摘要：在碳達峰、碳中和雙碳目標愿景下，國家發改委、國家能源局及各省市發改委、能源局相繼發布了《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》《“十四五"新型儲能發展實施方案》《“十四五"新型儲能的發展規劃》等重要文件，新型儲能規劃建設由此展開。經推算，到2025年新型儲能裝機規模將達30GW以上，其中新能源配儲將占儲能市場規模的45%。本文將從新能源配儲的必要性和所起到的作用等方面開展論述。

關鍵詞：新型儲能；電化學儲能；風電裝機

1新型儲能的發展背景

“雙碳"目標下，我國正在建設含高比例新能源的新型電力系統，以風/光為主的新能源加速發展，當前，已經暴露出電力緊缺和棄風限電雙重風險并存趨勢。新能源主要以波動、隨機的風/光為主，2022年我國新能源新增裝機達1.25億kW，占全國新增發電機組的63%，已成為我國電力新增裝機的主體。2023年4月12日，國家能源局發布關于印發《2023年能源工作指導意見》的通知。其中明確，2023年風光發電量占全社會用電量的比重達到15.3%，風光裝機增加1.6億kW左右，風光發電能力已成為我國新增發電量的主體之一。與此同時，我國電力緊缺與棄風限電風險并存。在此背景下，儲能將成為建設高比例新能源供給消納體系、提高電網柔性和靈活性的關鍵應用技術。

2新能源配置儲能的必要性

在新能源發展之初，裝機容量較火電相比極少，電力系統通過常規電源的調節可以消納新能源，調峰問題表現的不明顯。隨著新能源并網比例的不斷增加，由于新能源出力的隨機性、波動性和階段性反調峰特性，系統凈負荷波動性加大、谷峰差加大、隨機性加大、谷峰切換速度加大，對調峰資源的規模、調峰能力、響應速度、爬坡速度提出了更高的要求，僅僅依靠火電等常規電源來實現電力平衡已經不太現實。而且，在電力系統新能源裝機占比不斷上升的同時，火電、核電等可靠性電源占比卻逐步降低，疊加氣候對水電出力的影響，大大削弱供給側響應與調節能力。供給側負荷調節需求必須依靠清潔高效的儲能裝機彌補。除滿足調節需求外，儲能對于電網的電力傳輸與安全很有幫助，還能起到減緩電網阻塞、提供備用和黑啟動等作用。對于發電側，儲能能夠起到平滑新能源波動、提高新能源消納的作用。而負荷側的儲能裝機，能夠大大提升負荷側的自我平衡能力和響應能力。因此，儲能的規模化發展可推動解決新能源發電隨機性、波動性、季節性、不均衡性帶來的系統平衡問題，是建設高比例新能源供給消納體系、提高電網柔性和靈活性的關鍵技術。

3風光等新能源規模應用面臨的痛點及配置儲能的優勢

風電、光伏應用面臨的痛點主要包括：一是輸出功率的頻繁變化造成電網電壓波動、閃變和頻率波動等；二是風光出力難以控制，可調節性有限；三是可再生能源出力不穩定需配置備用電源和電網通道容量，增加成本；四是出力和用電負荷峰谷不匹配，造成棄風限電。

新能源配儲的優勢主要體現在4個方面：一是可動態吸收并儲存來自發電側或電網的電能，減輕因電壓波動、閃變等對電網造成的影響，在需要時釋放，從而改變電能生產、輸送和使用同步完成的模式，使得實時平衡的“剛性"電力系統變得更加“柔性"；二是緩解局部因輸電通道受阻引發的棄電或因電網調頻調峰能力不足引發的限電，增強電網可調節性；三是儲能系統可平衡可再生能源出力，滿足新能源并網后面臨的各項考核；四是儲能充電模式可采用峰發谷存模式，緩解棄風限電的同時，可為電網提供調頻調峰等輔助服務和提供應急供電等。

4新能源配置儲能的控制策略及盈利模式介紹

新能源控制策略：一是根據政策規定和收益確定儲能類型和控制目標；二是合理設置儲能控制動作優先級，優先保障電網需求和單位電量收益；三是儲能SOC應始終保留有充放電余地；四是積極促進儲能和新能源的協調控制。

對應的盈利模式：一是降低限電量獲得收益；二是降低一次調頻、出力波動、風功率預測偏差引起的考核；三是二次調頻輔助服務收益和調峰輔助服務收益。還可通過實現黑啟動、調壓等服務獲得收益。

5新型儲能種類及成本介紹

截止2021年底，全球已投運儲能項目中，抽水蓄能裝機規模約195.3GW，占比低于90%。新型儲能累計裝機規模3000萬kW，同比增長67.7%，其中鋰離子電池裝機2300萬kW·h，占主導地位。2022年我國儲能累計裝機功率約56.9GW，其中抽水蓄能累計裝機功率約為45.1GW，占儲能裝機總量的79.3%，新型儲能累計裝機功率約為11.2GW，占儲能裝機總量的19.8%。在新型儲能裝機中，鋰離子電池占比最高，接近90.7%，壓縮空氣占比為1.9%，飛輪儲能占比為0.3%，鉛酸電池占比為0.8%，液流電池占比為3.5%。新型儲能主流種類目前主要有以下3種。

5.1飛輪儲能

目前處于發展階段，商業化應用有待進一步挖掘。飛輪儲能是通過電能將放在真空外殼內的轉子加速，從而將電能轉化為動能的形式存儲起來，利用大轉輪所儲存的慣性能量存儲電能。飛輪儲能具有響應時間快、功率密度高、不受充放電次數限制、綠色無污染等特點，非常適合快速大功率充放電應用場合。飛輪儲能的響應時間可達到毫秒級，單機功率可達2000~3000kW，可實現儲能0.5~100kWh，且沒有化學儲能充放電次數限制。其缺點是成本較高，能量密度較低、儲能容量小、安全性有待進一步提高。

飛輪儲能技術主要應用于新能源配儲的調頻功能，但因其成本、轉換率、使用壽命、安全性影響，商業化應用場景還未建立，多為試點項目。但從長遠來看，飛輪儲能未來市場需求較為廣闊，隨著大規模新能源項目并網，電網頻率的波動性會隨之增大，電網對類似飛輪儲能這種短時高頻的儲能技術需求會越來越迫切。目前飛輪儲能使用的飛輪及磁懸浮軸承價格較高，投資成本在10~15元/W，高于其他儲能方式。

5.2壓縮空氣儲能

壓縮空氣儲能系統是以高壓空氣壓力作為能量介質存儲，在需要調用時通過高壓空氣膨脹做功來發電的系統。壓縮空氣儲能的儲能量級可與抽水蓄能相媲美，功率可達百兆瓦級，且建設周期較短，一般只需要12~18個月。形式主要有傳統壓縮空氣儲能系統、帶儲熱裝置的壓縮空氣儲能系統、液氣壓縮儲能系統。和傳統的電池技術相比，壓縮空氣儲能技術的壓力容器的壽命更長，毒性更低，成本更低，可以長時間存儲能量并且只需要很少的維護。目前，壓縮空氣儲能投資成本在5~6元/Wh；度電成本約為0.45~0.5元/kWh，度電成本明顯低于電化學儲能。

此外，壓縮空氣儲能在電源側應用主要與光伏、風電相結合，構成風儲或光伏一體化系統，提升新能源發電消納率，但目前尚未有新能源側大型壓縮空氣儲能投運，主要存在21個問題：一是三北沙戈荒等重點大型風光基地一般沒有鹽穴等地下儲氣資源，需采用人工硐室進行儲氣，導致儲氣成本和施工周期增加。二是壓縮空氣儲能響應尺度與風電波動性的匹配有待于進一步研究，一方面需進一步拓展CAES寬負荷、變工況運行特性；另一方面需要研究CAES與電池、飛輪等混合儲能系統的可行性和經濟性。

5.3電化學儲能

電化學儲能是指利用化學元素做儲能介質，伴隨儲能介質的化學反應進行充放電過程。主要包括液流電池、鈉硫電池、鋰離子電池等。

5.4液流電池

液流電池儲能是利用液態活性物質在離子交換膜進行氧化還原反應，由電堆單元、電解液、電解液存儲供給單元以及管理控制單元等部門組成，液流電池儲能電解液基質采用水性溶液，使用過程中沒有固相反應，因此不存在起火、爆炸等風險，具有安全穩定、容量高、循環壽命長、容易回收等特點。液流電池根據電極活性物質不同，可分為全釩、鋅鎳、鋅鐵、鐵鉻等體系。其中，全釩液流電池應用較為成熟。液流電池相比其他儲能電池，具有設計靈活、性能好、電池使用壽命長的特點，可用作削峰填谷、調頻，能夠滿足大規模儲能要求。電解質溶液容易再生循環使用、選址自由度大、安全性高、能量效率高、啟動速度快等優點。液流電池的缺點是電池能量密度小、電池對環境溫度要求高、價格貴、系統復雜。系統造價可達3.5~4元/Wh。

5.5鈉硫電池

鈉硫電池儲能，是一種以金屬鈉為負極、硫為正極、陶瓷管為電解質隔膜的二次電池。在一定的工作溫度下，鈉離子透過電解質隔膜與硫之間發生的可逆反應，形成能量的釋放和儲存。其具有比能量高和可大電流高功率放電的特點。鈉硫電池理論的比能量為760Wh/Kg，實際已大于150Wh/Kg，且隨著科學界不斷地研究深入，其實際比能量一直在直線上升，這也讓鈉硫電池很有可能成為主流的儲能電池。鈉硫電池的放電電流密度為200~300mA/cm2，并且可以在瞬間釋放出其3倍的固有能量，同時，鈉硫電池也支持大功率充放電，電池所采用的固體電解質，也不會像液態電解質一樣會有自放電和副反應，所以鈉硫電池的充放電效率也很高，循環次數高達2500次以上。鈉硫電池的缺點是對工作環境要求苛刻，300℃方能啟動，如果發生短路故障，溫度會高達2000℃，因此對技術有著的要求。由于硫和硫化物具有腐蝕性，所以需要用到昂貴的抗腐蝕電極材料，電池的整體生產成本較高，達12元/Wh。鈉硫儲能電池國外應用較多，國內未能大規模推廣。

5.6鋰電池

鋰離子電池是指分別用2個能可逆的嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負極構成的電池。按鋰電池材料分，可分為鈷酸鋰電池、錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池等，其中磷酸鐵鋰電池的應用范圍較為廣泛。鋰電池能量比較高，具有高存儲能量密度，還具備使用壽命長、額定電壓高、高功率承受力優、自放電率低、高低溫適應性強、重量較輕等優點。其缺點主要集中在安全性較差，鋰離子電池不能大電流放電，有存在爆炸的風險，電能自損耗大，在不使用的狀態下存儲一段時間后，其部分容量會喪失。目前，鋰離子電池儲能系統的投資成本為1.3~1.7元/Wh。

6安科瑞Acrel-2000MG微電網能量管理系統

6.1概述

Acrel-2000MG儲能能量管理系統是安科瑞專門針對工商業儲能電站研制的本地化能量管理系統，可實現了儲能電站的數據采集、數據處理、數據存儲、數據查詢與分析、可視化監控、報警管理、統計報表、策略管理、歷史曲線等功能。其中策略管理，支持多種控制策略選擇，包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制、防逆流等。該系統不僅可以實現下級各儲能單元的統一監控和管理，還可以實現與上級調度系統和云平臺的數據通訊與交互，既能接受上級調度指令，又可以滿足遠程監控與運維，確保儲能系統安全、穩定、可靠、經濟運行。

6.2應用場景

適用于工商業儲能電站、新能源配儲電站。

6.3系統結構

6.4系統功能

（1）實時監管

對微電網的運行進行實時監管，包含市電、光伏、風電、儲能、充電樁及用電負荷，同時也包括收益數據、天氣狀況、節能減排等信息。

（2）智能監控

對系統環境、光伏組件、光伏逆變器、風電控制逆變一體機、儲能電池、儲能變流器、用電設備等進行實時監測，掌握微電網系統的運行狀況。

（3）功率預測

對分布式發電系統進行短期、超短期發電功率預測，并展示合格率及誤差分析。

（4）電能質量

實現整個微電網系統范圍內的電能質量和電能可靠性狀況進行持續性的監測。如電壓諧波、電壓閃變、電壓不平衡等穩態數據和電壓暫升/暫降、電壓中斷暫態數據進行監測分析及錄波展示，并對電壓、電流瞬變進行監測。

（5）可視化運行

實現微電網無人值守，實現數字化、智能化、便捷化管理;對重要負荷與設備進行不間斷監控。

（6）優化控制

通過分析歷史用電數據、天氣條件對負荷進行功率預測，并結合分布式電源出力與儲能狀態，實現經濟優化調度，以降低尖峰或者高峰時刻的用電量，降低企業綜合用電成本。

（7）收益分析

用戶可以查看光伏、儲能、充電樁三部分的每天電量和收益數據，同時可以切換年報查看每個月的電量和收益。

（8）能源分析

通過分析光伏、風電、儲能設備的發電效率、轉化效率，用于評估設備性能與狀態。

（9）策略配置

微電網配置主要對微電網系統組成、基礎參數、運行策略及統計值進行設置。其中策略包含計劃曲線、削峰填谷、需量控制、新能源消納、逆功率控制等。

7硬件及其配套產品

8對于儲能發展的相關建議

8.1豐富儲能應用場景，使新型儲能多元化健康發展

根據儲能應用特點及發展階段各有不同，儲能應用場景逐步呈現出多樣化和多元化發展。根據不同儲能時長的需求，儲能的應用場景可以分為容量型（≥4h）、能量型（約1~2h）、功率型（≤30min）和備用型（≥15min）4類。根據儲能時長要求的不同進行儲能類型劃分，有助于推進以市場應用為導向的技術開發思路，使不同儲能技術在各自適用的場景中發揮性能優勢。

8.2不斷完善新型儲能技術產業的頂層設計

近年來，國家出臺了《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》《新型儲能項目管理規范（暫行）》《“十四五"新型儲能發展實施方案》《關于進一步推動新型儲能參與電力市場和調度運用的通知》等一系列政策文件，始終堅持市場主導、政策驅動，強調統籌規劃、多元發展，鼓勵創新示范、先行先試。但同時，新型儲能產業的頂層設計扔有優化和改進空間。未來，隨著新型儲能產業政策體系逐步完善和市場環境不斷優化，將會推動新型儲能產業的快速成熟和發展。

8.3加快分類制定國內新型儲能行業標準

近幾年，國家正在逐步規范和完善針對新型儲能的行業標準，主要包括設計、安裝、運維、安全保護和消防設計等，以及后期回收處置等標準。但在重力儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、液流電池、鈉離子電池等細分領域的相關標準，并未做到細分。建議通過完善的新型儲能各標準體系建設，建立各型儲能產品的高安全、高標準、高品質體系建立，推動國內相關企業提高產品兼容性和環境適應性，助力國內儲能企業與國際接軌并取得顯著突破。

8.4加快建立健全容量電價調控補償機制

通過合理的電價調控機制和補償機制扶持新型儲能市場規模化、可持續化發展。2021年8月，浙江省發改委發布了《關于開展新型儲能設施示范應用的實施意見(征求意見稿)》，在全國范圍內提出了給予調峰型儲能項目容量補償，暫定補償期3年，補償費用逐年退坡，分別為200元/kW·年、180元/kW·年、170元/kW·年。隨后，雖然在各地陸續出臺的儲能發展規劃中都對容量電價有所提及，但具體的補償額度及補償機制都未明確。容量電價對于保障儲能電站獲取合理、持續的收益至關重要，如有細則政策出臺，勢必會扭轉目前主要依靠新能源場站租賃儲能容量，由新能源發電企業為儲能電站買單的不合理局面，以更合理的價格機制促進儲能電站的長效持續發展。加快研究建立儲能電站容量電價機制，或將促進各地配套政策出臺。建議通過合理的電價調控、補償機制扶持新型儲能技術開拓更為可觀的新型電力市場。