电池储能系统参与电网调频的选址概略分析

鉴于电池储能系统动态吸收和释放能量的特点，科学合理地在电力系统中配置储能，能有效弥补新能源发电的间歇性和波动性，改善电能质量、优化系统运行的经济性。近年来，电化学储能、抽水蓄能、飞轮等储能系统（BESS）已经规模化应用到了电力系统中，在电力系统中的比例不断增加，对电力系统影响程度也与日俱增，同时也使得电网总体规划的复杂性大大增加。如何充分发挥储能系统参与电力系统调频应用的潜力与优势，其选址是第一步，需综合以下几方面因素。

1.储能的技术特点与成熟度

在物理储能领域，抽水蓄能和压缩空气储能是发展最快的两种储能技术。据统计，抽水蓄能是全球装机规模最大的储能技术，占全球总储能容量的98%，日本、中国、美国的装机位列全球前三位。抽水蓄能的单机规模已达300MW级，是目前发展最为成熟的一种储能技术。压缩空气储能目前已在德国（Huntorf321MW）和美国（McIntosh 110MW，Ohio9×300MW，Texas4×135MW和Io-wa200MW项目等）得到了规模化商业应用。在新型压缩空气储能方面，国际上只有中国科学院工程热物理研究所（1.5MW超临界压缩空气储能、10MW先进压缩空气储能）、美国GeneralCompression公司（2MW蓄热式压缩空气储能）、美国SutainX公司（1.5MW等温压缩空气储能）和英国HighviewPower公司（兆瓦级液态空气储能）四家机构具备了兆瓦级的生产设计能力。在国内压缩空气储能技术研发与产业化方面，中国科学院工程热物理研究所处于绝对领先地位。该研究所于2013年建成了国际首套1.5MW示范系统，并实现了产业化；2016年建成了国际上唯一一套10MW级研发平台。同时还获批建设国家能源大规模物理储能技术研发中心，相关成果获得北京市科学技术奖一等奖、联合国工业发展组织全球可再生能源领域最具投资价值领先技术“蓝天奖”等。

在化学储能领域，铅酸电池因其技术成型早、材料成本低等优势，是目前为止发展最为成熟的一种化学电池。截至2015年，全球铅蓄电池的储能应用规模达到了111.1MW。我国是铅酸电池的第一大生产国和使用国。锂电池在全球范围内已成为最具竞争力的化学储能技术，几年来发展势头迅猛，2013—2015年锂电池全球装机翻倍，是应用规模增速最快的化学储能技术。目前锂离子电池用于储能电站的单一电站容量已达到64MWh的水平。近年来液流电池的发展较为平稳，全钒液流电池和锌溴液流电池的应用较多，主要应用于大规模可再生能源并网领域。国际上主要的液流电池研发机构包括大连融科、住友电工、UniEnergyTechnologies、ImergyPowerSystems等，其中住友电工2016年在日本Hokkaido投运的15MW/60MWh液流电池储能示范电站是目前规模最大的液流电池储能项目。钠硫电池近三年的发展速度较为缓慢，日本NGK公司是唯一实现钠硫电池产业化的机构。2015年NGK公司的钠硫电池储能系统发生火灾事件后，其逐步改进了电池结构并加强了安全性研发，目前仍然引领着全球钠硫电池的发展。中国科学院上海硅酸盐研究所在我国钠硫电池领域一直处于领先水平，近年来也逐步改进电池材料，研发了新一代的钠硫电池，在国际钠硫电池研发领域具有很强的竞争力。

储能技术多样，不同类型储能技术在应用时应考虑其技术特点与技术成熟度。通常如压缩空气储能技术、抽水蓄能技术发展较为成熟，但其应用选址要求较为严格，尤其是水源、地质、地势等客观环境因素。相对而言，电化学储能技术对应用安装环境要求则较低，具有环境友好的特点，且安装设计较为简易。

应当指出，储能系统的建筑形式主要包括站房式和集装箱式两种。站房式储能的使用寿命长且质量可得到保证，但其投资大、建设周期长。相对而言，集装箱式储能建设灵活性强、建设周期短、投入相对较少，但其质量难以保证，易出现箱体腐蚀、漏水等情况，存在安全隐患。因此，充分考虑储能系统的技术特点及技术成熟度，是储能应用选址的首要因素。(www.xing528.com)

2.相关政策及部门的支持度

鉴于储能在发输配售各个领域都有相关应用场景，储能已从技术研发、示范应用走向了大规模、商业化发展的道路。作为推动产业发展的引擎，政策对于储能产业参与电力系统的市场机制的设立、电价的核定、企业技术创新的激励、应用规模的扩大、社会资本的进入都具有至关重要的作用，储能的选址应结合相关政策。

电网企业、调度机构、储能业主单位和政府部门的积极主动配合，是储能应用规划者应当充分考虑的另一个因素。电网企业要主动为电储能设施接入电网提供服务、积极协助解决试点过程中存在的问题、按规定及时结算辅助服务费用。电力调度机构负责监测、记录电储能实时充放电状态，为电储能参与辅助服务补偿（市场）提供计量数据和结算依据。电力调度机构还要根据电网运行需要以及辅助服务市场规则，指挥相应的电储能设施进行充放电。电储能设施经营运行单位应主动加强设备运行维护，在保证电储能设施安全、可靠，并严格执行各类安全标准和规定的基础上，不断提升电储能的运行性能，配合电力调度机构实施充放电信息接入。政府各有关部门应做好试点的组织协调和督促落实工作，支持电储能项目的投资建设；相关派出机构应尽快完善现有辅助服务补偿机制，为电储能参与辅助服务搭建好制度平台；国土、水利、环保、城乡规划等部门也应给予试点项目必要的支持，优先开展相关工作。

从全球范围来看，储能产业也是处于成长之中。以美国为例，2007年890法案确认了包括储能在内的非传统发电电源的市场主体地位；2011年的755法案解决了储能系统参与电网调频市场获得合理回报的问题，要求电网为调频服务的效果支付调频补偿费用。2017年之前，相关政策主要集中在美国、日本、德国、韩国等几个国家，这些政策的类型主要包括了储能发展规划、储能安装激励，还有对示范项目以及技术研发的支持。2017年新发布的政策大概有60多条。其中关于储能发展规划的集中体现在美国，马萨诸塞州发布了200MWh的计划，美国还有一些州也是积极地研究制定适合本州的产业发展的规划。储能安装激励类的政策可提供一定的折扣、税收补免或者资金补贴，这对储能应用的效益具有直接影响，为其商业化应用打开了巨大空间，是储能应用规划者应当充分考虑的因素。

我国储能产业在项目规划、政策支持和产能布局等方面均加快了发展的脚步，可以说我国储能产业已渐露春意，正蓄势待发。我国抽水蓄能行业发展相对缓慢，而电化学储能市场的增速明显高于全球市场，光热储能目前尚处于起步阶段。得益于技术进步和成本降低，在目前无补贴的情况下，储能在峰谷价差套利、辅助服务市场及可再生能源限电解决方案上已经实现了有条件的商业化运行。据中关村储能产业技术联盟（CNESA）项目库的统计，2016年有多个大型项目规划或投运，我国新增投运储能项目规模28.5MW，储能装机规模保持持续快速增长态势。同时，能源政策密集出台，储能已逐步成为规划布局的重点领域，各地方政府也随之布局储能项目与示范，助推当地产业转型升级。在未来几年里，随着可再生能源行业的快速发展，储能市场也将迎来快速增长。