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      山東獨立儲能爆發式增長的背后邏輯

      中國電力企業管理發布時間:2024-01-26 14:40:09  作者:裴善鵬

        獨立儲能解決了配建儲能無盈利模式、充放電損耗自擔的問題,實現了利用小時數和設備質量的雙提升,成為全國主流建設方式。截至2023年10月中旬,山東省新型儲能裝機達到323萬千瓦,其中獨立儲能236萬千瓦,成為山東儲能爆發式增長的“主力軍”?!渡綎|省新型儲能配建轉獨立試點管理辦法(暫行)》的發布更是引發了全國的廣泛關注。為解密山東獨立儲能爆發式增長的背后邏輯,筆者走訪調研了親身參與山東儲能發展的各界人士,揭示山東省具體舉措和儲能爆發式發展的深層次原因,希望能夠為全國各省份儲能發展提供參考。

        發展背景

        山東省風光資源豐富、工業發達,是全國電力裝機第一大省,截至2023年8月,電力總裝機達20246萬千瓦,甚至超過了德國。在國家“雙碳”目標的引領下,山東省新能源高速發展,“十四五”前三年新增電力裝機基本為風、光新能源,以光伏為例,近5年年均增速超過30%;截至2023年8月,山東省新能源和可再生能源發電裝機達到8625萬千瓦,同比增長28%,占電力總裝機的比重達到42.6%,同比提高5.2個百分點;到2025年,預計新能源和可再生能源發電裝機突破1億千瓦;到2030年,裝機可達到1.7億千瓦以上。

        然而,在新能源高速發展的態勢下,其波動性給電網帶來的調節壓力也越來越大。目前,山東電力系統調峰資源早已消耗殆盡,火電日內啟停機等非正常調峰手段已經成為常態化;一次調頻資源逐漸緊張,相關輔助服務費用不斷上調。目前,山東省電力調峰主要依靠直調公用煤電機組及泰安、沂蒙等抽水蓄能電站,調峰手段相對單一,且調峰能力嚴重不足,尤其在冬、春季供熱期,約80%的煤電機組因需保障民生供熱使得機組靈活性調節能力下降。靈活性高、啟停響應快的燃氣機組也尚未建成投運,因此,近年來,山東省棄風、棄光率分別達到了2.1%和1.5%。隨著風電、光伏發電裝機的持續快速增長及外電規模的持續擴大,消納高比例可再生能源的任務也會愈發艱巨。

        儲能是解決上述問題的有效手段,尤其是新型儲能技術的異軍突起為其提供了新的途徑。2020年,山東省首個新能源配建儲能電站——明德朝暉光伏電站配套儲能投產,實現了新型儲能零的突破,截至2020年底,山東省已建成6.96萬千瓦配建儲能,初具規模的同時,配建儲能的問題也逐漸暴露出來:

        一是配建儲能質量較差。新能源企業建設儲能就是為了并網指標,在經濟利益的驅使下,使用的設備質量較差,甚至使用廢舊電池,消防設施更是能省則省。

        二是儲能利用率很低。配建儲能充放電沒有收益,損耗的電量還需要新能源企業自己承擔,同時由于設備質量較差,出于安全考慮,企業選擇盡量不充放,造成設備閑置。

        三是建設地點不靈活。電網中有很多關鍵節點更需要儲能,可以節省全電力系統的投資,但配建儲能只能按比例與風、光同場建設,不能按需布置在最需要儲能的地方,作用發揮打折扣。

        四是調度運用不方便。由于單個儲能場站多為幾千到一萬千瓦,規模太小,占用電網調度資源比較嚴重,使用起來也比較繁瑣。

        山東省能源主管部門很早就意識到了配建儲能存在的問題,在充分調研湖南省、廣東省、江蘇省儲能發展的基礎上,提出借鑒湖南省經驗,將配建儲能集中布置在電網需要的關鍵節點、新能源共享使用,以及參與電力市場盈利的思路,要求山東電力工程咨詢院、山東電力經研院等智庫機構研究并測算儲能需求和政策強度,組織國家電網有限公司、華能集團、華電集團、國家電投集團、三峽集團等企業積極布局獨立儲能項目,促進了山東省獨立儲能的發展。

       

        落地實踐

        獨立儲能是指具備獨立計量、控制等技術條件,以獨立主體身份直接與電力調度機構簽訂并網調度協議、由電力調度機構調度管理的儲能。獨立儲能想要真正落地,需要建設 “四梁八柱”,如支持政策、安全體系、市場規則、標準規范等,使其能夠融入電力系統的調度、安全、營銷、監管體系。山東省能源局聯合山東省發改委、山東省能源監管辦、國網山東省電力公司,在專業咨詢機構的技術支持下,省內規劃、調度、營銷、投資、工程各機構群策群力,構建獨立儲能落地的政策體系,在實踐中示范多種儲能技術,試驗多種安全技術和機制。開展的工作可歸納為三個堅持:

        堅持政策引領,先行先試破題。創新出臺獨立儲能參與電力現貨市場、長時儲能、配建儲能轉獨立儲能等多個“全國第一”的儲能支持政策,要做到儲能發展政策支撐體系全國領先;首創獨立儲能電站進入現貨市場運行方式,創造“電量交易+容量補償+容量租賃”收益模式,儲能運行經濟性要得到可靠保障;率先將儲能配置比例高低作為風光資源獲取的首要條件,并按照配儲比例依次保障并網,儲能建設積極性顯著提升;推動儲能示范項目建設,相關經驗做法在全國能源工作會議上進行交流,成為各省市儲能發展的學習樣板。

        堅持技術創新,塑造發展優勢。在獨立儲能的建設中堅持電化學、壓縮空氣、儲熱、制儲氫等主流技術齊頭并進,飛輪、液流電池、固態電池等差異化技術積極實踐,多種技術路線為儲能突破發展瓶頸提供了不同的解決方案;創新獨立儲能“自調度”交易機制,探索配建儲能聯合新能源進入電力現貨市場,其多元商業模式為全國儲能市場化運作帶來了“山東示范”;把好示范項目篩選關,建立科學的評價指標體系,確保項目選得出、建得成;示范“鋰電池+”模式,“鋰電池+液流電池”“鋰電池+固態電池”“鋰電池+鈉離子電池”等示范項目先后落地,用“大帶小”的方式有效解決了各類新技術初期面臨的經濟性問題。

        堅持底線思維,筑牢安全防線。先后試驗微粒子、大數據、阻抗譜等預警技術,全氟己酮、高壓細水霧等滅火技術,壓縮空氣泡沫等防復燃技術,消防預警、滅火抑制、防止復燃三級電化學儲能消防體系逐步形成;超前啟動儲能設計、生產、建設、驗收、運維、管理等全過程標準制定計劃,已實施2項、立項8項,標準規范體系日趨全面;搭建在線監測平臺,全面開展涉網安全檢測,組織專家研究儲能電站安全薄弱點,預防阻止事故發生;組織全國首次電化學儲能電站火災應急演練,通過模擬實戰檢驗應對電站火災的防控能力,事故應急處置能力顯著增強。

        經過三年的建設,山東省新型儲能裝機躍居全國第一,獨立儲能引領全國。目前,山東建成的獨立儲能示范項目亮點紛呈。華電萊城是全國首個“高壓級聯+集中液冷”的儲能項目,高壓級聯大幅壓縮占地18畝,集中液冷取消集裝箱內分散式空調,轉而采用大型機組制冷,電站效率提高4~5個百分點;三峽慶云是全國首個液冷大型儲能項目,綜合利用高效液冷管路流程結構和全變頻自然冷卻技術,電芯溫差降低50%,電池壽命顯著延長;濟寧微山綜合配置“風冷鋰離子電池+液冷鋰離子電池+固態電池”技術,效率提升2%~3%、輔助能耗降低20%;國家電投海陽項目示范1兆瓦/4兆瓦時液流電池技術,為長時儲能政策的出臺積累了寶貴的數據;肥城10兆瓦先進壓縮空氣儲能示范項目,有效驗證了先進壓縮空氣儲能技術的可靠性、可行性,為后續300兆瓦項目建設打下了堅實的技術基礎。在優質政策環境和堅強支撐體系的吸引下,華能、華電、國家電投、三峽、中核、中廣核、華潤等電力央企的首個百兆瓦級儲能電站全部落戶山東,陽光電源、遠景能源、特變電工等民企巨頭也將儲能領域的首個試點落在山東。山東獨立儲能在全國率先實現了盈利,截至2023年8月,山東已經有16個獨立儲能項目進入電力現貨市場運行。

        優勢發揮

        獨立儲能參與電力現貨市場,報量不報價,接受現貨價格,可賺取電能量交易收益;還可獲取山東電力現貨市場特有的容量補償費用;同時,獨立儲能可作為并網條件租賃給新能源,賺取容量租賃收入。目前,在山東省建設的獨立儲能功率均在60兆瓦及以上,連續充電時間2小時及以上。

        與配建儲能相比,獨立儲能具有如下優勢:

        一是建設質量高。獨立儲能充放電有收益,為了保證運營,投資企業會選用優質設備,在安全投入上也遠高于配建儲能。

        二是設備利用率高。獨立儲能每天預測第二日電價,實施自調度,即自行決定第二天的充放電時段。實際數據證明,山東獨立儲能利用小時數是配建儲能的3倍以上。

        三是建設地點靈活。獨立儲能可根據電力系統需求,在電力系統任一點建設,規模也根據需求設置,不受新能源建設地點的限制,可最大限度發揮儲能作用。

        四是調度運用方便。獨立儲能規模較大,占用調度資源少,在緊急情況下調度使用更方便,還可以更有效地發揮減少旋轉備用、緊急功率支撐等多重作用。

        在山東省已投產的新型儲能項目中,相比配建儲能,獨立儲能在裝機、收益、利用率等方面實現全面領先。從裝機占比看,配建儲能占30%,獨立儲能占70%;從收益模式看,配建儲能無收益模式且損耗自擔,獨立儲能可獲得新能源租賃、現貨電能量交易、容量補償三部分收益,占比分別為60%、25%和15%;從實際利用來看,2023年上半年配建儲能發電利用小時數192小時,相當于每天0.5次充放,而獨立儲能533小時,相當于1.5次充放;從參與電力市場實際收益情況來看,山東省連續運行超過一年的儲能項目有5個,大部分保持了微利。鑒于2023年儲能價格已經下降了25%。若按2023年造價,取上述 5個項目2023年平均運行數據測算,項目收益較好。

        獨立儲能最大的盈利來源就是租賃,但存在的最大不確定性也是租賃。目前,山東儲能租賃價格由市場定價,2023年上半年平均為每年266元/千瓦,隨著儲能設備價格下降,儲能租賃價格也有下降的趨勢。而各項目租賃比例變化與企業內部需求緊密相關,華能、華電等企業集團風光電站自有率高,租賃有保障,項目收益穩定;有的企業自有風光電站少,靠市場全部租賃出去有困難,項目盈利較差。

        創新政策

        2023年,隨著山東省獨立儲能政策的逐漸穩定成熟,山東省能源主管部門又開始了新一輪的政策創新,主要包括長時儲能政策和配建儲能轉獨立儲能政策。

        長時儲能政策

        2023年7月23日,山東省發布《關于支持長時儲能試點應用的若干措施》,制定了全國首套長時儲能支持政策。長時儲能政策與山東獨立儲能政策框架相同,其收益仍然由電量交易、容量補償、容量租賃三部分組成,給予的政策和調整包括:電量交易上損耗部分不繳納輸配電價和基金附加,容量補償費用暫按其月度可用容量補償標準的2倍執行,容量租賃上按其功率的1.2倍折算配儲規模。

        長時儲能是指連續滿功率放電時間在4小時及以上的儲能,是未來電力系統儲能的主力軍,包括但不限于壓縮空氣儲能、液流電池儲能等。長時儲能單位千瓦造價較高,按照現行獨立儲能政策盈利比較困難,為了扶持長時儲能盡早落地,打下良好的技術基礎和政策基礎,山東省能源主管部門出臺了該政策。在政策的編制過程中,山東省以壓縮空氣長時儲能造價、效率等指標為參考,結合山東獨立儲能支持政策進行了政策設計和技術經濟測算,對單位瓦時造價不高于1.25元、效率不低于66%的長時儲能項目有很好的支持效果,其他長時儲能應逐步達到此標準。

        配建轉獨立政策

        2023年8月23日,山東省發布《關于開展我省配建儲能轉為獨立儲能試點工作的通知》,建立了全國首套配建儲能轉獨立儲能的執行細則,明確了配建儲能轉獨立儲能的試點條件、申報程序及建設驗收方法等內容。其中,同一地點3萬千瓦及以上、改造后接入電壓等級110千伏及以上是配建儲能轉獨立儲能的基本條件。

        獨立儲能通過實踐已經證明了其具有的巨大優勢,但如何盤活存量的配建儲能資產是擺在管理者面前的重大問題。國家發改委、國家能源局印發的《關于進一步推動新型儲能參與電力市場和調度運用的通知》(發改辦運行〔2022〕475號)要求:“具備獨立計量、控制等技術條件,接入調度自動化系統可被電網監控和調度,符合相關標準規范和電力市場運營機構等有關方面要求,具有法人資格的新型儲能項目,可轉為獨立儲能,作為獨立主體參與電力市場。”根據國家要求,山東省制定了配建儲能轉獨立儲能的相關具體措施,從技術條件、安全方案、申報程序、建設驗收等方面明確了配建儲能轉獨立儲能的技術標準、操作方法和享受權利,在全國引起了很大反響。目前,華潤東營等項目正積極申請示范轉獨立,成為全國首批配建儲能轉獨立儲能的項目,為全國儲能發展探索了新的道路。

        未來展望

        展望未來,前景可期。創新是山東獨立儲能發展的根本動力,山東儲能已經走過規劃創新、政策創新、標準創新、安全創新階段,即將邁入新的發展階段。下一步,山東省將出臺《關于加強新型儲能入庫項目管理工作的通知》《分布式儲能支持政策》等常態化支持政策,開創分布式儲能新格局;發布《電化學儲能發電工程設計規范》《電化學儲能電站建設安全規范》《山東省建設工程消防審查驗收技術指南(電化學儲能電站)》《電化學儲能電站涉網性能技術監督管理規定》等系列標準,不斷完善新型儲能特別是獨立儲能的支撐體系,推動山東建成全國新型儲能先行區,為全國新型電力系統建設和“雙碳”目標的實現開創山東道路、貢獻山東力量。

        本文刊載于《中國電力企業管理》2023年12期,作者系山東電力工程咨詢院山東省能源大數據中心副主任、中國能源研究會儲能專委會委員


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