為實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，未來新增電源將以風(fēng)電、光伏等新能源為主，預(yù)計(jì)2030年前后，新能源發(fā)電裝機(jī)將達(dá)到16-17億千瓦，屆時(shí)將取代煤電成為我國(guó)裝機(jī)規(guī)模最大的電源，預(yù)計(jì)2050年前，新能源裝機(jī)規(guī)模將超過40億千瓦，發(fā)電量占比接近50%。

儲(chǔ)能必要性一時(shí)間

隨著新能源比重提高、常規(guī)火電機(jī)組比重下降，系統(tǒng)整體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量降低，新型電力電子設(shè)備應(yīng)用比例大幅提升，極大地改變了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律和特性，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行挑戰(zhàn)日益嚴(yán)峻。

儲(chǔ)能必要性一空間

未來新能源+儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景將更加廣泛，包括利用“風(fēng)光水火儲(chǔ)”一體化模式支撐高比例新能源基地外送、建設(shè)系統(tǒng)友好型新能源電站、構(gòu)建分布式供能系統(tǒng)促進(jìn)分布式新能源就近消納等，新能源的開發(fā)與儲(chǔ)能結(jié)合將越來越緊密。

儲(chǔ)能技術(shù)路線概述

儲(chǔ)能布局預(yù)測(cè)

·“十四五”期間，在西部新能源富集地區(qū)布局電源側(cè)新型儲(chǔ)能，重點(diǎn)布局在內(nèi)蒙古、新疆、青海、甘肅、四川、云南等區(qū)域

·在中東部負(fù)荷中心地區(qū)，以源網(wǎng)荷儲(chǔ)模式布局一批電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)新型儲(chǔ)能，重點(diǎn)布局在京津冀、長(zhǎng)三角、粵港澳大灣區(qū)等區(qū)域

·在西藏、青海等地區(qū)結(jié)合分布式新能源將布局一批新型儲(chǔ)能，重點(diǎn)解決獨(dú)立供電問題。

今后，儲(chǔ)能將作為獨(dú)立市場(chǎng)主體參與輔助服務(wù)市場(chǎng)，探索建設(shè)共享儲(chǔ)能！

“十二五” “十三五”期間中國(guó)抽蓄的主要政策

“十四五”儲(chǔ)能發(fā)展規(guī)模及布局

抽水蓄能發(fā)展布局

目前，在建抽水蓄能電站規(guī)模5500萬(wàn)千瓦，約60%分布在華東和華北。中長(zhǎng)期，一方在“三北”地區(qū)抽水蓄能布局；另一方面，結(jié)合負(fù)荷中心調(diào)峰面將服務(wù)新能源大規(guī)模發(fā)展和電力外送需要，加大東、浙江、及系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行需求，中東部重點(diǎn)在河北、山安徽、河南、湖南、湖北、廣東和廣西等地區(qū)布15400局一批抽水蓄能項(xiàng)目。

抽水蓄能技術(shù)路線

推動(dòng)700米及以上水頭和單機(jī)容量40萬(wàn)千瓦級(jí)抽水蓄能機(jī)組實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)自主化。因地制宜發(fā)展中小型抽水蓄能，開展小微型抽水蓄能技術(shù)與分布式發(fā)電結(jié)合研究。探索推進(jìn)梯級(jí)水電站儲(chǔ)能，依托常規(guī)水電站增建混合式抽水蓄能，推進(jìn)示范項(xiàng)目建設(shè)并適時(shí)推廣。

壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)介紹

壓縮空氣儲(chǔ)能 (CAES)：壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)是基于燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)發(fā)展起來的一種能量存儲(chǔ)系統(tǒng)。

世界第一座壓縮空氣儲(chǔ)能電站——德國(guó)漢特福商業(yè)化壓縮空氣儲(chǔ)能電站

世界第一座壓縮空氣儲(chǔ)能電站——德國(guó)漢特福商業(yè)化壓縮空氣儲(chǔ)能電站，1978年投入商業(yè)運(yùn)行，，目前仍在運(yùn)行中。

機(jī)組的壓縮機(jī)功率60MW，釋能輸出功率為290MW，系統(tǒng)將壓縮空氣存儲(chǔ)在地下600m的廢棄礦洞中，礦洞總?cè)莘e達(dá)31萬(wàn)m3，壓縮空氣的壓力最高可達(dá)10MPa。機(jī)組可連續(xù)充氣8h，連續(xù)發(fā)電2h。冷態(tài)啟動(dòng)至滿負(fù)荷約需6min，在25%負(fù)荷時(shí)的熱耗比滿負(fù)荷高211kJ，其排放量?jī)H是同容量燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組的1/3，但燃燒廢氣直接排入大氣。

該電站在1979-1991年期間共啟動(dòng)并網(wǎng)5000多次，平均啟動(dòng)可靠性97.6%，平均可用率86.3%，容量系數(shù)平均為33.0%～46.9%。

世界第二座壓縮空氣儲(chǔ)能電站——美國(guó)阿拉巴馬商業(yè)化壓縮空氣儲(chǔ)能電站

美國(guó)Alabama州的McIntosh壓縮空氣儲(chǔ)能電站，世界第二座壓縮空氣儲(chǔ)能電站，1991年投入商業(yè)運(yùn)行。其儲(chǔ)氣洞穴在地下450m，總?cè)莘e為56萬(wàn)m3，壓縮空氣儲(chǔ)氣壓力為7.5MPa。該儲(chǔ)能電站壓縮機(jī)組功率為50MW，發(fā)電功率為110MW，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)41h空氣壓縮和26h發(fā)電，機(jī)組從啟動(dòng)到滿負(fù)荷約需9min。該機(jī)組增加了回?zé)崞饔靡晕沼酂幔蕴岣呦到y(tǒng)效率。

該電站由Alabama州電力公司的能源控制中心進(jìn)行遠(yuǎn)距離自動(dòng)控制。1992年儲(chǔ)能耗電46745MWh，凈發(fā)電量39255MWh。

飛輪儲(chǔ)能的基本構(gòu)成與工作原理

飛輪儲(chǔ)能產(chǎn)品風(fēng)電一次調(diào)頻應(yīng)用案例

國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

根據(jù)重力儲(chǔ)能的儲(chǔ)能個(gè)質(zhì)和落差實(shí)現(xiàn)路徑的不同，本文將重力儲(chǔ)能分為以下四類：

全釩液流電池原理圖

廠房布置

受用地限制，結(jié)合儲(chǔ)能電站的容量。車間采用多層布置：

一層：布置電解液罐

二層：布置電池電堆

頂層：設(shè)備平臺(tái)布置了預(yù)制艙式的PCS

220kV配電裝置及主變壓器布置在一層廠房?jī)?nèi)。

主要設(shè)備的布置

安全防護(hù)——釩液流電池儲(chǔ)能電站的設(shè)計(jì)關(guān)注點(diǎn)

1MWh 鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)示范案例

系統(tǒng)概況

本項(xiàng)目在中國(guó)科學(xué)院A類戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng) “大規(guī)模儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用示范項(xiàng)目”的支持下， 2021年6月28日，中科海鈉聯(lián)合華陽(yáng)集團(tuán)在山西 太原綜改區(qū)聯(lián)合推出了全球首套1 MWh鈉離子電 池儲(chǔ)能系統(tǒng)，并成功投入運(yùn)行。

該系統(tǒng)以鈉離子電池為儲(chǔ)能主體，結(jié)合市電、光伏和充電設(shè)施 形成微網(wǎng)系統(tǒng)，可根據(jù)需求與公共電網(wǎng)智能互動(dòng)。本項(xiàng)目?jī)?chǔ)能系統(tǒng)為 1 MWh 低壓直掛系統(tǒng)，經(jīng)用戶0.4 kV母線并入配電線路，可供廠區(qū)生產(chǎn)、生活用電及充電樁供電等。

系統(tǒng)為倉(cāng)儲(chǔ)式集裝箱儲(chǔ)能系統(tǒng)，采用分倉(cāng)設(shè)計(jì)，分電氣倉(cāng)及電池倉(cāng)，電氣倉(cāng) 內(nèi)集成儲(chǔ)能變流器、配電柜、控制柜、消防主機(jī)和 EMS 能量管理系統(tǒng)，其中儲(chǔ)能逆變器采用雙級(jí)拓 撲模塊化PCS，16個(gè)30 kW模塊，分為兩個(gè)機(jī)柜， 每個(gè)機(jī)柜 8 個(gè)模塊，共組成 480 kW 儲(chǔ)能變流器；電池倉(cāng)由16個(gè)電池簇組成，每個(gè)電池簇由8個(gè)電池 插箱和1個(gè)高壓箱組成，總配置容量1.1MWh。

本項(xiàng)目?jī)?chǔ)能系統(tǒng)通過一路出線接入0.4 kV電壓 母線，系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖所示：

儲(chǔ)能單元拓?fù)?/p>

雙級(jí)拓?fù)淠K化PCS，16個(gè)30kw模塊分為兩個(gè)機(jī)柜每個(gè)機(jī)柜8個(gè)模塊，共組成480kW儲(chǔ)能變流器，可以實(shí)現(xiàn)電池簇單簇管理和交流并聯(lián)，避免電池簇直流側(cè)環(huán)流引起的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)提升系統(tǒng)容量發(fā)揮。儲(chǔ)能系統(tǒng)配置就地監(jiān)控系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行能量管理和監(jiān)測(cè)控制，并負(fù)責(zé)與廠區(qū)微網(wǎng)管理系統(tǒng)通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和能量管理。

運(yùn)行情況簡(jiǎn)述

本項(xiàng)目自2021年6月28日投運(yùn)以來，執(zhí)行削峰填谷策略，每日一充一放，充放電深度100%DOD，運(yùn)行穩(wěn)定。運(yùn)行期間按照GB/T36548-2018《電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)接入電網(wǎng)測(cè)試規(guī)范》對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)交流側(cè)平均充電電量1137.41kWh，平均放電電量957.87kwh，綜合運(yùn)行效率為84.2%。

鋰離子儲(chǔ)能電池發(fā)展趨勢(shì)（參考寧德時(shí)代）

系統(tǒng)級(jí)循環(huán)壽命，8000次，2022年

系統(tǒng)級(jí)循環(huán)壽命，12000次，2026年

系統(tǒng)級(jí)循環(huán)壽命，15000次，2028-2030年

建設(shè)規(guī)模

本儲(chǔ)能項(xiàng)目一期的儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模為331.2MW/714.24MWh，儲(chǔ)能系統(tǒng)采用磷酸鐵鋰電池；

本期建設(shè)一座500kV升壓站；

本期建設(shè)用地總面積為3.23h㎡，建筑面積25170㎡，包括1幢行政樓，1幢配電裝置樓，6幢電池樓，以及站區(qū)構(gòu)筑物和消防設(shè)施等。

投資估算

本儲(chǔ)能站項(xiàng)目靜態(tài)投資為159934萬(wàn)元，單位造價(jià)為2239元/kWh；動(dòng)態(tài)投資為162909萬(wàn)元，單位造價(jià)為2281元/kWh。

其中：

儲(chǔ)能系統(tǒng)投資128563萬(wàn)元

建筑工程投資為18197萬(wàn)元

升壓站設(shè)備費(fèi)為5048萬(wàn)元

安裝工程費(fèi)為2392萬(wàn)元

主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)：其他經(jīng)濟(jì)參數(shù)

容量補(bǔ)償收益（或者容量租賃）

?根據(jù)政策編制趨勢(shì)，儲(chǔ)能容量每月可獲得約30元/千瓦的容量補(bǔ)償費(fèi)用，據(jù)此測(cè)算得出年均容量補(bǔ)償費(fèi)用為11923萬(wàn)元。

深度調(diào)峰收益

? 在補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)方面，考慮最新發(fā)布的兩個(gè)細(xì)則有效期為5年，補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)采用每五年退坡的方式進(jìn)行測(cè)算，退坡梯度分別為0.792元/kWh、0.5元/kWh、0.3元/kWh、0.0999元/kWh。

? 在深度調(diào)峰次數(shù)方面，獨(dú)立儲(chǔ)能電站的深度調(diào)峰啟動(dòng)條件不明確，就實(shí)際需求情況而言，至少全年七個(gè)節(jié)假日以及52個(gè)雙休日的周天可視為深度調(diào)峰需求，共63天，同時(shí)可考慮7天的極端天氣情況，即全年深度調(diào)峰次數(shù)至少可考慮70天。

? 基于此，本項(xiàng)目依據(jù)全生命周期深度調(diào)峰次數(shù)的情況制定高、中、低三個(gè)方案，年均收益分別為5326萬(wàn)元/年、2968萬(wàn)元/年、1765萬(wàn)元/年。

電力現(xiàn)貨市場(chǎng)收益

?電力市場(chǎng)中，獨(dú)立儲(chǔ)能可通過峰谷價(jià)差獲取充放電收益。在計(jì)算收益過程中，充放電價(jià)僅考慮現(xiàn)貨價(jià)差，不考慮中長(zhǎng)期鎖定作用，具體根據(jù)2020年8月、2021年5月、2021年11月至2022年3月23日的日前市場(chǎng)價(jià)格情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

?結(jié)果顯示，在兩充兩放的情況下，平均充電價(jià)為0.3709元/kWh，平均放電價(jià)為0.6346元/kWh，價(jià)差為0.2636元/kWh。

一次調(diào)頻

? 根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，以轉(zhuǎn)差率1%測(cè)算一次調(diào)頻收益。項(xiàng)目日均一次調(diào)頻收入為1.82萬(wàn)元/日，年均一次調(diào)頻收益為600.19萬(wàn)元/年。

成本分析

? 運(yùn)維費(fèi)用：儲(chǔ)能單位運(yùn)維成本取0.0448元/Wh，年均運(yùn)維成本為3199萬(wàn)元/年。

? 技改費(fèi)用：項(xiàng)目于第十一年更換電池，電芯價(jià)格取0.5元/Wh，即3.57億元

主要經(jīng)濟(jì)結(jié)論

? 在不同深度調(diào)峰技術(shù)方案下，“高-中-低”方案的全投資收益率分別可達(dá)到8.46%（高）、6.14%（中）、5.04%（低）；

?高方案可達(dá)到基準(zhǔn)收益率8%的要求；

?低方案亦能實(shí)現(xiàn)5.04%的全投資收益率，資本金收益率達(dá)6.25%；

敏感性分析（敏感因素上下浮動(dòng)10%的波動(dòng)）

? 對(duì)靜態(tài)投資最為敏感，變化幅高達(dá)20.32%；

? 峰谷價(jià)差次之，收益率約上下波動(dòng)6%；

? 運(yùn)維費(fèi)率影響較小，收益率約上下波動(dòng)0.26%。