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“光储一体”——新型储能市场化分析
2022年7期 发行日期:2022-04-01
作者:■ 隆众资讯 方文正 郝红梅

光储一体发展必要性


  进入21世纪以来,全球能源消费增长迅速,石油、煤炭以及天然气等化石能源消耗剧增。大量使用化石燃料导致全球生态环境不断恶化,社会可持续发展受到严重威胁。近年来,随着各国对可再生能源发展的重视,太阳能的光伏发电凭借施工过程简单、无污染、资源分布广泛等优势,在风能、生物质能等众多新能源中脱颖而出,成为世界新能源领域的一大亮点。但光伏在发展过程中也暴露出弃光、影响电网电能质量等问题,目前为解决这些难题最好的解决方式就是发展储能辅助光伏电站。

  据测算,目前国内光伏行业在不配置储能的情况下,电网的调度能力不足以支撑“十四五”期间的风光消纳。故而各地电网或者是建议新项目按照一定比例配置储能,或者是暂停备案新项目,再者便是对存量电站提出技术整改、分摊调峰成本等的要求。

光伏产业潜力巨大

  1. 光伏发电

  太阳能光伏发电是利用太阳电池材料的光伏效应,将太阳光辐射能直接转换为电能的发电形式。太阳能光伏发电的技术路线主要包括晶体硅太阳能发电、薄膜太阳能发电,其中,晶体硅太阳能发电包括单晶硅太阳能发电、多晶硅太阳能发电。

  光伏晶硅产业链,上游为从硅料到硅片的原材料制备环节;中游则是从光伏电池开始到光伏组件的制造环节,负责生产有效发电设备;下游则是应用端,即光伏发电系统。

  2.光伏产业潜力巨大

  当今世界各国特别是发达国家对于光伏发电十分重视,制定规划、采取措施、增加投入、大力发展。在产业化方面,各国一直在通过改进工艺、扩大规模和开拓市场等措施降低成本,并取得了巨大进展。

  2021年,全国光伏新增装机5488万千瓦,为历年以来年投产最多,其中,光伏电站2560万千瓦、分布式光伏2928万千瓦。到2021年底,光伏发电累计装机3.06亿千瓦。从新增装机布局看,装机占比较高的区域为华北、华东和华中地区,分别占全国新增装机的39%、19%和15%。

  近几年,受益于中国、日本、美国等体量较大光伏市场的持续升温,全球光伏新增装机容量呈现上升态势,光伏行业整体处于健康稳定发展阶段。未来,在光伏发电成本持续下降和新兴市场拉动等有利因素的推动下,全球光伏市场仍将保持增长。 

  3.技术革新与其他可再生能源的替代威胁

  晶硅太阳能电池及薄膜太阳能电池是当前光伏发电主要电池技术。由于晶硅电池技术起步较早且光电转化率高,多年来一直处于主导地位。然而,随着技术的革新,如果晶硅电池技术进步出现停滞、而薄膜电池实现突破,则晶硅太阳能电池行业可能面临技术替代的风险。此外,除光伏发电外,可再生能源还包括风能、光热能、水能、地热能、生物质能等。各个国家对可再生能源的选择方向及投入力度将影响太阳能光伏行业在该区域内的发展情况。

储能

  1. 储能的定义及分类

  储能(stored energy)是指通过介质或设备把能量存储起来,在需要时再释放的过程。按照能量储存方式,储能可分为物理储能(物理储能主要包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能等)、化学储能(化学储能主要包括铅酸电池、锂离子电池、钠硫电池、液流电池等)、电磁储能(主要包括超级电容器储能、超导储能等)三类。

  2. 储能的功能应用及盈利模式

  传统发电侧应用:通过调峰调频减少考核和增加补偿。

  新能源发电侧应用:通过将弃电量存储,需要时送入电网,减少电价损失;参与电网调频,享有调频补偿同时可获取优先调度带来的多发电量收益。

  用户侧应用:平滑负荷曲线,削峰填谷,通过峰谷价差套利;作为后备电源减少停电损失。

  离网应用:后备电源,供偏远地区、无电地区供电,还可作黑启动电源,提高用户供电可靠性,减少停电损失,同时减少对传统应急备用电源投资。

  3. 储能的现状及发展展望

  当前,国内储能的应用正朝着多元化发展,政策上也鼓励发电企业、独立储能运营商联合投资新型储能项目,通过市场化方式合理分配收益。虽然国内占比最高的储能方式是抽水储能,但在新能源应用领域,电化学储能凭借安装简单、对项目地要求低等优势,有着更广阔的市场,但需要注意的是电化学储能现阶段主要问题就是成本控降和电池安全问题。

  从2021年开始国内以阳光电源为代表的逆变器厂家相继推出1500V的储能系统方案、从2020年开始以宁德时代、比亚迪为代表的电芯厂家相继推出大容量、高循环寿命的电池,各领域龙头企业在技术上的突破正在逐步降低电化学储能成本。

  随着越来越多的储能项目出现安全隐患,且储能的电池管理系统需要具有复杂的协议处理能力和快速响应能力,储能电池管理系统不再单单套用传统的BMS理念,而是研发适合于储能的BMS控制单元为储能的安全保驾护航。

  在“碳达峰、碳中和”目标下,储能行业有了更多的发展机遇与挑战。在全社会低碳转型的需求下,新能源必将占据能源终端的绝对地位,相对应的,储能也会成为能源转型体系的中流砥柱。

光储一体的新型储能模式及发展现状

  在国外,储能项目与光伏电站的联合建设,实现了多元化应用,获得了多重收益,这种模式颇受欢迎。而在国内,虽然现阶段光储项目大多为示范性项目,但随着可再生能源大力推进,储能电池技术的发展,新能源电力市场化,未来光伏储能电站将是行业发展的必然趋势,光储电站的协调控制将对减少弃光、电网安全稳定运行、电站经济效益提升起着不可替代的作用。

  新能源配套储能在解决弃风弃光、改善供电质量等问题的同时,也增加了新能源电站的投资成本,要想光储一体的新型储能模式得到更好的发展,需重视储能安全和成本把控。目前新型储能模式全国各地的补贴政策差异性较大,光靠补贴来维持新型储能模式的发展并非长久之计,还需通过鼓励技术突破、示范项目应用等方式降低光伏配套储能的成本,实现光储一体模式的良性发展。光储一体拓扑图见图1。

发展展望


  2022年2月,为推动新型储能规模化、产业化、市场化发展,国家发改委发布了《“十四五”新型储能发展实施方案》,文件指出:在东北、华北、西北、西南等地区充分发挥大规模新型储能作用,通过“风光水火储一体化”多能互补模式,促进大规模新能源跨省区外送消纳,提升通道利用率和可再生能源电量占比。

  “十四五”还提出要加大“新能源+储能”支持力度。对于配套建设新型储能或以共享模式落实储能的新能源发电项目,结合储能技术水平和系统效益,可在竞争性配置、项目核准、并网时序、保障利用小时数、电力服务补偿考核等方面优先考虑。

  2021年为响应国家政策,全国多地先后出台新能源配套储能的政策。除了“新能源+储能”的政策指引,全社会用电量增长为新能源电力消纳也创造了有利条件。2021年,全国6000千瓦及以上电厂发电设备利用小时达3817小时,比上年同期增加60小时。全国全社会用电量全年累计83128亿千瓦时,同比增长10.3%。用电需求的逐年增加,有效地促进风光新能源电力发展,促进了光储一体的发展。


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