可再生能源配套儲能的四個基本原則

文 | 陳永翀 馮彩梅 劉勇

作者供職于中科院電工研究所儲能技術組，中國化學與物理電源行業協會儲能應用分會

可再生能源的開發利用可以有效應對能源危機和環境問題，是世界各國能源轉型和低碳經濟發展的重要支柱。隨著技術進步和成本逐年下降，近年來可再生能源得到了快速發展。2019年中國可再生能源新增并網裝機（含水電、生物質發電）約6475萬千瓦；全國風電、光伏累計裝機分別為2.1億千瓦和2億千瓦，在電力裝機中占比達到20%。

以風電、光伏為代表的可再生能源具有波動性和間歇性特點，大規模并網給電力系統帶來了穩定性和可靠性挑戰。

儲能技術配套應用于可再生能源發電，可以提供削峰填谷服務以及平滑出力波動、跟蹤預測曲線等功能，是解決可再生能源并網問題的有效途徑之一。

儲能技術種類較多，以抽水蓄能和電化學儲能為主。根據儲能需求特性和時長要求的不同，儲能技術大致可以分為容量型、功率型、能量型和備用型四種類型。

其中，容量型儲能一般要求連續儲能時長大于4小時，例如削峰填谷場景或離網儲能場景；功率型儲能要求儲能系統的連續儲能時長往往小于30分鐘，例如儲能輔助調頻或平滑間歇性電源功率波動場景；能量型儲能介于容量型和功率型之間，一般為1小時左右的復合儲能場景，要求儲能系統能夠提供調峰調頻和緊急備用等多重功能；備用型儲能在電網突然斷電或電壓跌落時，能夠作為不間斷電源立即提供緊急電力，一般要求持續時間不低于15分鐘。

可再生能源發電存在分鐘、小時、連續數天甚至跨季節等不同時間尺度上的波動性或間歇性，因此存在容量型、功率型、能量型和備用型等不同儲能技術類型的需求，以及儲能配置規模、成本要求等方面的差異。

可再生能源配套儲能的主要問題

長期來看，儲能的應用對可再生能源項目開發至關重要。目前由于儲能技術成本較高，從經濟性角度無法有效刺激新能源電站主動配置儲能系統。加之商業模式單一，缺乏儲能與新能源的利益分配機制，因此風電或光伏配套儲能項目僅在棄電上網標桿電價較高的少數地區具備競爭力，“可再生能源+儲能”模式推廣和被接受程度較低，相關儲能項目仍以示范為主。

未來儲能度電成本還有較大下降空間，在電力市場改革和建設過程中，“可再生能源+儲能”的模式也可以通過多種手段參與電力市場獲益。因此，在儲能成本下降和電力市場改革的雙重推動下，“可再生能源+儲能”將會逐漸成為未來能源發展的標配模式。在這個過程中，需要我們梳理配套的基本原則。

可再生能源配套儲能的基本原則

可再生能源配套儲能主要是解決可再生能源發電的波動性問題和間歇性問題。

2020年以來，我國已有江西、湖南、新疆等10多個省份相繼出臺可再生能源配套儲能的相關政策。政策的引導和支持有助于促進儲能產業的發展，但相關配置原則仍需探討。結合目前我國可再生能源開發和儲能技術發展的實際情況，可再生能源配套儲能可能需要遵循以下基本原則：

（1）理想目標匹配原則

水力發電主要受豐水期和枯水期的影響，儲能方面需要重點關注跨季節儲能系統或采用風光水互補方案。

風電波動性大，消納匹配性較差，且存在連續數天大風或無風天氣的情況，風儲結合應用的關鍵在于通過合理的容量配置和適當的運行策略來抑制因波動性和間歇性引發的系統沖擊；配置10小時以上長時儲能系統可相對有效應對風電波動性和間歇性問題。

光伏發電主要存在晝夜差異和短時波動，峰谷特性明顯，發電輸出與負荷匹配度較好，儲能可實現定期充放，利用率相對較高。光伏電站應用儲能技術可以實現平滑功率波動、削峰填谷、調頻調壓的功能，理論上需要配置4小時以上容量型儲能系統，同時兼備平滑波動的功能。

（2）循序遞進原則

上一個匹配原則是未來儲能度電成本大幅下降后擬實現的理想目標，也是儲能大規模發展后的情景。然而，目前的儲能度電成本尚不足以支撐上述理想目標的完全實現。因此，中短期內（5～8年）可以根據儲能系統發揮的不同功能價值以及可再生能源電力系統可接受的成本約束，按照備用型（離網黑啟動）、功率型（平滑功率波動，調頻）、能量型（平滑波動及不超過1小時的臨時頂峰輸出）、容量型（4小時以上的削峰填谷）的循序遞進方式，逐步實現規模應用目標。

（3）集中共享原則

考慮到當不同地區光伏和風電聯網疊加時，某種程度上存在功率及容量的概率互補，而且這種互補情況隨著分布式新能源的增多會更加明顯。因此可再生能源+儲能應由分布式逐步過渡到集中式，盡可能遵循集中共享原則，提升公共資源利用效率，降低設備應用成本。

（4）并網質量主導原則

除了根據新能源特性和儲能功能確定儲能配置方案外，相關部門應對可再生能源的并網質量提出要求。由可再生能源業主根據質量要求，結合儲能系統的安全性和經濟性綜合考慮，自行決定是否配置儲能或配置多大規模的儲能。

采用行政命令手段強制發電業主必須匹配多少容量的儲能，這種方式并不可取，很容易造成儲能系統性能指標弄虛作假的局面，不利于儲能產業的健康可持續發展。

可再生能源發電在電力系統中的占比會持續增加，儲能系統的配置可以有效解決棄風棄光及可再生能源并網帶來的電力系統穩定性和靈活性問題。目前儲能成本較高、收益模式尚不完善，可再生能源配套儲能尚處于初期探索階段。儲能系統在可再生能源發電中的應用首先是解決波動性問題，未來成本下降后可進一步解決可再生能源發電的間歇性問題。可再生能源配套儲能的發展過程中，建議遵循上述四個基本原則，以避免盲目性和資源浪費，促進儲能產業的健康發展。