可再生能源發(fā)電成本，這種做法在實(shí)踐中是否可行，是否適宜在全行業(yè)推廣，關(guān)鍵還在于能否在滿足要求的前提下配置最小的儲(chǔ)能容量。

實(shí)際上，風(fēng)電項(xiàng)目配置儲(chǔ)能的比例主要取決于當(dāng)?shù)氐南揠娗闆r，沒有一個(gè)普適的標(biāo)準(zhǔn)。由于2012年限電情況比較突出，我們選取了蒙東地區(qū)有代表性某風(fēng)電場(chǎng)（裝機(jī)容量297MW）2012年的全年各月限電、2月各日限電和11月28日分時(shí)段限電情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如下：

如圖1所示，2012年限電最多的月份集中在2－4月，月限電量在52000MWh－57000MWh之間，限電最少的月份為7月，限電量1300MWh。

如圖2所示，2012年2月限電最多的是6日，限電量為5650MWh。7、11、21、22、27、28日限電量為0kWh。

如圖3所示，11月28日，限電主要集中在夜間（1∶45－8∶45），限電量為1260MWh，其他時(shí)段限電不多。

上面的限電情況有兩個(gè)比較突出的特點(diǎn)，一是單日各時(shí)段限電量差異較大，按高配置浪費(fèi)極大，按低配置滿足不了要求，基本不存在一個(gè)合理折中的儲(chǔ)電容量；二是限電往往連續(xù)出現(xiàn)，即使前一時(shí)段的限電全部?jī)?chǔ)存下來，下一時(shí)段又限電了，儲(chǔ)存的電量也沒有機(jī)會(huì)上網(wǎng)，極端情況下可能全月只儲(chǔ)存了第一天的電。

（二） 成本分析

目前可再生能源配置儲(chǔ)能的示范項(xiàng)目較少，成本方面可供參考的不多。

國(guó)家電網(wǎng)公司在河北省張北建設(shè)了風(fēng)光儲(chǔ)輸示范項(xiàng)目，為100MW風(fēng)電和40MW光伏項(xiàng)目配置了20MW/95MWh的儲(chǔ)能，儲(chǔ)能部分采用鋰電池、鈉硫電池和全釩液流電池三種技術(shù)，由不同廠家提供，如下表所示：

圖1 某風(fēng)電場(chǎng)2012年各月限電量

圖2 某風(fēng)電場(chǎng)2012年2月各日限電量

圖3 某風(fēng)電場(chǎng)2012年11月28日分時(shí)限電量

表2 張北風(fēng)光儲(chǔ)輸項(xiàng)目?jī)?chǔ)能配置

該項(xiàng)目?jī)?chǔ)能部分投資4億元，每千瓦成本在2萬元以上，是風(fēng)電場(chǎng)平均單位千瓦投資（8500元左右）的2倍多。其工作壽命估計(jì)在5年左右。

2012年，龍?jiān)醇瘓F(tuán)為其遼寧法庫(kù)臥牛石50MW風(fēng)電場(chǎng)配備了5MW/10MWh全釩液流電池儲(chǔ)能裝置。該儲(chǔ)能裝置投資7000萬元，相當(dāng)于每千瓦14000元。輸入輸出比為1：0.7，充放電次數(shù)為2000次，全生命周期可吸收20GWh電能、放出14GWh電能，相當(dāng)于度電成本5元，幾乎是風(fēng)電度電價(jià)格的10倍。

從容量上看，張北風(fēng)光儲(chǔ)輸項(xiàng)目的儲(chǔ)能容量占比約為14%，共可儲(chǔ)95MWh電能，但該項(xiàng)目有40MW光伏發(fā)電，其出力特性與風(fēng)電、儲(chǔ)能如何互相作用不得而知。龍?jiān)捶◣?kù)項(xiàng)目是純風(fēng)電，參考價(jià)值更高一些，其儲(chǔ)能占比是10%，可儲(chǔ)10MWh電能。

如果根據(jù)龍?jiān)捶◣?kù)的經(jīng)驗(yàn)為某300MW風(fēng)電場(chǎng)按10%容量配置儲(chǔ)能，需配置30MW儲(chǔ)能，可儲(chǔ)60MWh電能，僅是11月28日1∶45-8∶45時(shí)段限電量的零頭。即使按20%配置，可儲(chǔ)120MWh電能，仍然僅為該時(shí)段限電量的十分之一。關(guān)鍵在于，無論為風(fēng)電項(xiàng)目配置多大的儲(chǔ)能裝置，基本可視為法庫(kù)項(xiàng)目的放大版，其儲(chǔ)電上網(wǎng)的度電成本均為5元，這說明如果僅為了解決限電問題為可再生能源項(xiàng)目配置儲(chǔ)能，是不可能達(dá)到投入產(chǎn)出平衡的。

(三)儲(chǔ)能對(duì)電能質(zhì)量的貢獻(xiàn)體現(xiàn)在電網(wǎng)側(cè)

由于風(fēng)電出力受風(fēng)速所固有的波動(dòng)性影響較大，在電網(wǎng)薄弱地區(qū)容易引起電網(wǎng)電壓和頻率穩(wěn)定性問題。目前解決這種問題的措施主要是進(jìn)行風(fēng)功率預(yù)測(cè)和安裝無功補(bǔ)償?shù)仁侄?。安裝儲(chǔ)能裝置可以使風(fēng)電場(chǎng)更好地配合電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)峰和調(diào)頻，但從系統(tǒng)角度看，以這種目的配置的儲(chǔ)能是電網(wǎng)建設(shè)的需要，而不是電源建設(shè)的需要。為電網(wǎng)提供服務(wù)的儲(chǔ)能裝置應(yīng)該在電網(wǎng)中配置，讓每個(gè)風(fēng)電場(chǎng)配置儲(chǔ)能不但不經(jīng)濟(jì)，也無必要。

以抽水蓄能為例，其主要作用是為電網(wǎng)運(yùn)行服務(wù)，我國(guó)現(xiàn)行的有關(guān)政策規(guī)定，抽水蓄能電站由電網(wǎng)企業(yè)根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行需要進(jìn)行規(guī)劃，原則上由電網(wǎng)企業(yè)全資建設(shè)和管理，杜絕電網(wǎng)企業(yè)與發(fā)電企業(yè)合資建設(shè)，嚴(yán)格審核發(fā)電企業(yè)投資建設(shè)抽水蓄能電站項(xiàng)目。在投資回收機(jī)制方面，不再核定抽水蓄能項(xiàng)目的電價(jià)，其建設(shè)和運(yùn)行成本納入電網(wǎng)運(yùn)行費(fèi)用統(tǒng)一核定。

（四）儲(chǔ)能裝置并不是電力系統(tǒng)靈活性的唯一來源

電力是唯一不能被輕易存儲(chǔ)的重要“能源載體”，因此目前的電力存儲(chǔ)技術(shù)一直未取得實(shí)質(zhì)性突破，更不能以良好的經(jīng)濟(jì)性對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行調(diào)節(jié)。幸運(yùn)的是，與通行的假設(shè)不同，缺少經(jīng)濟(jì)儲(chǔ)能方式對(duì)可再生能源未來發(fā)展的影響并不大，因?yàn)槲颐纯梢酝ㄟ^多種途徑獲得電力系統(tǒng)的靈活性。綜合運(yùn)用類型各異、位于不同區(qū)域的可再生能源電源結(jié)構(gòu)，功率預(yù)測(cè)技術(shù)，靈活性電源以及需求側(cè)響應(yīng)等措施，可以構(gòu)建完全滿足需求的可靠電力系統(tǒng)。

結(jié)論

綜上所述，為風(fēng)電等可再生能源發(fā)電配置儲(chǔ)能裝置，盡管在理論上是可行的，對(duì)平衡峰谷有較好的作用。但是，有鑒于當(dāng)前的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)性，儲(chǔ)能技術(shù)尚不具備大規(guī)模推廣的條件。并且就目前我國(guó)風(fēng)電占比僅有3%的情況來看，也沒有必要?jiǎng)佑贸杀靖甙旱膬?chǔ)能設(shè)備。實(shí)現(xiàn)更大比例的可再生能源并網(wǎng)，不是在電網(wǎng)運(yùn)行的物理特性上做出改變，而是在運(yùn)行策略、規(guī)則和程序上做出改變，這是一個(gè)巨大的機(jī)制性挑戰(zhàn)。

（作者單位：國(guó)華能源投資有限公司）