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分析|风电场储能应用现状与展望

2017-09-25 中关村储能产业技术联盟 作者:段欣鑫

导读:近期美国、德国、荷兰、英国等国家多个风电场储能项目投运,与此同时,“业精于风”的国际风电巨头Vestas宣布与Tesla展开风电场储能应用合作。在我国风电平价上网示范项目完成签约,风电平价上网探索终于迈出了实质性步伐的背景下,本文将对风电场储能应用状况进行探讨和展望。

近期国家能源局公布风电平价上网示范项目名单,13个项目(总计70.7万kW)完成签约,风电平价上网的探索终于迈出了实质性的步伐。几乎在同时,“业精于风”的国际风电巨头Vestas走出了战略转型的重要一步,宣布与Tesla展开风电场储能应用合作,以求降低整体发电成本。看似毫不相关的两个事件,背后却都映射着同样一个趋势——无论国内还是国际,风电开始通过降低成本寻求更强的竞争力并在能源转型中扮演更重要的角色,而储能技术作为重要的技术支撑手段在风电降低成本过程中被寄予了厚望。

风电与储能的结合早已有之,仅就国内市场而言,从最早期的张北风光储输示范项目为储能应用于可再生能源并网奠定了基础,到最近青海省风电搭配储能的开发建设政策引发风电和储能产业的一番热议。那么,储能之于风电的意义何在、风储结合项目应用现状如何、如何推动储能与风电结合、产业发展还需要什么配套条件等一系列的问题都值得产业界进行深入思考和探讨。

一、风电场储能应用首先应明确储能之于风电的价值何在

风电既是绿色清洁的可再生能源,但也具有间歇性和波动性的特点,规模并网会对电力系统稳定运行造成冲击。储能系统具有动态快速吸收能量并适时释放的特点,能有效弥补风电的缺点,改善风电输出的可控性,提升电力系统稳定水平。因此,风储结合应用的关键在于,通过合理的配置容量和适当的运行策略来抑制因波动性和间歇性引发的系统冲击。其中前者是物质基础,没有合理的设备容量就没有用于调节的资源;而后者是业务逻辑,没有适当的控制策略再多的资源也无法发挥其作用。由此可引申出两点结论:

1、风电场储能应用应当注重储能在容量和辅助服务方面的价值

风电大规模接入使得电力系统对调节资源的需求量加大,包括调峰、调频等辅助服务资源和防止系统瘫痪的容量资源。理论上这恰是储能的广阔天地,本该大有作为。然而现阶段传统电力系统规划及运行体系在应对这一新问题时,一定程度上会引发传统能源与以风电为首的可再生能源发生博弈,同时加剧发电产能过剩的问题。在这种情况下,储能只好退而求其次,选择弃电存储这唯一技术可操作的领域。在这种发电侧能量市场的应用模式下,储能在经济性方面的弱点被大幅放大,相当于储能用自己的短板换取一张入场券。试想在这种情况下储能若要取得发展,就必须要跑赢风电成本下降的速度,这无疑会引发储能度电成本和风电上网电价之间的博弈。这显然是选错了对象、走错了方向,让本该合作的双方走向了对立面。

现阶段我国集中式可再生能源并网领域储能应用仍然需要破解买单机制的问题。不论是此前产业界提出的建设独立型储能电站,还是风电场储能电站,并网后都需要作为一个节点接受调度指令,服务于电力系统,差别主要体现在投资主体和运维主体。理论上系统受益整个系统应为此买单,但实际落实仍缺少体制机制的支撑。笔者相信只要买单机制能够理顺,很多主体都乐意在这一领域投资。

2、风电场储能应用价值的真正体现,需要与精细化的风电调度运行机制相结合

现阶段我国部分风电场在运营过程中仍然采用着“不限电时能发多少发多少、限电时让发多少发多少”的粗放管理模式。与之相比,如果能够引入调度曲线、如果能够加强预测考核、如果能够采用友好型风电场优先调度原则,将有助于风电场储能系统应用价值得到更加充分的发挥。

如若站在风电产业发展的视角来看,储能技术的应用不仅提高了风电渗透率和利用小时数,而且按照度电成本的计算公式还可以转换为度电成本的下降,降本带来的将是风电产业更强大的竞争力和更为活跃的市场,这是一个典型的服务即营销的思路,而储能恰恰又扮演了服务工具的角色。

总结来看,储能之于风电意义重大,不仅能够提升风电存量资产效率,还能创造新兴市场空间。但需要承认的是,现阶段两者在磨合过程中仍然存在诸多问题需加以解决。

二、风电产业链关键参与方结合各自业务诉求积极推动风电场储能示范项目

现阶段,国内推动风电场储能应用项目的企业主要包括电网下属研究机构、发电企业和风电设备企业等。由于业务模式和行业位置不同,各方推动风电场储能应用的形式不尽相同。

◆第一类,电网研究机构布局科技示范项目。以中国电科院、华北电科院、南网广东电科院为代表,开展了诸如张北风光储输示范项目等技术研究、应用示范、检测评估等一系列工作;

◆第二类,风电项目开发企业开展应用探索。以国电(龙源)、华能等为代表,开展了辽宁卧牛石、和风北镇等应用示范项目,主要目的是验证风储结合技术路线,评估储能对风电消纳的促进效果,为后续风电开发业务积累经验;

◆第三类,风电设备商布局新型服务模式。以金风旗下的天诚同创为代表,在北京亦庄、江苏大丰、宁夏嘉泽等地,利用储能技术开展高比例可再生能源智能园区微电网和园区可再生能源转型及节能服务业务,积累运行经验。

站在风电产业链的角度上看,上述三类企业恰好分属产业链中的三个关键环节,即电网公司、风电项目开发商和风电整机设备商。风电项目开发商购买风电机组开展风电场开发和运营、电网公司购买并网风电机组所发出的电力,这正是整个风电产业链当中实现价值转换的至关重要的一段。对于电网公司,储能系统可以减轻风电接入引发的系统影响;对于风电项目开发商,借助储能可以提高风电项目可利用率、降低度电成本、提高市场竞争优势;对于风电整机设备商,依托储能开展服务布局寻求新的增值服务,让业主受益的同时也提升自身产品的市场竞争力。

总结发现,风电产业链中的关键参与方都对储能应用有着明确的诉求,各方从自身业务领域和服务目的出发,都在积极探索和挖掘储能的多重应用价值。

三、近期海外风电场储能项目快速部署,储能系统参与电力市场获取应用收益

根据中关村储能产业技术联盟(CNESA)研究部对全球储能项目的持续跟踪,发现国外风电场储能项目呈现出快速部署的态势,典型项目主要包括:

◆E.ON、GreensmithEnergy和PrimorisRenewableEnergy合作在美国德州开发建设20MW风电场储能项目,将向ERCOT提供辅助服务;

◆DongEnergy和ABB合作在英国开发2MW海上风电场储能项目,将为英国电网提供调频服务;

◆DeepwaterWind和Tesla合作在美国马萨诸塞州开发40MW海上风电场储能项目,主要提供容量服务和辅助服务。

◆Alfen在荷兰开发了1MWh风电场储能项目,将会参与电力市场交易,提供辅助服务和容量服务等;

◆Vattenfall利用宝马的i3电动汽车的电池系统(共计超过33MWh)在威尔士开展风电场储能项目,将为电网提供调频服务。

分析国外风电场储能应用项目可以看出,推动项目落地的企业主要集中在大型能源企业、可再生能源项目开发商、电网运营商等;储能在风电场中的应用收益主要来自于参与辅助服务市场和容量市场。此外,海上风电场和动力电池系统也开始逐渐成为风储结合项目的热点研究领域。储能在上述项目中所体现的应用价值也支撑了笔者在前文中所提到的观点。

国外风电场储能项目的经验表明,风储结合应用有赖灵活、健全的市场机制,让风电场能够实时参与到市场竞争中去,同时通过市场把系统的需求释放出来,各路资源能够结合自身特性响应需求获得回报,进而促使整个系统不断优化和高效。

笔者注

笔者一直以来研究国内储能产业发展,似乎每每都会归结为是市场机制拖累,似乎所有问题都势必要等市场化改革推进到一定阶段才能解决。但笔者其实非常不希望总是得出这样的结论,有种鸡蛋放在一个篮子里的不安。储能需要电力市场,储能需要现货、需要辅助服务,但市场化是不是就是灵丹妙药,对储能的发展能够手到病除?除了这些还有什么是我们要动起来的呢?

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