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【2018储能西部论坛】科陆电子首席科学家阮海明:储能系统价值不仅在削峰填谷,更能解决新能源穿透率
2018-09-12


“储能提升可渗透率,因为储能的成本在降价,成本将会越来越低。这个价值就是储备能源和可再生能源里面最重要的价值。它是越来越能够提升可再生能源的渗透率。”


—摘自2018中国储能西部论坛阮海明发言


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2018年8月2日中国储能西部论坛在青海海东举办。本次会议由青海省政府指导,海东市政府、黄河水电、中关村管委会主办,海东科技园、中关村储能产业技术联盟、中国能源研究会储能专委会、北京能高承办。在“储能项目开发案例与实践”环节,科陆电子首席科学家阮海明作了“科陆智慧能源之一储能系统对提升新能源发电穿透率的全面解决方案”主题报告,以下为演讲全文。


阮海明:各位领导,各位同仁,很开心今天相聚在这里。我今天主要汇报的内容分为四个方面:


渗透率是一个功率比,是一个损失的功率,还有一个是年穿透率,就是年平均发电量除以负荷年用电量。对于我们来说,这一块很大,不能按照全国总发电量来计算,比如说甘肃是按照甘肃当地的总量,青海按照青海当地的总量来除,这样指标就好确定一点。这里有一个数据,这两个渗透率的差别,如果年穿透率在27%的时候,周渗透率、日渗透率、小时渗透率是很高的,特别是越长的时间,可能到了80%以上。这就意味着瞬间的光伏供电会占到大批能源的80%。刚才甘肃的专家也提到了,这一块的渗透率达到80%多。


提高这一块的渗透率是需要代价的,这里是关于加州所谓的“鸭子曲线”,在这里有两个概念,一个是净负荷,我们传统能源发电是这样一条线,净负荷是光伏和可再生能源增加的时候造成的,净负荷实际上就是我们传统电力的负荷,这个负荷能力有一个底线,不是说没就没的这种,传统的发电厂没有那么快能停下来。它有一部分是不可调度的,连我们现在的火电,原来负荷压到50%就不能往下压了,但是现在做了改造可以压到30%,但是如果再往下压就会出现问题,这就是有一个底线。目前在我们国家发展也触碰到了底线,它无法再往下了。这时候你要增加可再生能源的穿透率的话,就需要用其他的技术来做。这里面增加了储能,因为这么大的光伏和风电压下来的时候,传统的能源已经压到最底线了。但是我们刚才看到“鸭子曲线”不能无限往下走,所以这里面存在了一个最大的比例。我们说根据当地的电网和当地的配置量来计算的。


这个是大家设想的一个德国的2020年光伏的一个发电。德国是可再生能源的样板,是全球的一个样板,它也付出了一个巨大的代价。即使是到这个时候,它会出现这种不可能实现的事情,就是你不可能在这个时候,让其他所有调节、稳定的机组全部停掉,这里相当于提示要有一个备份在里面。你再增加光伏的能量,已经没有办法去平衡这个电网了。在这里面唯一目前解决的办法就是储能技术。因为储能技术就是把这部分存起来,作为一个时空的平移。储能技术提升可再生能源渗透率的时候,在成本上跟传统的技术是相反的。


传统的技术是可再生能源越多,提升渗透率成本就越来越高。储能提升可渗透率,因为储能的成本在降价,成本将会越来越低。这里如果以现在这样一个曲线做的时候,这个经济上不可能的事情,可再生能源发展是会受限制的,如果我们用这个曲线平衡去做的话,那么以后它只需要增加这么多的成本,就可以将这一块提升几倍,这个价值就是储备能源和可再生能源里面最重要的价值。它是越来越能够提升可再生能源的渗透率。


那么我们盘点一下可再生能源渗透率主要的因素。对于西部的可再生能源的场站。第一个就是风电、光伏场站置信度低,比如说100兆瓦的供电场本来传统能源的发电只有百分之一点几,不到百分之二,也就是它的波动性很大,需要其他的发电来填空的地方很多。


另外本地消纳有限,需要外送。那么我们现在把它提升到年穿透率20%以上,实际上这是一个很大的挑战。现在很多地方损失渗透率不足15%,因为它有一个限制,超过的话就直接限掉了,要有一个AGC的装置装到风电场。这一块需要还是很大的。最终提升可再生能源的需求,实际上也就是提升电网的充裕性和安全性,只有这两个保障后才有可能往后面提升。


我们来比较一下,用传统储能的方法来响应、调频、电压支撑、旋转备用和急速调峰。原来我们的发电基础是专门的调峰技术,这一块的技术很少,质量也很有限。这个调峰技术是按容量来计算的,这一块有容量费的。这一个发电的东西用储能都有相应的解决方案,现在储能可以做到一、二、三次的调频,也可以虚拟同步的架构来虚拟报价,还有做及时调峰,这一块的响应时间都很快。性价比上面都远远高于传统的方案。


还有其他的一些服务,比如说电网里面的阻尼振荡、惯量支持、低电压的服务,这些在里面都有很好的效果。


我们看一下解决新能源穿透率几个关键的点,刚才罗列了一下,其实体现出来也就以下几点:一个是刚才所说的辅助服务的。这一块还有电能的时移,传统的做法是旋转备用库、热备用库、冷备用库。还有充裕度在线评估,如何解决电力充裕性与经济性的矛盾,通过各种模型仿真推演合适的充裕性。还有辅助服务、充裕控制的决策过程等。我们按照这一块定价与定位出来的话,就按储能的方向发展。削峰填谷,做这一块是储能真正的价值,提升渗透率最重要的一步。


我们刚才说到在价值的评估,宗旨就是建立模型,建立仿真模型来替代。


这里有一个定义,我们首先要做传统情况下的直接成本,我们可以通过一种调动模拟的办法来计算同等条件下需要操作的成本。比如说电场AGC这一块,原来电网里面就有这个规则。这个规则会产生汇率表,这里面就有调节的里程数,这一块是由电力监管机构来确定的,如果这一块以前是一个数,储能参与之后可以做调节,根据这个情况往下调了,这对社会都是有益的。这样的模式来做的话,首先是很快通过传统电力的运作体系来确定它的直接成本,然后再来评价这个服务能带来的社会价值,以及环境效益。如果当地的环境改善、投资的改善、产业的改善都可以计算在这里面。


最后再进行一些优化来降低这个成本。所以这个就是说,目前它并不是一个不可做的事情,而是一个可以做,也是我们呼吁政府的一些部门来领头、牵头做的事情。关于政策需求这一块,抛砖引玉,这只是代表个人的一些想法。


这里借鉴了一下美国的一个实验室对政府的一个发展建议,它觉得电网级应该制定整体的发展战略,这是对美国能源局DOD做的建议,对市场监管机构提供指导,能正确评估储能系统同时对电网的输电服务和发电服务带来价值。他们一直很细地做,这样保持美国电力市场健康发展。


他们还建议增加发电储能基础型项目的研究,探索研发、量产在电网级储能设备里具备最高潜力的电化学机制和材料体系。大家都知道我们要用很多技术和方法来做,说明现在的材料还是有局限性,不是这么理想。如果储能有一天能够像码砖一样地码起来就好了。


这一块制定储能参与的各项电力服务的容量费率表格:一次频率、二次频率AGC、主旋转备用、二级旋转备用、急速调峰、负载均衡。


因为储能的地位,去年部委的指导发展意见已经明确了,这一块有能源计划在里面。还有一个倡导能源和可再生能源共同发展,这一块是协同发展的政策支持的话,我们就不会建完这么多,还有这么多细的东西。目前在学术界、工程界已经确定储能是最终解决可再生能源穿透率唯一经济上可行的方案,就应该出具储能和可再生能源平衡发展的产业政策和模式,再一个就是支持创新示范项目。


最后我们看一下对于目前大型的储能系统,规模越来越大的时候,在安全性和可靠性上面是很重要的,因为它本身就为电网提供安全性、可控性和充裕性。自己的安全性、可靠性和充裕性也是需要大家重点关注的。


这是我们建的一些大型的储能电站,这一块功能也是很多的,这里面挖掘了一部分,也希望各位同仁交流的时候,我们来丰富这样一个图。这个图越来越丰富的话,对整个储能产业的发展也是更有好处的。当然这中间也有很多可争议的东西,这个东西都是可以通过工程实践来做的。我们也做过关于提升可再生能源渗透率经济效率的仿真和实际操作。以风场为例的计算,中国效益如果做起来的话,它的经济性应该是没有问题的。比如说西藏的项目,也是几个方面的收益。几个方面的工作都做了,但是各方面的收益都拿到了没有?这个还需要清楚。


还有就是正负800KV直流特高压设备,这一块到沿海区的时候,其实是丢失了一些稳定性和费用过去的,直流费用目前出现很多次闭锁的情况。所以这里面现在在建的这些项目,我们也做了相应输送方案的提升。如果加上储能作为一个搭伙的话,目前提供的经济效益就很好。


还有一个作为储能提供这一块搭伙的话,是否合法?这一块也出现争议。针对这一块有一个仿真也是很好的。


另外就是发电技术有很多的改造,目前我们在建的有十几个火力调频的发电场,已经投运了一些,明显提升了效率,减少了磨难。


这一块全寿命周期的储能服务体系,这一块从项目到所有的经济计算,所有的工程,可靠性设计、过程服务和运营优化都会进行。我们有云端全生命周期的服务体系,支持各种商业模式,也使这个投资看得见,能够可量化和可追溯,因为储能的技术目前还有很多不成熟的地方,出现问题的话,大家怎么样负责呢?一定要有可追溯全景图,有各种各样的过程等。这里面就用到一些跨界的一些技术。本来储能拿起来就完了,但是由于电池系统的复杂性和发展过程,需要用到很多交叉的学科知识来完成相关的工作。


这个我就不详细介绍了,就是说目前在发电,在火电的发电侧的一个应用已经很多了,但是其实这个应用马上要推广到风电厂和光伏厂的一个应用。


(根据中国储能西部论坛现场速记整理,未经嘉宾审阅)