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  • 储能如何化解新能源消纳瓶颈
  • 2020-02-04 11:48:10  发布:  来源:澎湃新闻 作者:尹海涛
  • 摘要:按照国家发改委的规划,到2050年风电发电量达到2万亿千瓦时,而2018年风力发电量3600亿千瓦,这意味着要达标需要增长350%。2050年太阳能发电将达到2.1万亿千瓦时,去年为1800亿千瓦时,意味着未来30年要增长10倍以上。

     为应对全球气温变化的趋势,也为减少环境污染,发展新能源成为必然趋势。

     
    按照国家发改委的规划,到2050年风电发电量达到2万亿千瓦时,而2018年风力发电量3600亿千瓦,这意味着要达标需要增长350%。2050年太阳能发电将达到2.1万亿千瓦时,去年为1800亿千瓦时,意味着未来30年要增长10倍以上。
     
    可再生能源大发展的趋势已经出现,尤其是在当下,太阳能发电和风能发电和传统能源相比,已具有成本优势,价格便宜又环保,现在能不能大规模上马可再生能源?
     
    我们注意到的一个现象是,发电成本虽然低了,但新能源电力的消纳正处在瓶颈期。前几年弃风率一直在15%左右,2018年弃风率下降到7%。光能弃电率前几年10%左右,2018年下降到3%。不过这两个数据有迷惑性,3%、7%数字只是各省平均值。风电大省新疆、甘肃、内蒙弃风率仍然非常高,光电大省西藏、新疆弃光率也非常高。这不是中国独有的现象,这是世界难题。
     

     
    图片由作者提供
     
    2011年日本福岛事件之后,德国非常激进地宣布完全放弃核电,取而代之是新能源,最重要的是太阳能。但即使他们付出很大努力,光能在能源体系中的比例并没有显著增加。
     

     
    图片由作者提供
     
    原因是什么呢?上图是2016年由两位学者发表的文章,在行业里非常有影响。图中最上面的虚线表明如果没有太阳能发电,传统的火电行业所面临的电力需求。
     
    第二条黑线是德国目前的情形。在德国现有的太阳能发电能力的情况下,火电行业面临的电力需求相当于整体用电需求减去太阳能所能提供的需求。
     
    可以看到,这两条曲线的差别在于中间段,后者在中间的凹陷下去。随着太阳能的发展(图中第三条和第四条线),曲线在中间段会越来越凹陷。
     
    这是为什么呢?因为晚上太阳能是不发电的,所以这个曲线保持不变。在白天的时候发电非常多,就把需求曲线压了下来。
     
    这揭示了再生能源使用中非常严肃的问题,意味着每天早晨太阳能开始发电,电网要马上给火电厂打电话,负荷必须马上降下来,否则电网受不了。在晚上又要打电话给火电厂,现在没有电了,负荷必须马上提上去。如果每天这样剧烈地调峰用火电,电厂会受不了,而且也非常不经济,让火电厂工况下降70%以下,这时候耗煤量都会急剧增加,污染随之提升。
     
    这个图解释了为什么现在我们即使有光伏建设能力,也消纳不了这些光电的原因,这是非常重要的紧张关系。
     
    那么解决这个紧张关系的关键是什么呢?储能。
     
    如果我们把白天的光伏发电储存起来晚上用,毫无疑问可以让这个曲线变平滑,这也是欧洲前进的方向。自2017年以来欧洲在近50%的住宅太阳能发电设备部署了电池储能系统。仅德国2019年为数万家庭部署了家庭储能系统,总容量在1GW左右。
     
    所以在目前,要支撑宏伟的新能源发电规划,必须要解决新能源的消纳难题,方案之一就是储能。
     
    首先在技术上,储能完全可行,在过去的十年,储能成本下降得非常快。
     
    其次在政策上,我们梳理了中国的政策,惊讶地发现近几年,中国从国家到地方出台储能政策非常多。
     
    所以在技术的推动下,在政策的鼓励下,我们相信储能在未来的几年会有非常大的发展。
     
    储能的商业机会,按应用场景来划分:发电侧、电网侧和用户侧。
     
    储能在发电侧可发挥一次调频、减少弃电、平滑波动的功能;在电网侧可提供调频辅助服务和削峰填谷的功能;在用户侧可通过节省扩容费率、用电响应、峰谷电差等降低用电成本。
     
    目前发电侧储能有两个非常大的难题,一个是成本,光伏发电成本加上储能成本与其他能源上网电价比较,光伏+储能仍然不占优势。另一个是安全,韩国储能电厂发生过很大的火灾。所以在未来几年里,发电侧储能可能无法实现大的飞跃;在电网侧2019年5月28日发改委出台了《输配电定价成本监审办法》,明确规定输配电网不能纳入储能的成本。如果不能分摊这个成本,企业也没有发展的动力。
     
    那么我们认为,用户侧储能是在近期发展的主方向,有很多盈利潜能。譬如用来峰谷差套利,用户侧响应。一个核心的问题是,怎样通过系统的优化,充分整合并最大化用户侧的盈利潜能。
     
    我们的团队开发了一个基于储能技术的新能源消纳的管理系统,目前这个系统只用来教学,帮学生理解充分利用光伏和储能如何降低用电成本,同时也提高环境的效益。我们在这个系统的基础上做了一个模拟,我们考虑一个电力用户,每年用电需求为41万度,那么核心的决策问题是,需要配置多少光伏和储能才能最小化用电成本。在考虑各种天气情况下,我们粗略计算后,在这里配置861兆瓦的光伏,用电成本会节省8%,这是非常理想的结果。
     
    但这个时候我们没有考虑弃光的成本和电网考核的成本。如果考虑弃光成本和考核压力,企业不愿意装那么多的光伏,这时候我们引入储能会有非常好的结果。我们只需要引入1.35MWH储能可以做到不弃光、没有考核成本,整体用电成本从节省8%提升到节省9%。如果考虑峰谷电差,系统效果会更好。我们装20兆瓦左右的储能,就可以做到完全无弃光和无考核压力,在前面的基础上进一步把装机容量再提高30%,用电成本比基准情形下降30%,光伏使用规模提升,有很好的环境效益,同时成本有很大的降低,这是我们盼望的结果。
     

     
    图片由作者提供
     
    这只是我们初步的研究,我们后面的研究会整合动态规划的技术,同时把光能预测整合进去,将会大幅提高系统优化的能力。
     
    我们有一个梦想,工业区、居民区、商业区、学校都使用很多电,如果像刚才设计的那样,这些电力用户能够依靠光伏和储能实现自给自足,用户与电网的沟通会越来越少,这样,在未来我们就能够实现分布式能源的体系。
     
    另外,我想就一年里行业研究的过程做点简单反思。我们团队的三个核心成员,都拿到终身教职,发文章的能力还可以。但是在行业研究的推动下我们走出了办公室,过去一年我们走访很多企业、行业协会,也组织了很多研讨会。我们对行业的广度和宽度的认识有了很大的提高。
     
    与此同时我们通过调研,确认了行业痛点,什么地方最具商业潜力,最大障碍在什么地方,我们在此基础上进行了一些有深度的研究。我们希望用有深度的研究可以支撑我们所关注的行业的未来发展,同时也反哺教学和科研。我也盼望能够在行业界的朋友和企业人士的支持下,把行业研究做得很好、也更扎实。
     
    (尹海涛系上海交通大学安泰经济与管理学院教授,本文系作者于2019年12月21日,在上海交通大学安泰经济与管理学院举行的“第二届中国行业发展高峰论坛”上的演讲。)
     
    原标题:智库动态丨 尹海涛:储能如何化解新能源消纳瓶颈
     

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