在新型電力系統(tǒng)中，儲能將成為至關(guān)重要的一環(huán)，是新能源消納以及電網(wǎng)安全保障必要保障，在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用電側(cè)都會得到廣泛的應(yīng)用，需求空間廣闊。國內(nèi)市場，風(fēng)光強制配儲政策推動儲能需求指數(shù)增長。在市場需求爆發(fā)以及政策鼓勵的雙重推動下，成熟的抽水蓄能、鋰電儲能呈現(xiàn)爆發(fā)性增長，其他新型儲能技術(shù)也進(jìn)入了發(fā)展快車道。
本文對抽水蓄能、鋰離子電池、壓縮空氣、鈉離子、全釩液流電池、鉛炭電池六種儲能的發(fā)展現(xiàn)狀、系統(tǒng)成本、應(yīng)用前景做了評估。
一、
多種儲能路線進(jìn)入發(fā)展快車道
按照時長要求的不同，儲能的應(yīng)用場景大致可以分為容量型（≥4h）、能量型（約1～2h）、功率型（≤30min）和備用型（≥15min）四類。
容量型儲能場景包括削峰填谷或離網(wǎng)儲能等，長時儲能技術(shù)種類較多，包括抽水蓄能、壓縮空氣、儲熱蓄冷、儲氫以及各類容量型儲能電池（例如鈉硫電池、液流電池、鉛炭電池、鋰漿料電池等）。
2017-2020年，電網(wǎng)響應(yīng)能源局、發(fā)改委降低棄風(fēng)棄光率的決策，充分利用電力體系的靈活性資源消納新能源，使得棄風(fēng)棄光率下降到2%。同時電網(wǎng)壓力凸顯，部分省份開始要求電源側(cè)配置儲能。2021年，多個儲能行業(yè)的重磅文件公布，儲能等迎來歷史性發(fā)展機(jī)遇。
從整個電力系統(tǒng)的角度看，儲能的應(yīng)用場景可以分為發(fā)電側(cè)、輸配電側(cè)和用電側(cè)三大場景，除此之外的應(yīng)用還包括輔助服務(wù)、分布式發(fā)電與微網(wǎng)等。
儲能技術(shù)在電力行業(yè)應(yīng)用范圍
從技術(shù)原理上講，儲能技術(shù)主要分為物理儲能、電化學(xué)儲能和電氣儲能、熱儲能和化學(xué)儲能這幾大類。
儲能技術(shù)路徑分類
各類儲能技術(shù)中，抽水蓄能是應(yīng)用最為成熟；儲熱技術(shù)也已處于規(guī)模化應(yīng)用階段，目前我國火電靈活性改造大部分采取儲熱技術(shù)；鋰離子電池儲能開始近兩年得到了飛速應(yīng)用；壓縮空氣以及液流電池也迎來了商業(yè)化應(yīng)用。
二、
六類儲能技術(shù)分析
1
抽水蓄能
抽水蓄能具有技術(shù)優(yōu)、成本低、壽命長、容量大、效率高等優(yōu)點。由于抽水蓄能電站運行模式是將能量在電能和水的勢能之間轉(zhuǎn)換，其儲能容量主要取決于上下水庫的高度差和水庫容量，由于水的蒸發(fā)滲漏現(xiàn)象導(dǎo)致的損失幾乎可以忽略不計，抽水蓄能的儲能周期得以無限延長，可適應(yīng)各種儲能周期需求，系統(tǒng)循環(huán)效率可達(dá)70%-80%。與此同時，建設(shè)完成后的抽蓄電站壩體可使用100年左右，電機(jī)設(shè)備等預(yù)計使用年限在40-60年左右。
成本測算：當(dāng)前最為經(jīng)濟(jì)的儲能方式
為探究抽水蓄能電站經(jīng)濟(jì)性，我們對抽水蓄能電站儲能度電成本進(jìn)行了測算。
考慮抽水蓄能電站初始投資成本與項目選址密切相關(guān)，后期新建項目選址經(jīng)濟(jì)性下降，初始投資成本可能將會上升，另外電站實際循環(huán)次數(shù)假定在300-500次之間。我們預(yù)計不考慮充電成本的前提下，常規(guī)抽水蓄能電站LOCE范圍為0.23- 0.34元/kWh。
“十四五”以來，我國加快部署抽水蓄能項目開發(fā)建設(shè)�！�抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》規(guī)定：到2025年，抽水蓄能投產(chǎn)總規(guī)模較“十三五”翻一番，達(dá)到6200萬千瓦以上（按照6元/W測算，投資須達(dá)1800億左右）；到2030年，抽水蓄能投產(chǎn)總規(guī)模較“十四五”再翻一番，達(dá)到1.2億千瓦左右。（按照6元/W測算，投資須達(dá)5400億左右）； 另外，2021年8月份公布的規(guī)劃儲能項目名單共551個項目，總計6.79億千瓦。
政策驅(qū)動下，全國各省市迅速布局抽水蓄能項目。2022年1月以來，已經(jīng)有20個省份公布了2022年省級重點建設(shè)項目名單。根據(jù)國際能源網(wǎng)統(tǒng)計，截至目前我國各省公布的重點項目中，抽水蓄能累計裝機(jī)已達(dá)104.3GW，累計投資超6000億。
2
鋰離子電池儲能
2021年我國電化學(xué)儲能裝機(jī)中，鋰離子電池占比高達(dá)89.7%，是目前技術(shù)比較成熟，發(fā)展勢頭最為迅猛的儲能方式。
鋰離子儲能產(chǎn)業(yè)鏈由上游設(shè)備商，中游集成商和下游終端用戶組成。其中設(shè)備包括電池、EMS（能量管理系統(tǒng)）、BMS（電池管理系統(tǒng)）、PCS（變流器）；集成商包括儲能系統(tǒng)集成和EPC；終端用戶則由發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)以及通信/數(shù)據(jù)中心組成。
儲能電池是電化學(xué)儲能系統(tǒng)核心部分。目前市場上的主流電池根據(jù)技術(shù)路線不同，大致可分為鋰離子電池、鉛碳電池、液流電池和鈉離子電池。不同技術(shù)路線的電池響應(yīng)速度、放電效率都不盡相同，也有各自的適用范圍和優(yōu)缺點。
根據(jù)GGII統(tǒng)計，2021年國內(nèi)儲能電池出貨量48GWh，其中電力儲能電池出貨量29GWh，同比增長339%；而根據(jù)全球研究機(jī)構(gòu)EVTank與伊維經(jīng)濟(jì)研究院共2021年全球儲能電池出貨量66.3GWh，同比增長132.6%，電力系統(tǒng)儲能是主要增量貢獻(xiàn)。
磷酸鐵鋰電池儲能成本分析
根據(jù)正極材料的不同，現(xiàn)行主流鋰離子電池有三元和磷酸鐵鋰兩類。磷酸鐵鋰電池能量密度比三元材料低，同樣成本也較低。儲能領(lǐng)域?qū)δ芰棵芏纫蟛桓?/span>，成本低、壽命長的磷酸鐵鋰電池更受青睞。
電池作為整個儲能系統(tǒng)中核心組成部分，成本占到整個儲能系統(tǒng)成本的50%，是儲能系統(tǒng)后續(xù)降本的重要渠道。2021年我國磷酸鐵鋰電池儲能中標(biāo)價格大多集中在1.2-1.7元/Wh。而根據(jù)彭博新能源財經(jīng)（BNEF）測算，2022年全球電化學(xué)儲能EPC成本約為261美元/kWh（折合人民幣約1.66元/Wh），預(yù)計2025年將降至203美元/kWh（折合人民幣約1.29元/Wh）。2021年以來大量EPC中標(biāo)價格1.3-1.7元/kWh之間。
3
壓縮空氣儲能
國內(nèi)壓縮空氣儲能技術(shù)不斷進(jìn)步，壓縮空氣儲能（CAES）、先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲能（AA-CAES）、超臨界壓縮空氣儲能系統(tǒng)（SC-CAES）、液態(tài)壓縮空氣（LAES）等都有研究覆蓋，500kW容量等級、1.5MW容量等級及10MW容量等級的壓縮空氣儲能示范工程均已建成。
國際上1978年建成德國漢特福海與1991年建成的美國阿拉巴馬商業(yè)化壓縮空氣儲能電站為商業(yè)化電站。國內(nèi)陸續(xù)進(jìn)行了壓縮空氣、超臨界壓縮空氣、液態(tài)壓縮空氣儲能項目的研發(fā)與建設(shè)。其中張家口國際首套100MW先進(jìn)壓縮空氣儲能示范項目于2021年底順利并網(wǎng)，整體研發(fā)進(jìn)程及系統(tǒng)性能均處于國際領(lǐng)先水平。
系統(tǒng)效率的提升以及成本的下降，是壓縮空氣儲能商業(yè)化發(fā)展的基礎(chǔ)。目前從已建成和在建的項目來看，兆瓦級的系統(tǒng)效率可達(dá)52.1%，10兆瓦的系統(tǒng)效率可達(dá)60.2%，百兆瓦級別以上的系統(tǒng)設(shè)計效率可以達(dá)到70%，先進(jìn)壓縮空氣儲能系統(tǒng)效率能夠逼近75%。系統(tǒng)規(guī)模增加后，單位投資成本也持續(xù)下降，系統(tǒng)規(guī)模每提高一個數(shù)量級，單位成本下降可達(dá)30%左右。
初始投資和利用小時數(shù)的變化對度電成本的影響巨大，而隨著技術(shù)進(jìn)步，初始投資仍有下降空間；利用小時數(shù)主要看電站在實際運營中的利用率，每天充放次數(shù)越高，成本越低。在100MW/400MWh的系統(tǒng)中，初始投資5-6元/W、年循環(huán)次數(shù)達(dá)到450-600次的情況下，度電成本區(qū)間為0.252-0.413元/kWh。
綜合看來，壓縮空氣儲能在能效得到提升后，有望成為抽水蓄能在大規(guī)模儲能電站領(lǐng)域的重要補充。