发电侧储能未来将是新能源电站的标配

2020-11-27 16:55

一、电力系统的核心原理与新能源电源之间的明显矛盾

正常运行的电力系统首先要面对一个工程问题:实现电力消费与电力供给的实时动态平衡。如果消费持续大于供给,会形成供电不足,导致部分客户停电;如果供给持续大于消费,则会表现为频率超过标准,影响电能质量,最终影响客户的正常使用。
 
电网居于电力系统的核心位置,维持消费与供给动态平衡的职责就落在了电网身上。因为发电与电力传输几乎同步进行(电的传输速度为光速)并且电能量不易存储,所以调整供给实际上就是调整电源的实时发电供给。因为实际消费与预测消费有偏差,所以电网本质上希望电源可以实时调控,既可以调高又可以调低。实际运行中,电网为了实现电力供需平衡经常对前端电源实时调度。传统电源(火电和水电)与电网的配合较为顺畅,但是新能源电厂的配合度不太好:电网想调高新能源电源出力,新能源电源受制于实时自然条件(光辐照度或者风力)想高高不了;电网想调低新能源发电供给,新能源收入受损,会打击新能源的投资信心,也是不提倡的行为(想低也有困难)。
 
所以,电力系统要求电源具有良好的可控性;新能源电站(风力发电和光伏发电)靠天吃饭,发电能力强烈依赖于不可控的气象资源,具有明显的波动性和间歇性征,两者之间存在明显的矛盾。
 
二、电力系统与新能源电源共存的权宜之计
 
针对这个难题,电网提出了一种解决方案:只要电力总供给(新能源电源发电+传统电源发电)等于电力总需求,就能维系电力系统的稳定性。新能源电源供给不够,就调度传统电源供给。
 

具体的操作步骤是:先预测未来的电力需求;然后预测新能源电源的整体未来电力供给,供需两者之间的差值就是传统电源的未来发电供给。再将传统电源的发电供给分解给各家传统电站,就形成了各家传统电站的发电计划和电网的整体调度计划。
 
如果实际运行与计划有偏差,依靠传统电源对电网调度指令响应既快又准的优势,电网实时调整传统电源的发电供给实现供需平衡。电网调度通过这样的思路,虽然没有从根本上解决与新能源电源的矛盾,却同样将新能源电源有效地纳入了电力系统。
 
三、构成权益之计的两个前提在快速变化
 
电网将新能源电源有效地纳入了电力系统,传统电源(火电,水电)起到了重要作用。其中隐含了一个重要假设——传统电源有能力起到稳定器的作用。当传统电源占比在70%以上时当然没有问题,但随着新能源占比的提升,当传统电源占比低于某个阀值(如50%)的时候,电网是否还有足够的传统电源资源实现电力系统的供需实时平衡?这是一个值得重视的问题。国内部分省的新能源装机占比已经比较高,以甘肃为例,截至2018年12月底,甘肃发电总装机容量5113万千瓦,其中风电1282万千瓦,光伏发电839万千瓦,新能源装机总占比41.5%。
 
电网通过调度传统电源供给,实现电力供需实时平衡,有两个前提条件:

 

  • 新能源电源装机占比与发电量占比都很小,对电网的冲击有限;
  • 新能源电源发电成本高,本来就需要政府补贴,再附加电源可控制的要求,成本就更高了,人类的能源转型会受到很大影响。

 
现在这两个前提条件,正在快速发生变化:

 

  •  新能源电源装机比例和发电量比例,正在从增量替代走向存量替代。2018年底,风电、光伏装机总和已经占全部电源装机的18.7%,其整体发电量占比达8.8%。截至2019年底,西北五省新能源装机占比已超35%,其为促进网内新能源消纳,传统电源已按照“负备用”安排开机方式。电网想要通过调度传统电源实现电力供需实时平衡,随着传统电源的占比越来越小,越来越困难了; 
  • 新能源发电成本正在快速下降,新能源电源对比传统电源逐步形成成本优势,新能源将逐渐有能力承担“电源可控”的成本。

 
随着这两个前提条件的快速变化,电网调度的工作模式也会逐步变化,对新能源的直接调度迟早会提上日程。
 

四、电力系统正在逐步要求新能源电源成为可调度电源
 
前面论证了“电力系统迟早会要求新能源电源成为方便调控的电源”,现实中是不是这样呢?从各省2019年下半年到今年初的政策及实践已经可以看出这样的趋势:

 

  • 江西省能源局日前下发2019年第一批分散式风电开发建设方案,包括39个分散式风电项目,总装机124万千瓦。其中,吉水县东山脑分散式风电项目、新干县盐化城分散式风电项目、泰和县南溪分散式风电项目将配套建设储能设施(赣能新能字【2019】 128号文)

 

  • 山东能源局印发了《关于做好我省平价上网项目电网接入工作的通知》,鉴于山东省电网调峰压力较大的实际情况,鼓励较大规模的集中式光伏电站自主配备适当比例的储能设施,减少弃光风险。(鲁能新能字【2019】183号文)

 

  • 内蒙古自治区能源局印发关于征求《2020年风电、光伏发电项目建设有关事项的通知(征求意见稿)》意见的函,说明配置容量不低于5%储能项目的新光伏电站优先参与2020年竞价

 
近期官方政策以鼓励为主,即使部分强制(如江西分散式风电规划),储能配比都很小,应是试探性的政策。随着两个趋势(新能源电源装机容量逐步增加,新能源电源发电成本持续下降)的持续发展,政府部门后续政策的口吻会发生变化,从推荐向强制发展。
 
新能源电源与电网的互动机制,从电力系统整体角度出发,新能源迟早会成为电网可调度电源。新能源电源配套一定比例的储能刚刚萌芽,相信随着新能源电源进一步发展,更多的省份会跟进相应储能政策,并且会逐步从鼓励变为强制,发电侧储能未来是新能源电站的标配,这是行业发展的必然规律。

 

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