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西北地区储能发展的必要性和建议

作者:中国储能网新闻中心 来源:洛奇马的能源转型日记 发布时间:2022-05-13 浏览:

中国储能网讯:1、电力市场的显著特征保持价格相对稳定,一定程度上限制了电力市场的调节作用。

2、从发达国家发生的大规模停电事故来看,市场手段也不是万能的。电力系统安全稳定运行需要一定的技术调节手段,如抽水蓄能、新型储能等予以支撑。

3、电力现货市场中,发电侧峰谷价差进一步拉大,市场补偿机制进一步灵活,客观上为传统电源灵活性改造和储能等新型调节设施发展创造了政策空间。

4、将 可再生电力和储能相结合作为基础进行西北地区的电力系统转型,不仅有助于西北省份快速实现碳中和, 也能更好地助推其他高电力消费省份实现减排。

5、西北地区在迈向本地 区电力零碳化供应的同时,将同时为全国其它地区源 源不断的输送清洁电力,为全国完成碳达峰和碳中和 目标提供有力的支持。

6、解决西北地区的可再生能源消纳问题既决定了西北地区自身完成“双碳”目标的 进程,也关系到全国其他地区的绿电供应和转型进度。具体而言,前者需要应对零碳能源高比例接入后的系统灵活性挑战,后者需要应对可再生能源外送的技术 和经济挑战。

7、传统上,电力系统的不确定性往往来自于需求侧,即电力用户的需求在时间维 度上具有任意性和随机性;在供给侧,电力生产与电 力传输均由电网调度,具有可控性,从而满足供需双 方的实时平衡。随着可再生能源接入比例的提高,供给侧的不确定性显著增加,系统中的可调节机组需要更灵活的应对供需双方不确定性带来的复合影响。

8、风电和光伏利用风光资源发电,本质上是“靠天 吃饭”的被动发电模式,其发电出力水平往往不能根 据用电方的需求而调整。可调节资源出力需求在 冬季的波动幅度比夏季更大,即冬季需要系统提供更 强的灵活性。但是,我国北方城市普遍采用冬季集中供暖模式,随着热电联产模式在西北地区城市集中供暖中的应用,部分火电机组需要在供热期成为必开机 组,以供热需求决定其发电量。这种“以热定电”的 模式导致以热电联产机组为代表的可调节机组在冬季 的灵活性水平理论上弱于夏季,更凸显了应对灵活性 挑战的重要性。

9、我国电力市场建设遵循“中长期市场 + 现货市场” 的组织形式,从目前的实践看,中长期市场以年度交 易和月度交易为主,交易的时间尺度均不超过一年, 新能源发电企业参与中长期市场时无法确定长时间尺 度下的发电价格水平。

10、在现有的市场建设思路下,拓展现有中长期市场的组织形式,增加比年度交易更长时间尺度的交易模 式,建立多年交易合约,是支持新能源实现可持续发展的重要支撑

11、由于项目初期的现金流比远期现金流更能影响项目内部收益率水平,市场条件下的多年合约可以尝试以 5-10 年为时 间尺度进行实践。这一设计在大幅提高项目投资回收确定性的同时,又同时为买方提供了远期调整交易对 象、降低购电成本的灵活性。

12、稳支出:加快明晰有偿辅助服务、容量补偿等政 策,保持价格政策的稳定性。传统电力系统中,发电 机组可以同时提供电力(千瓦)和电量(千瓦时)。新能源机组大量接入后,电力系统的特点转变为电量 多、电力少。有偿调频服务和容量补偿等措施是电力 系统应对这一新特点、保证电力供应充足的价格手段。由于有偿辅助服务、容量补偿等价格机制的建设仍在 进行中,其成本的规模、承担方、承担比例均具有不 确定性。我们建议西北地区加快明晰有偿辅助服务、 容量补偿等政策,并保持政策的稳定性,为可再生能 源发展建立更清晰的成本信号。

13、就西北地区而言,煤电机组是现阶段西北地区电力系统灵活性的首要来源。我国西北地区燃煤机组,尤其是近年来 新建的超超临界发电机组,在发电效率方面处于全球 领先水平,但在机组灵活性方面仍有进行技术改进的 空间。通过技术改造,机组的平均每分钟爬坡速率可 以从铭牌容量的 1%-2% 提升至 2%-5%,纯凝机组 的最小负荷可以从铭牌容量的 50%-60% 降至 30%- 35%9。为了促成灵活性改造,还需要完善包括现货市 场、调峰辅助服务在内的市场设计,以确保灵活性改 造的投资成本可以被合理回收。

西北地区晴朗、干燥的自然气候特点,为可调 度零碳发电技术——光热发电——的应用提供了发展 空间。光伏发电和光热发电技术都基于对太阳辐射的 利用。前者虽然出力水平受太阳辐射的直接影响,但 它可以同时利用直接太阳辐射和散射太阳辐射发电, 在多云或阴天时也可以产生电量。后者仅可以使用直 射太阳辐射,这使得这类技术对适用区域有更严苛的 气候条件要求,但这一技术更接近于现有的火电发电 技术,具有发电出力水平可调节,发电时间与日照时 间部分脱钩的优势。

14、储能技术是西北地区大比例可再生能源接入电力 系统后的必选项。储能技术颠覆了传统上“发—输— 配—用”的电力系统模式,解构了发电与用电之间的 实时同步关系,允许电源与负荷之间存在一定的时间 异步性。包括传统抽水蓄能技术、新型化学电池技术、 P2X+ 燃料电池技术等各项技术差异化的储能特点,将 为解决季节性新能源消纳、系统灵活性等挑战提供多 元化的可能性。

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15、发挥用电侧的灵活性也是高比例可再生电力系统 中的一个可选项。现阶段,需求侧灵活性在西北地区 与东南沿海地区具有明显不同的作用。东南沿海地区 作为电力负荷中心,需求侧调节的优先目的是应对用 电高峰期的电力缺口;而西北地区各省区,电力装机 较为充足,需求侧调节的优先目的应为降低需求曲线 与供给曲线的异步性,从而降低对可调节电源的灵活 性依赖。

16、储能系统可以帮助电网提高稳定性。在传统电网中,常规发电机组可以通过利用发电机自身转 动惯量、调动快速响应机组、调节机组出力等方式应 对用户侧的负荷波动,避免出现频率扰动。但以光伏为代表的新能源发电机组本身难以提供转动惯量,且 无法做到全天候的快速响应,只能依赖电网中的其他 调频资源。不仅如此,新能源发电机组本身的出力情 况也会不断变化,带来电源侧的波动。这一问题在冬 季更加明显,西北省份在冬季大多需要火电厂进行热 电联产,火电厂无法灵活安排发电,调峰能力大大下降, 对电网稳定性带来更大的风险。在这种情况下,以飞轮、 电池为代表的储能系统可以充当缓冲层,为电网提供 关键的稳定性。

17、储能可以提高电网调峰能力,充分利用风光发电量,解决发电侧出力和用户侧负荷不匹配的问 题。在发电侧,新能源出力日夜变化明显,无法人为 控制,更无法针对用户侧负荷曲线进行调整。另外, 由于西北省份季节变化明显,新能源发电量不仅会在 单日内大幅波动,在季节尺度上也会出现较大浮动, 以青海省为例,省内新能源发电量高峰通常出现在 7-8 月,发电量低谷出现在 1-3 月,低谷发电量比高峰下 降超过 30%

18、对于较长时间跨度的调峰需求,储热和新能源电力制氢将是合理的储能选择。储热是一种多用于用 户侧的储能技术,其原理是使用热泵将冷热分离,分 别储存在冷源和热源中,在房屋温度变化、需要制冷 / 制热时再将其释放。储热的优势不仅仅在于它可以实 现超长时间的能量储存,还在于其中储存的热能往往 可以直接利用,不必再次转换为电能。西北省份由于 气候干燥,昼夜温差大,季节间温度变化大,因此对 制冷和制热都有大量的需求。夏季储存的热能可以供 冬季使用,白天储存的热量可以供夜晚使用,节省电 能的同时还避免了火力发电被热电联产需求锁死的情 况。

19、综合来看,西北的储能发展目标大致为:发展以 抽水、电化学为主导的储能技术来调峰调频、保证电 网稳定性,用储热和氢能缓解季节性电力差异带来的压力,同时发展氢能配套产业充分利用可再生电力资 源。但目前,西北储能产业发展仍然面临储能成本机 制不明确、新型储能技术不成熟、储能项目融资难等 问题。为了能够更好地在未来发挥储能的优势,增强 清洁电力供给的稳定性和灵活性,助力西北地区实现 碳中和的同时,为其他电力需求大省提供强有力的支 撑,西北地区需要从价格机制的设计、技术突破以及 投资引导等 3 个主要方面积极引导和完善市场的建设。

20、西北地区必须完善储能价格机制,填补储能项目经济补偿 方面的空缺。在当前的政策要求下,新能源发电企业 必须按照自身装机量搭配一定量的储能资源,用以保 证电网稳定性。但是由于我国电力市场制度在该方面 的欠缺,储能项目没有足够的盈利渠道,储能投资无 法得到相应的经济回报,因此许多新建储能项目仅仅 是为了满足政策要求,实际处于入不敷出的状态。甚 至对于一些已经建成的储能项目,发电企业也尽量少 用甚至不用,以此来降低维护和使用成本。这不仅降 低了新能源电力企业的效益,更阻碍了储能系统的大 规模应用,影响了新能源电力的最大化利用。为了激 发储能市场的活力,西北省份应当完善价格机制,通 过试点容量市场、储能里程成本核算等手段,给予储 能项目应有的经济补偿,真实反映储能资源价值。

21、农业活动释放的三种最常见的温室气体分别是 N2O、CO2 、CH4 。N2O 农业温室气体排放量中所占的 比例约为 36%,是土壤和粪便中的氮被微生物分解所 产生的一种副产物,往往是农业生产中过度使用富氮 复合肥料造成的;在农业生产中,CO2 排放占农业温 室气体排放的 14%,伴随着土壤中有机物有氧分解时 释放出来,而这个过程中往往与农业“有机土壤”的 排水和耕作过程相关。CH4 通常在农作物、牲畜饲料 或粪便等有机物无氧分解的过程中产生的,占农业温 室气体总排放量的 50% 左右。肠道发酵、即家畜消化 有机物,是最大的 CH4 排放源,也是整体农业排放的 最大来源。畜牧业温室气体主要来源于畜禽肠道 CH4 和粪便管理过程中产生的 CH4 和 N2O。反刍动物是 CH4 排放的主要来源,全生命周期 CO2 当量排放量达 55.25%。

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