6鄭耀東----電網視野下的新型儲能發展（CIES2022）.pdf

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1、電網視野下的新型儲能發展鄭耀東2022年9月7日 杭州洲際酒店個人簡介p南網公司特級戰略專家、原創新部副總經理p南網“儲能與可再生能源”重大科研團隊總負責人p國家重點研發計劃梯次利用電池項目負責人(2018YFB09053000)p教授級高工，國務院政府特殊津貼專家p全國電力儲能標委會副主任委員，中國能源研究會儲能專委會副主任委員，IEEE PES儲能技術委員會(中國)副主席畢業于浙江大學，從事電網調度運行25年、科技工作9年，專注儲能在電力系統的示范、應用鄭耀東2第一部分：電網運行第二部分：新型儲能發展第三部分：思考與探索匯報目錄3電網概念4 電網：電力系統中各種電壓的變電所及輸配電線路組成

2、的整體，稱為電力網。它包含變電、輸電、配電三個單元。電力網的任務是輸送與分配電能，改變電壓。-“輸變配”電力系統：電力系統的主體結構有電源（水電站、火電廠、核電站等發電廠），變電所（升壓變電所、負荷中心變電所等），輸電、配電線路和負荷中心。-“發輸變配用”來源于百度百科4電力系統示意南網總調科普圖5南網自我定義6南方電網基本情況 南方電網覆蓋廣東、廣西、云南、貴州、海南五省區，并與香港、澳門地區以及東南亞國家的電網相聯，供電面積102萬平方公里，供電人口2.72億。2021年，全網統調最高負荷達2.162億千瓦，同比增長8.21%，南方五省區全社會用電量14056億千瓦時，非化石能源電量占比4

3、8.9%。西電東送已形成“八條交流、十一條直流”19條500千伏及以上大通道，送電規模超5800萬千瓦。7南方電網基本情況 截至2021年底，全網總裝機容量3.7億千瓦(其中火電1.6億千瓦、水電1.2億千瓦、核電1960.8萬千瓦、風電3407.6萬千瓦，光伏2292.8萬千瓦，分別占42.7%、32.3%、5.3%、9.2%、6.2%)；2021年全網電源總發電量13203.1億千瓦時（其中火電6715.9億千瓦時、水電4019.7億千瓦時、核電1357.3億千瓦時、風電627.4億千瓦時，光伏221.9億千瓦時，分別占50.9%、30.4%、10.3%、4.8%、1.7%）。8電網運行的

4、主要指標n 暫態功角穩定n 動態功角穩定n 電壓穩定n 頻率穩定n 熱穩定n 次同步和超同步振蕩風險n 短路電流風險 安全穩定主要要求滿足電網安全運行 電能質量主要指標n 電壓偏差n 頻率偏差n 電壓三相不平衡n 諧波和間諧波n 電壓的波動和電壓的閃變滿足電網優質運行（GB/T 15945-2008）（GB 12325-2008）（GB/T 15543-2008）（GB/T 14549-93 GB 24337-2009）（GB 12326-2008）源自一名2011年畢業的電自專業碩士生總結，設計院系統專業工作5年，科研院系統專業工作6年。缺什么？電網運行的實際情況2021年南方電網頻率合格率

5、統計表（）2 20 02 21 1年年2 20 02 20 0年年同同比比合合格格率率標標準準超超標標準準聯網系統0.2Hz合格率100100099.99790.0021云南異步電網0.2Hz合格率99.9999899.99998099.99960.00038最高頻率（Hz）50.0750.070-最低頻率（Hz）49.8949.880.01-越限時間（秒）000-高周越限時間（秒）000-低周越限時間（秒）000-總調0.2Hz責任頻率合格率1001000 廣東0.2Hz責任頻率合格率100100099.9980.002廣西0.2Hz責任頻率合格率100100099.9980.002貴州0.

6、2Hz責任頻率合格率10010001000海南聯網0.2Hz合格率1001000-聯網系統0.1Hz合格率99.9999999.999990-10電網運行的實際情況 各省區電網中樞點電壓合格率電網電壓合格率(%)同比增長(%)全網99.999980.005626直屬99.999970.000027廣東1000廣西1000云南1000貴州1000海南99.9997-0.0001廣州1000深圳100011電網運行的實際情況 受經濟復蘇、持續高溫、燃料供應困難、來水偏枯等多重因素影響，2021年出現電力供應缺口，除海南外，其余省份均于部分時段實施有序用電。全網廣東廣西云南貴州海南計劃錯避峰最大電力

7、-2110.00690.20588.20434.300同比-影響電量238.9633.8351.07111.6642.390同比-需求側響應最大電力1491490000同比-影響電量2.742.740000同比-緊急限電最大電力4714710000同比-拉路條次200020000000同比-影響電量0.570.570000同比-能耗雙控電力-323.20270.00283.86-同比-錯峰限電12第一部分：電網運行第二部分：新型儲能發展第三部分：思考與探索匯報目錄13儲能概念 電力儲能方式：抽水蓄能、電池蓄能、超導體蓄能、機械飛輪蓄能、壓縮空氣蓄能等。(百度百科)電力儲能技術：儲存電能的技術。

8、在電力系統中,電能的生產和使用同時進行,且在數量上平衡。但用電量總在波動,同時還需考慮發電設備故障的可能性。因此系統中投入運行的發電設備容量往往高于用電量,從而可將多余的電能儲存起來,以備用電量上升時調劑使用。（百度百科）儲能（stored energy）：是指通過介質或設備把能量存儲起來，在需要時再釋放的過程。(百度百科)(圖片源自網絡)14雙碳目標及新能源發展習近平總書記（自2020年9月聯合國大會提出，至12月5次闡述）：2030年前碳達峰（非化石能源消費比重25%，新能源發電量占比？）2060年前碳中和（非化石能源消費比重80%，新能源發電量占比？）儲能！儲能！儲能？20/21年非化石

9、裝機9.85/11.2億千瓦，占45/47%；電量2.58/2.9萬億千瓦時，占34/34.6%。風光裝機5.3/6.58億千瓦，占24/27.6%；電量7276/9805億千瓦時，占9.5/11.7%。-數據來自中電聯年度報告20/21年風光電力、電量占比：26/29%、12/12.8%；13.9/15.4%、8/6.5%；37.7/39.4%、18.6/24%。0.2Hz頻率合格率：100%2030年風光裝機將達12億千瓦以上，2060年，間歇性風光是主供電源或唯一電源？。15雙碳目標電力行業是實現“雙碳”目標的關鍵領域。中國80%的溫室氣體由能源活動產生，電力行業是碳排放占比最大的單一行

10、業（占比超過能源活動碳排放的40%），電力行業同時也是減碳技術最成熟、成本最低的行業，大力提升風光發電占比和終端電能消費占比是實現“雙碳”目標的現實選擇。注注：數數據據引引自自2 20 01 19 9年年6 6月月我我國國向向聯聯合合國國提提交交的的中中華華人人民民共共和和國國氣氣候候變變化化第第二二次次兩兩年年更更新新報報告告16雙碳目標中國實現“雙碳”目標極具挑戰。目前，全球已經有50多個國家實現碳達峰，占全球碳排放總量的40%。碳排放前十五位的國家中，美、英、法、德、日、韓等10個國家已經實現碳排放達峰。全球已有超過130多個國家以政策宣示或立法等不同方式提出碳中和目標，中國也提出了“2

11、030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”的“雙碳”目標。同歐美國家相比，我國實現“碳中和”的任務更艱巨，需付出巨大努力，體現在3個方面：過渡期僅為30年。能源消費總量大，能耗水平高。二氧化碳排放總量高、二氧化碳單位排放量高。注注：二二氧氧化化碳碳排排放放、能能耗耗、煤煤炭炭占占比比、非非化化石石能能源源占占比比數數據據來來自自B BP P的的2 20 02 20 0年年世世界界能能源源統統計計評評論論，能能源源消消費費強強度度單單位位為為：噸噸標標準準煤煤/萬萬美美元元，二二氧氧化化碳碳排排放放強強度度單單位位為為：噸噸/萬萬美美元元17庫布齊沙漠光伏草原、海上、云風電新能源為主體

12、及煤炭和新能源優化組合l 2021年12月8日，中央經濟工作會要求正確認識和把握碳達峰碳中和，傳統能源逐步退出要建立在新能源安全可靠的替代基礎上。要立足以煤為主的基本國情，抓好煤炭清潔高效利用，增加新能源消納能力，推動煤炭和新能源優化組合。l 2021年3月15日，中央財經委員會第九次會議，習總書記指出，要構建清潔低碳安全高效的能源體系，控制化石能源總量，著力提高利用效能，實施可再生能源替代行動，深化電力體制改革，構建以新能源為主體的新型電力系統。202021年中國新型儲能市場規模中國新型儲能市場累計規模 5.73GW，新增規模首次突破 2GW，同比增長74.5%；中國新型儲能市場累計裝機規模

13、數據來源：CNESA全球儲能數據庫電池儲能之南網行動結語“我本人熱愛儲能。我冷靜觀察，我認真分析，我積極實踐，我全力支持?！?01520162017201820192020微風漸起水面初平云腳低波瀾不驚春和景明不忘初心砥礪前行沉舟側畔千帆過病樹前頭萬木春十年松竹誰留守南渡飛揚是中興長風破浪會有時直掛云帆濟滄海2021*來源：CNESA白皮書2015-2022俞振華：前言新型儲能發展及我之言論22溪云初起日沉閣山雨欲來風滿樓2022新型儲能發展快、占比小、應用差儲能發展趨勢十二五兆瓦級示范科研示范0.2GW十三五百兆瓦應用單一盈利3GW十四五吉瓦平臺運營價值充分發揮30GW儲能研究應用現狀p 電

14、化學儲能規模增長迅猛，十四五規模預計達到30GW。2021年全國儲能46GW，其中新型儲能約6GW，抽水蓄能約40GW（電力裝機2380GW）p 蒙西22年擬投5040MWh；山東21/22年示范5/25個502/2570MW、1032/5140MWh；南網740MWhp 缺規劃、重示范、難運營、應用模式單一，價值作用發揮不充分。p 電網側儲能商用困難p 發電側儲能零和博弈p 用戶側儲能盈利微薄發電側儲能用戶側儲能電網側儲能23儲能產業發展現狀 從發展態勢上看，儲能邁入了政策和市場雙輪驅動的新階段。為促進儲能技術發展，近年來我國相繼出臺了一系列儲能相關的頂層政策，從戰略規劃層面方面為儲能的發展

15、打下了堅實的基礎；特別是2021年4月份以來，一系列重磅政策的發布，為儲能的發展邏輯、市場主體地位、成本疏導方式、項目管理要求指明了方向。發布機構文件發布日期相關內容發改委關于進一步完善抽水蓄能價格形成機制的意見（發改價格2021633號）2021.4堅持以兩部制電價政策為主體，進一步完善抽水蓄能價格形成機制，以競爭性方式形成電量電價，將容量電價納入輸配電價回收，同時強化與電力市場建設發展的銜接發改委“十四五”時期深化價格機制改革行動方案2021.5建立新型儲能價格機制，推動新能源及相關儲能產業發展發改委、能源局關于加快推動新型儲能發展的指導意見2021.7建立電網側獨立儲能電站容量電價機制，

16、逐步推動儲能電站參與電力市場；研究探索將電網替代性儲能設施成本收益納入輸配電價回收發改委關于進一步完善分時電價機制的通知2021.7從六個方面對現行分時電價機制作了進一步完善：優化峰谷電價機制、建立尖峰電價機制、建立健全季節性電價機制和豐枯電價機制、明確分時電價機制執行范圍、建立動態調整機制、加強與電力市場的銜接.發改委、能源局關于鼓勵可再生能源發電企業自建或購買調峰能力增加并網規模的通知2021.7在電網企業承擔可再生能源保障性并網責任的基礎上，鼓勵發電企業通過自建或購買調峰儲能能力的方式，增加可再生能源發電裝機并網規模。能源局并網主體并網運行管理規定（征求意見稿）、電力系統輔助服務管理辦法

17、（征求意見稿）2021.8明確新型儲能和抽水蓄能等可調節負荷作為新增獨立主體參與新版“兩個細則”考核和輔助服務，分攤機制由并網電廠內分攤變為發電企業與電力用戶共同分攤.能源局新型儲能項目管理規范（暫行）2021.9對新型儲能項目的規劃引導、備案建設、并網運行、監測監督等各個方面提出了明確具體的要求，制訂了一套科學、系統的管理規范國務院中共中央 國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見加快推進抽水蓄能和新型儲能規?；瘧?，加快形成以儲能和調峰能力為基礎支撐的新增電力裝機發展機制國務院2030年前碳達峰行動方案2021.10積極發展“新能源+儲能”、源網荷儲一體化和多能互補，

18、支持分布式新能源合理配置儲能系統。制定新一輪抽水蓄能電站中長期發展規劃，完善促進抽水蓄能發展的政策機制。加快新型儲能示范推廣應用。24儲能產業發展現狀 調峰、調頻是儲能參與電力市場的主要領域。中國電力市場建設處于起步階段，儲能尚不能參與電力中長期交易、現貨市場、容量市場。除用戶側儲能“削峰填谷”外，參與調峰、調頻等電力輔助服務是儲能主要的盈利模式。截至到2020年底，全國有20多個省制定出臺了調峰輔助服務市場規則，10多個省份和地區出臺了調頻輔助服務。海南黑龍江吉林遼寧河北福建江西安徽湖北湖南廣西山西內蒙古陜西寧夏甘肅青海四川貴州云南西藏新疆江蘇浙江臺灣天津重慶山東河南北京廣東海南黑龍江吉林遼

19、寧河北福建江西安徽湖北湖南廣西山西內蒙古陜西寧夏甘肅青海四川貴州云南西藏新疆江蘇浙江臺灣天津重慶山東河南北京廣東已開展調峰輔助服務的地區已開展調頻輔助服務的地區25儲能應用場景理論較多，實際受限峰谷套利需求響應備用電源平抑出力波動微網調節發電峰谷調節發電+輔助服務調頻服務調峰服務電壓調節阻塞管理延緩擴容升級應急電源新能源消納發電側輸配網用戶側新能源并網黑啟動低電壓治理電能質量改善系統備用其他輔助服務電力系統26抽水蓄能環境好，容量大（單站最大360萬kW/8h）27單機一般30萬kW，壽命30年28三機抽水四機發電調峰29抽水蓄能電站p成熟技術 多年運營 安全可靠 功率穩 壽命長p價值、使用價

20、值匹配p創造者、投資人、運營者、使用人均滿意30儲能箱31新型儲能站布局靈活，容量?。ㄒ话?h）32充電站、換電站是潛在儲能站？項目名稱指標名稱蘇州昆山湖南長沙張家港海螺水泥福建晉江海豐小漠唐山豐潤青海共享裝機規模193.6MWh120 MWh32 MWh30MW/108.8MWh30MW/14.93MWh9MW/4.5MWh50MW/100MWh儲能技術路線鋰電鋰電鋰電鋰電鋰電鋰電鋰電商業模式電網側兩部制電價+新能源租賃+調峰用戶側電網側獨立儲能合同能源管理合同能源管理電源側共享投產日期2020.8.142019.42019.62020.1.10 2019.82018.122018.12單位

21、容量占地面積108m3/MWh94m3/MWh22 m3/MWh99m3/MWh100m3/MWh133m3/MWh135 m3/MWh循環壽命5000次7000次10000次8000次4000次5000次6000次放電深度90%80%80%/95%系統綜合效率71%80%86%90%86%88%79%年循環次數86次406次613次1000次2718次668次275次充放電倍率2C1C0.25C0.5C2C2C0.5C單位容量投資336萬/MWh275萬/MWh237萬/MWh893萬/MW340萬/MW390萬/MW235萬/MWh單位容量收益60萬/MWh18萬/MWh20萬/MWh-1

22、01.6萬/MW319萬/MW47.6萬/MW12萬/MWh電價機制單一制電價，充放相抵，損耗自擔電網內部兩部制電價目錄峰谷電價單一制電價，充放相抵，損耗自擔充電電價為火電廠標桿上網電價0.467元/kWh充電電價為火電廠標桿上網電價充電電價0.2277元/kWh，放電電價0.7元/kWh規?；瘍δ芗夹g性能得到了部分驗證。用于調峰的項目單位容量投資多在23503900元/kWh區間，用于調頻項目在34003900元/kW區間；磷酸鐵鋰系統效率在79%90%之間，全釩液流在55%72%之間。放電深度在80%95%之間。年循環次數差別較大，調峰項目較少、調頻項目較多，最少的為80多次，最多的高達2

23、700多次。充放電倍率在0.25C2C之間，用戶側儲能采用0.25C，調頻項目多采用2C。虛擬同步發電機一次調頻、調壓、黑啟動、次同步振蕩抑制等技術對電網的主動支撐功能也得到了驗證。國內調研項目基礎信息及運行數據典型儲能運營狀況調研新型儲能電站p 比較成熟 運營不久 火儲聯調零和博弈、新能源配建購買路條電站容量小，基本沒有調度管理p 價值、使用價值匹配？p 運營不穩定，作用發揮不明顯，使用價值局限在示范35電化學儲能與抽水蓄能的真正關系對比p 儲能，主要是能量即電量，是功率與時間的乘積！應關注體積比，而非面積比p 在累計裝機容量可發電量占比方面，電化學儲能最多為抽水蓄能的1/36（2.8%），

24、而不是1/9（11%）功率平面時間抽水蓄能電化學儲能功率平面時間抽水蓄能電化學儲能注：電量分布按照抽水蓄能持續放電時間為8小時、電化學儲能持續放電時間為2小時進行估算8h2h8h8h2h36總結：機遇有、挑戰大p 雙碳p 新型電力系統p 風光間歇性/用電持續性機遇挑戰p 常規水電可調節，抽水蓄能成熟技術、主力軍位置p 新型儲能量小、價高、安全性堪憂（韓、美、澳、中）37第一部分：電網運行第二部分：新型儲能發展第三部分：思考與探索匯報目錄38思考與探索第四階段第三階段第二階段第一階段不同滲透率下對靈活性資源的需求VRE發電量占比第一階段u 對系統基本沒有影響；u 在發電廠的并網點產生極少的局部影

25、響；03%第二階段u 負荷與凈負荷之間的變化日益明顯；u 需要改進系統運行方式，更充分地利用現有系統靈活性資源3%13%第三階段u 供需平衡難度加大，需要系統性地提高電力系統靈活性；u 現有設施和改進運行方式難以滿足靈活性需求，需要對新的靈活性進行投資13%24%第四階段u 某些時段，VRE發電量足以提供大部分電力需求；u 系統運行需要加強受到擾動后迅速響應的能力；u VRE也要提供頻率響應服務，如一次調頻和二次調頻。23%50%第五階段u VRE發電量經常超過電力需求，出現負凈負荷的結構性過剩；u 某些時段完全由VRE供應，不需要火電提供負荷；u 需要轉移用電需求，以及通過電氣化創造新需求，

26、增加與相鄰系統的電力交換；50%以上第六階段u 主要挑戰是在風能和太陽能可用率持續較低時（比如數周）如何滿足電力需求。u 需要季節性儲能，以及應用氫等合成燃料。50%以上來自國際能源署的六階段劃分來自國家能源局的數據電網調節能力（含儲能）階段要求與VRE發電占比2019年底風光發電量占比&對應的電力系統階段思考與探索從效率、壽命、成本來看，不同類別儲能差別較大。從整個系統來看，抽蓄成本為5800-6800元/kW（8小時系統，725-850元/kWh），4h壓縮空氣為6000元-8000/kW（1500-2000元/kWh），磷酸鐵鋰電池儲能成本基本上在1500-2500元/kWh（能量型）、

27、3000-4000元/kW（功率型），4h的全釩液流電池成本在2500-3500元/kWh之間。儲能技術地區項目名稱裝機總投資（億元）單位投資壽命效率度電成本抽水蓄能廣東廣州240萬千瓦65.022709元/kW406076%年循環300次，0.20.3元/kWh惠州240萬千瓦81.343389元/kW77%清遠128萬千瓦49.853895元/kW78%深圳120萬千瓦59.794983元/kW78%海南瓊中60萬千瓦39.956658元/kW82.72%江蘇沙河10萬千瓦6.0336033元/kW74.6%宜興100萬千瓦47.634763元/kW76%溧陽150萬千瓦895933元/k

28、W75%河北撫寧120萬千瓦80.596716元/kW建設中設計值75%吉林蛟河120萬千瓦69.725810元/kW浙江衢江120萬千瓦73.086090元/kW山東濰坊120萬千瓦81.186756元/kW新疆哈密120萬千瓦82.306858元/kW壓縮空氣山東肥城一期50MW/300MWh5.3610720元/kW1787元/kWh3060%/河北張北100MW/400MWh88000元/kW2000元/kWh設計值70.4%/磷酸鐵鋰電池湖南洪塘營風電場10MW/20MWh3268.68萬1630元/kWh調峰10年左右調頻5年之內80%88%0.75元/kWh(兩充兩放,初始投資2

29、000元/kWh）青海烏圖美仁儲能20MW/40MWh4398萬1100元/kWh塔拉灘儲能65MW/130MWh1.381060元/kWh平原風電場風儲40MW/40MWh1.4521815元/kWh液流電池大連100MW/400MWh示范項目一期100MW/400MWh194750元/kWh15年60%70%0.94元/kWh(兩充兩放,初始投資3000元/kWh）當前主流儲能技術性能及成本現狀40地區電網風光發電占比55%，未見儲能41思考與探索思考與探索從安全來看，主流的鋰離子電池儲能存在著火、爆炸風險，安全問題日益突出。據不完全統計，全世界范圍內鋰電池儲能火災安全事故超過了50起。對于鋰離子電池來說，由于化學本體存在較大安全隱患，目前的技術無法保證絕對安全。美國亞利桑那州ASP公司儲能項目北京直流光儲充一體化儲能項目江蘇揚中某用戶側儲能項目山西某電廠9MW調頻儲能項目2021.072021.042019.092019.042018.08美國連發2起火災4243因地制宜勿忘標桿感謝聆聽！使用價值發揮是新型儲能發展的唯一出路