清華大學鐘海旺教授:發揮電網調峰調頻作用 接受統一調度都應視作電網側儲能
發布時間:2019-05-20 14:24:27

  清華大學教授 鐘海旺

  2019年5月18-20日,中關村儲能產業技術聯盟、中國科學院工程熱物理研究所舉辦“ESIE2019儲能國際峰會暨展覽會”,清華大學教授 鐘海旺在會議上發言。

  在主題論壇4:“儲能參與與輔助服務市場(現貨市場)價值實現”論壇上,清華大學教授鐘海旺發表題為“儲能參與電力市場的機遇與挑戰”的演講。

  以下為發言實錄:

  鐘海旺:尊敬的各位領導、各位嘉賓大家上午好,我是來自清華大學電機系的鐘海旺,非常榮幸能有機會在這樣一個論壇上跟大家分享研究的體會。

  今天報告的題目是“儲能參與電力市場的機遇與挑戰”,這幾天大家都非常關注的一個熱點的新聞是廣東現貨市場開始試結算,廣東電力市場從去年8月底開始進入模擬運行。在5月15號、16號這兩天是廣東的電力現貨市場真正意義上邁入了一個歷史意義上的里程碑,所以也受到了全社會各界的廣泛關注,我今天的主題跟電力市場密切相關。

  儲能參與電力市場市場化價值分為三個方面:首先是容量價值,第二能量價值,第三輔助服務價值。容量價值比較容易理解,就是能夠延緩發電裝機的投資。因為能夠起到削峰填谷的效果。另外在一些局部電網受阻塞的情況下,通過在用戶側投資儲能,能夠推遲輸配電線路的建設,另外推遲配電設施的升級,現在很多校區裝了電動汽車的充電樁,樁的限制更多的就是因為我們的配變電壓器的容量不夠所以我們要限制校區里面充電樁的安裝的數量,緊急的容量支撐和減少基本電費的支出。

  第二部分能量價值,目前在國內的用戶側儲能應用場景里面最常用的是削峰填谷的套利,通過這個套利用戶側儲能回收年限大概是7-8年左右的時間。可再生能源接入比例比較高的地區,可以通過儲能的安裝來增加新能源的消納,減少棄風棄光的問題。另外能量偏差的調節,現在在電源側的儲能應用項目里面,我們通過活儲的配合提升傳統火電機組調頻的性能,這也是一方面的應用。

  第三個方面,輔助服務的價值,包括調峰、調頻、備用、電壓的支撐、改善電能質量和黑啟動,這都是儲能在電力市場環境下能夠獲得的一些價值。

  隨著我們國家電力市場建設的逐步的推進,我們的電力市場的交易品種,市場之間的協調配合也會變得越來越復雜,所以儲能在這樣的市場環境下就更應該研究如何去多市場的參與,聯合運營的策略,這個是非常關鍵的一個問題。我們看一下目前全世界各個國家和地區,儲能參與電力市場的現狀。

  首先看美國,一會兒還有劉主任更加精準的介紹加州的儲能的一些應用的情況,這是美國聯邦能源管制委員會(FERC),2007年推出890法案為儲能技術進入調頻市場提供了基本的制度保障。

  2011年推出755法案,解決了儲能系統參與電網AGC調頻獲得合理賠償的問題。

  2013年推出784法案,為儲能技術在輔助服務在全美境內推廣奠定了法律基礎。

  2013年11月推出792法案解決儲能并網的程序問題,首次將儲能定義為小型的發電設備。

  2018年2月份推出841法案,要求美國各大ISO/RTO,市場組織者、運營者要去修改電力市場規則,允許儲能設備參與到批發市場的競爭當中。

  主要抓手兩個方面:

  第一,在批發電力市場規則方面,要求修改和完善電力市場的規則,要打開市場的門檻。定義儲能參與電力市場模式,降低儲能參與電力市場最小規模的要求,允許儲能并網,定義儲能時長的要求等等一些性能的指標。

  第二,在各個州政府政策層面主要制訂采購的目標,最典型的就是加州頒布的AB2514和AB2868的法案規定在本州內到一定的年限,你要達到儲能裝機容量,要達到一個目標,將儲能納入綜合能源規劃體系內,進行統籌的規劃。

  現在美國我們分析的情況,以最典型的兩個ISO,一個是美國東北部的PJM和美國西海岸加州ISO為例,PJM儲能項目更多以功率型的應用為主,加州的儲能項目更多以能量型的應用為主,為了解決可再生能源大量的并網產生的壓指曲線的問題。PJM更多的儲能項目是應用于調頻,美國PJM調頻市場還是非常的活躍,價格也比較高,儲能參與調頻市場回報,收益補償是比較好的。

  我們梳理總結了目前美國6個ISO加上英國、澳大利亞、德國等等一些市場對儲能參與電力市場的要求。

  比如儲能資源容量的最低要求,普遍是0.1MW,必須超越0.1MW,才能參與投標和競爭,部分ISO要求更高,1MW或者5MW,這是根據儲能在市場里面提供什么樣的服務來去具體的決定的。

  另外,儲能參與電力市場的方式,主要目前還是以調頻市場為主。一方面因為調頻市場價格回報比較豐厚。另外儲能的特性也決定了它參與調頻市場會更加的適合一些。

  對服務類型、準入條件、交易方式、服務的計量、定價機制和商業化的程度做了一些相應的對比的分析。整體上目前對儲能參與AGC的調頻是更多的。比如說美國的PJM不僅是兩方面的收益,一方面你參與調頻市場中標了以后保留這部分調節的能力。另外一部分實際被調度機構調用所產生的里程,這兩方面的補償,所以能夠給儲能的項目提供更多的經濟的回報。

  在引導儲能投資模式方面,我們歸納為兩類:

  一類是市場的驅動,電力市場里面真的是有能夠提供足夠高的經濟的激勵的信號,能夠讓市場成員主動的投資儲能。

  第二類政策驅動,美國的州政府層面出臺的一些法案,AB2514和AB2868要求加州到2020年儲能的裝機容量達到1.325GW,后面追加了500MW,達到1.8GW。通過政府比較強有力的政策的推動,好處就是能夠快速的實現系統交付,能夠在一定的時間年限內達到一定規模的裝機。

  我們以加州電力市場當中的EPIC項目里面的其中一個電化學儲能的項目為例,在電力市場當中的收益,參與調頻市場的收益主要分為5個部分,前面4個部分是正的,最后一個部分是要扣減的。主要是包括上調頻和下調頻的容量費用,預留的容量就要給你相應的補償。

  第二部分,你接受系統調度機構給你的指令,你真正去執行的這部分調節的能量,就是里程對應的費用。

  第三部分,你自己調節的,并不是因為調度機構給你下達指令你去調節的,比如與你的儲能系統自身的損耗,還有一些附帶的負荷的波動,你的儲能出力在變化,這部分也是給予補償的。

  最后一部分是扣減的,調度機構調動了,這部分要對收益進行一定的扣減,大概是這5方面的收益構成。

  整體的項目示范從2013年9月份到2016年9月份運行下來,整體結論就是,參與調頻市場的收益是最好的,參與能量的套利,參與備用容量的提供,這些都不足以滿足儲能系統項目的回報的要求。

  調頻更多要求是功率型的。這是EPIC其中一個電化學儲能項目應用的曲線,我對你的利用更多的是短時的正負的調解,所以不需要你儲存的時間很長,但是如果是能量型的應用場景,對儲能時間會有更多的要求。

  我們梳理了美國、歐洲、東亞、澳大利亞各個國家地區目前儲能參與市場的機遇和示范的項目。由于時間關系就不細講了。

  我們看完國外的情況我們再來看一下國內的情況,這個是國內目前電網側儲能項目的一個比較典型的商業模式,是由電網公司提出需求,比如說我在某一個變電站或者在某一個區域需要安裝配置一個儲能,通過第三方的公司做項目的總承包商,他再跟各個電池和逆變器和能量管理系統和變壓器等等各個設備的供應商之間再去進行招投標。整個儲能項目的商業模式,主要還是基于租賃的方式來去給儲能電站一個經濟回報,這是基本的商業模式。目前在國網范圍內的江蘇、湖南、河南都陸陸續續有一些電網側儲能的項目在落地,在南網范圍內主要是深圳的寶清和灘頭這兩個儲能項目是由南方電網牽頭做的電網側儲能的項目。國網范圍內的,我們拿其中一個例子,是電網公司跟儲能電站簽8年的協議,規定了一個投資回報率,大概是6%-7%經營型的租賃合同,通過這個合同保障電網側儲能項目的經濟可行性和回報。

  這個項目,電網有了這樣一個資產以后就可以利用它參與需求側響應,滿足電網調峰調頻實際調度需求。當然現在也面臨很大的政策上的爭議,4月份發改委剛剛發布關于電網輸配電定價征求意見稿,里面明確規定抽水蓄能、電化學儲能不能進入電網的資產折舊,究竟是否合理,現在也是一個問號,我們給發改委反饋過意見,建議納入電網里面,核心本質上還是為電網所用的,所以我們覺得應該要進入到電網的資產折舊。另外國內還有一些商業模式,在可再生能源接入比例比較高的,比如甘肅、青海通過儲能電站的項目來促進可再生能源的消納,在儲能電站跟可再生能源電廠之間簽訂雙邊的交易,來去吸納更多的新能源能夠上網發電,這個也是一種可行的商業模式。2018年5月份國家批準在8個地區開展輔助服務市場的建設工作。各個地區均對儲能和發電、售電同等的市場定位,在未來的輔助服務市場里面儲能還是有很多的機會的。

  接下來介紹一下電網側儲能相關的最新的研究,因為現在很多的爭議,什么是電網側儲能,過去我們常常的觀念按物理資產的所有權劃分是電網側儲能,但是我們認為這樣的劃分可能不太合理,所以我們提出了一個新的劃分的方式,只要接受電網的統一調度,發揮全局性、系統性作用的儲能都應該納入到電網側儲能的系統里面來,不管是電廠投的還是用戶投資,只要功能是發揮電網的調峰調頻,接受電網公司統一調度我們認為都應該視作電網側儲能,隨著現貨市場的建設,接受電網機構的統一調度是他參與電力市場的前提,必須接受電網的統一調度,這是具體的定義,電源側、用戶側以及電網側儲能的我們認為比較合理的定義,如果電源側或者用戶側的儲能也有獨立的計量,獨立的控制通信和結算的單元,并且參與電網調節,我們認為也應該是。這樣能夠鼓勵更多的全社會的資源投入電網側儲能,促進儲能的發展。這是電網側儲能的功能分析,通過這樣功能實現以下的價值,減少電網資產投資,消納更多的新能源,維護電力系統穩定和黑啟動。目前我們最后一部分介紹一下電網側儲能所面臨的挑戰,國內對儲能身份定位尚不明確,不僅是國內的問題,現在全世界各個國家都在討論,怎么界定它的角色?它是發電資產還是用戶還是電網的設備資產?這個定位目前尚不明確。

  另外政策上的不確定性帶來的風險,還存在一定的未知性。電力市場的規則和體系有待完善和調整,目前我們國家的電力市場還在非常初期的發展階段,未來規則和體系會有什么樣的調整,也都存在不確定性。

  各類價格和回報機制尚有待更透明的處理,比如電網側儲能能不能進入電網資產的折舊,能不能進入輸配電定價里面,這個需要非常細致的研究和分析。

  第二層面技術經濟層面的挑戰,我們現在儲能的技術的進步和儲能成本的下降的速度,其實也存在一定的不確定性,這也給我們很多儲能項目的投資回報帶來了一些挑戰。比如說電池參與調頻是非常適合的,但是頻繁的充放電,而且是不滿充不滿放的情況下也會給電池帶來非常大的損耗,減少電池的壽命。

  展望未來2050年,右圖紅線是調頻的價格,藍線是備用的價格,黑線是能量/電能的價格,未來隨著可再生能源大量接入,我們預期輔助服務市場價格將會急劇上升,電容量本身會下降。所以這是未來我們認為可能會出現的價格的變化的趨勢。

  第二方面,在這樣的情況下,可能未來我們的傳統電源的收益方式也會存在改變,可能未來火電機組就不靠發電掙錢了,可能更多的是靠參與提供輔助服務掙錢,包括儲能更是靠參與提供輔助服務掙錢。也有問題,兩個細則的補償就存在這樣的問題,因為我們補償的金額,總池子是一定的,進入的成員越多,每個成員的利益就攤薄了,這也給我們未來帶來很多的不確定性和挑戰。

  雖然我們存在很多的挑戰,但是機會也非常多,預祝未來我們國家電網側儲能的發展能夠有更加美好的明天。謝謝!


稿件來源: 電池中國網
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