各種儲能技術的成本在過去若干年實現(xiàn)大幅下降，特別是鋰離子電池技術，這對于傳統(tǒng)上需要實時平衡、存儲困難的電力系統(tǒng)無疑是一個結構性變化。儲能系統(tǒng)允許能量在時間上轉移，而電網(wǎng)系統(tǒng)允許能量在地理上轉移。隨著可再生能源占比的增加，其波動性與地理上的限制，使得系統(tǒng)必須具有額外的靈活性，以保持在各個時間尺度上的平衡。現(xiàn)有被廣泛討論的提高系統(tǒng)靈活性的方法就是增加電力存儲能力(比如低谷平衡)與擴大傳輸網(wǎng)絡。二者往往被認為是互相替代的關系，當然，也不乏二者之間存在互補性的觀點。
在發(fā)達國家，電網(wǎng)的建設與擴容往往是非常困難與滯后的，因此，成本快速下降的儲能的建設如果能夠跟上，可以彌補電網(wǎng)的部分角色，儲能也會再次被看好。過去的一段時間，電網(wǎng)側儲能在我國各個地區(qū)的安裝呈現(xiàn)加速的趨勢。并且，從過去的經(jīng)歷來看，電網(wǎng)的建設速度往往也是非常快的。那么，關于二者是互補還是替代角色的討論就非常關鍵了。因為它涉及系統(tǒng)更高靈活性能否有效實現(xiàn)，是否可以收益大于成本的方式(所謂有經(jīng)濟效率)實現(xiàn)，以及是否能以更好、更低成本實現(xiàn)系統(tǒng)目的(所謂成本有效性)。本期專欄，我們將討論這個問題。
過去的故事與事實
在當前的調(diào)度體系下，儲能與普通發(fā)電電源并無區(qū)別，所謂系統(tǒng)級儲能的上馬完全是“泡沫”。
2017 年，輸電系統(tǒng)服務商TenneT 和電池制造商Sonnen開始在試點項目中使用區(qū)塊鏈，調(diào)用分散的家用電池儲能。眾所周知，解決德國北部與南部之間高壓傳輸網(wǎng)絡瓶頸的方法是降低北部發(fā)電廠的功率輸出，同時提高南部發(fā)電廠的功率輸出。現(xiàn)在的替代方案是將分散的家用電池儲能連接在一起，這樣家用電池儲能也能提供這項服務。北部的電池在阻塞發(fā)生時儲存電網(wǎng)的電力，同時南部的電池(在高峰需求時)將向電網(wǎng)供電[1]。
2017年，我國政府發(fā)布《關于促進儲能技術與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見》。儲能項目，尤其是電池儲能項目，在發(fā)電側、電網(wǎng)側、用戶側、微電網(wǎng)、通信儲能、應急電源等都有廣泛應用。
2019年9月，國家發(fā)展改革委召開加強儲能技術學科專業(yè)建設推進產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)和技術創(chuàng)新座談會，強調(diào)儲能技術與產(chǎn)業(yè)的安全性、經(jīng)濟性與可循環(huán)性[2]。
2018年，電網(wǎng)側儲能建設一度紅火。江蘇、河南、湖南等地陸續(xù)開展了百兆瓦級別的電網(wǎng)側儲能項目建設。截至2018年6月底，全國投運電化學儲能項目的累計裝機為53.3 萬千瓦，在用戶側的占50%，發(fā)電側與電網(wǎng)領域的分別占35%、15%。其中，70%是鋰離子電池[3]。成本回收與盈利，主要是通過峰谷價差實現(xiàn)。
儲能到底是替代還是補充電網(wǎng)的角色，不同的研究給出了很混雜的結果。其答案往往取決于很多的前提條件，特別是涉及需求、供應以及儲能的空間分布，可再生能源與需求特性的相關性，以及儲能運行的模式(比如參與何種市場、在何種時間尺度上進行充放電循環(huán))[4]。
我國的電網(wǎng)結構與歐美存在很大的差異。在歐美，基本是網(wǎng)狀電網(wǎng)(meshed- grid)，幾乎不存在“大飛線式”的長距離“點對點”“點對網(wǎng)”線路，專門用于電力傳輸。因為，一方面，建設電網(wǎng)線路的基本動機是聯(lián)網(wǎng)解決阻塞問題主要是發(fā)揮電網(wǎng)的需求與供應的“平滑效應”，而不是輸電，電源永遠是在本地平衡后，再調(diào)劑余缺，從而減少輸電需求，這是一個一致性的思路;另一方面，高壓電網(wǎng)很貴，現(xiàn)實中征地困難，建設緩慢。如果一個地區(qū)的需求旺盛，建設本地電源，實現(xiàn)本地化供應往往是最優(yōu)選擇，而不是選擇遠方的電力輸送。從技術層面來講，在電源分布均勻的電力系統(tǒng)中，其無功與功角穩(wěn)定也更容易保障。
我國電網(wǎng)系統(tǒng)級儲能的安裝，往往服從于改善并網(wǎng)特性、平滑出力的目的，從而更加有利于外送[5]。正如我們之前提及的，這里的“穩(wěn)定外送”完全屬于基荷僵直外送，既不參與本地平衡，也很少隨著目標地需求變化，這給送、售兩端都造成了經(jīng)濟上的“無謂損失”(deadweight loss)，屬于需要盡快取消的電力傳輸與運行方式。
邏輯
我國電網(wǎng)系統(tǒng)級儲能的安裝，往往服從于改善并網(wǎng)特性、平滑出力的目的，從而更加有利于外送。
從技術上來說，儲能的系統(tǒng)價值很清楚，它可以提供：能源的存儲，在價格低的時候充電，在合適的時候放電，從而進行價格套利;頻率控制，提供向上向下的平衡調(diào)節(jié)，速度很快;電壓控制;峰荷轉移，放電的過程也是削減峰荷的過程。這些價值如何貨幣化，成為可行商業(yè)模式，與市場設計息息相關，市場的開放性與參與主體的資格是其中最重要的因素。但是無論如何，所謂“平滑機組出力”均不是其目的，這(應該)是一個互聯(lián)電力系統(tǒng)的基本功能。現(xiàn)實中，往往存在其他眾多更合適、更便宜的選擇。
開放競爭性電力市場環(huán)境中的儲能來緩解電網(wǎng)阻塞，如果是安裝在阻塞線路高發(fā)電成本的一端，那么儲能在低谷充電，高峰放電，會有效降低高峰時期其他機組需要的發(fā)電量，降低阻塞情況。這一角色與擴大的電網(wǎng)連接往往是一樣的降低本地機組發(fā)電量。二者是同一功能，因此是充分替代的。
相反，如果儲能安裝在阻塞線路低發(fā)電成本的一端，那么擴大的電網(wǎng)連接會增大該端的發(fā)電量，因為電量可以傳輸?shù)礁F的另一端，從而增加對高峰點儲能放電的需求。電網(wǎng)的阻塞越緩解，傳輸?shù)碾娏吭酱螅瑥亩鴥δ艿男枰?替代本地發(fā)電，尋找價格高點)也越大。二者往往是互補的。
聯(lián)網(wǎng)意味著之前獨立的電網(wǎng)建立了物理聯(lián)絡，從而整個市場可以變得更大，彼此聯(lián)系與交換電力變得可能或者更大。此外，從系統(tǒng)運行角度來看，由于彼此之間的可能需求特性不同，存在大區(qū)域的平衡效應，以及可以共享一些備用，潛在地有做大蛋糕的可能性。輸電，比聯(lián)網(wǎng)的含義要小得多，只是一種電力交易行為。“大飛線式”外送往往割裂了本地與外送市場。
在“大飛線式”外送的格局下，電網(wǎng)與儲能的關系是非常微妙的，完全不是上述通過加入儲能來解決電網(wǎng)阻塞的邏輯，因為根本不存在電網(wǎng)阻塞，儲能的應用目標是改善電廠出力特性。首先，總體而言，電網(wǎng)是為了達到平滑出力目的，儲能也是同樣如此，二者的功能一樣。儲能大規(guī)模加入后必然替代電網(wǎng)，比如有些自發(fā)自用用戶安裝大容量儲能后，幾乎可以“脫網(wǎng)”了，二者是替代關系。其次，具體就長距離輸送模式而言，其完全是基于電量輸送目的，更多的儲能加入意味著更大的電量輸出，從而提高電網(wǎng)線路利用率與容量需求，二者是互補的;此外，其服從于一個完全不正當、不合理的目的基荷僵直外送。這樣的基荷電力不受目標地歡迎，屬于特權垃圾電，儲能的加入無疑會惡化這種趨勢，使得線路的利用率因為市場問題而下降，二者存在沖突。
小結
筆者在2016年曾提到，儲能應用需要避免的是一種錯誤的組合缺乏波動性定價的市場、對儲能放電單獨補貼、補貼通過消費者消化、何時放電由調(diào)度說了算。目前，這句話對于改革中的我國電力系統(tǒng)仍然有效。在當前的調(diào)度體系下，儲能與普通發(fā)電電源并無區(qū)別，所謂系統(tǒng)級儲能的上馬完全是“泡沫”。
電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的基本目的是平滑各種出力特性不同的電源與不同需求特性的用戶，這是其基本功能。而儲能也具有這種功能，二者是充分替代的。在解決網(wǎng)絡阻塞問題上，二者是互補還是替代，往往取決于儲能是安裝在高電價側，還是低電價側。
在我國“大飛線式”外送格局下，電網(wǎng)與儲能是通過互補來實現(xiàn)基荷僵直外送的，這恰恰是整個系統(tǒng)靈活性不足的主要障礙。抑制這一無效率體系的關鍵，在于調(diào)度范式的改變以及網(wǎng)狀電網(wǎng)的構建，消滅“點對點”“點對網(wǎng)”的僵直外送模式。
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