储能发展背景、必要性与作用分析

最佳答案 匿名用户编辑于2024/09/06 09:11

双碳战略下,储能迎来历史性发展契机。

1.双碳战略目标

3060规划指引我国构建新型能源体系

我国是世界上最大的能源生产国和消费国,化石能源禀赋短板明显。经过改革开放后的长期发展,我国能源资源的阶段性 特征从无限供给逐渐转为日益稀缺,能源的供需矛盾成为制约未来经济持续稳定增长的重要因素之一,我国能源结构转型迫在 眉睫。

我国在2020年正式提出“3060”规划。“碳”耗带来的“二氧化碳”排放是全球变暖的最主要原因。为延缓全球变暖进程,“碳中 和”理念逐步获得全球各国认可。2020年9月22日,我国在第七十五届联合国大会上正式提出:力争2030年前二氧化碳排放达到峰 值,努力争取2060年前实现碳中和目标。设定碳中和目标于我国而言,不仅旨在解决全球气候变暖的问题,更是对能源安全问题 的重视。通过碳中和倒逼我国加快构建以光伏风电为主的新型能源体系,用电力逐步替代传统化石能源的消耗,解决石油和天然 气对外依存度过高的问题。 “3060”战略目标(双碳)已成为我国构建清洁低碳安全高效的能源体系的重要指引。实现“双碳”目标意味着能源体系的根 本变革,将促进节能提效和清洁能源的大规模利用,逐步减少对化石能源的依赖。

 

电力系统减碳是实现“3060”目标的关键

能源发电与供热在碳排放结构中占比最高,是碳减排的关键行业。能源发电领域中80%排碳来自燃煤发电,因此减少燃煤 发电比重,并大力发展清洁能源将成为实现碳中和的重要途径。

零碳化电力生产与耗能终端电气化是电力系统减碳的主要路径。电力行业在能源系统转型中的首要任务是电力生产的零碳 化,即以风、光、氢能等可再生能源发电技术替代传统的高碳排放的化石能源发电技术,实现电力供应的零碳化。为减少能源 使用过程中带来的碳排放,终端用能全面电气化将成为各领域减排的重要路径。根据IEA数据,现阶段全球终端能源电气化率仅 为20%左右,未来仍有充足提升

构建新型能源体系

中国缺油少气的国情使我国过往高度依赖以煤炭消费为主的能源结构,2023年石油和天然气资源的对外依存度高达71.2% 和40.2%,能源安全问题凸显。

①发电侧:风光发电实现电力生产零碳化。发展风力、光伏等新能源发电方式是新型能源体系发电侧的主要减碳方式。风力、太阳能发电的碳排放量显著低于化石能 源发电。在电站的全生命周期内,不考虑碳捕捉,燃煤发电电站每千瓦时碳排放为1023克二氧化碳;30%燃烧效率的天然气发 电厂每千瓦时碳排放为723克;50%效率的天然气发电厂是434克。对应新能源发电方式,光伏电站全生命周期内每千瓦时碳排 放仅为30克,风能电站仅为10克。 按照发展目标,2060年中国能源电力转型将实现“70/80/90”目标,即电能消费比重、非化石能源消费比重与清洁能源发电 比重分别达到70%、80%、90%以上,其中,新能源发电量占比超过60%。终端电气化水平上升势必显著拉升全社会对锂离子电 池的需求。

 

②电网侧:特高压解决资源与用电负荷错配。我国风光资源和用电负荷分布存在明显区别。我国西北部地区风光资源丰富,拥有80%以上陆地风能、60%以上太阳能和70% 以上水能资源。而目前我国用电负荷主要位于中东部和南方地区,大量电力的跨省输送会相应为电网带来了较大的负荷,国内市 场整体电力供需程度加紧发展。随着我国清洁能源基地加速建设,叠加原有的资源与用电负荷逆向分布情况影响,我国电力外送 通道建设需求更加迫切。 特高压(UHV)是指电压等级在交流1000千伏、直流±800千伏及以上的输电技术。它具有输送容量大、距离远、效率高和损 耗低等技术优势,能大幅提升电网的输送能力,在平衡各地区电力生产与负荷分布、促进新能源消纳中具有重要作用。我国共有 37条“20直17交”特高压输电线路建成投运,已经初步形成“西电东送、北电南供”的局面,跨省跨区输电能力超过了3亿千瓦。未来 风光大基地能源消纳需求催动跨省跨区特高压外输通道需求增长。

③用户侧:适配绿电将迎来多种变化。过去,依托化石能源所建立的传统能源体系稳定、安全、经济地支撑了全球的经济发展与生产生活,也带来了全球变暖等 一系列环境问题。在碳中和背景下,电力系统的供应从传统化石能源转变为风能、太阳能等可再生能源,由此将带来能源消费 端的重大变革,社会将加速电气化。

新能源供电体系中将面临电能供需错位等问题,储能、虚拟电厂、微电网等调节手段不可或缺。电能是动态的过程性能 源,不易储存,主要通过电力网实现生产、输送和消纳同步进行。新能源(如风能和太阳能)发电方式受天气条件影响较大, 具有间歇性、波动性和不稳定性的特点,大规模应用会对电网的稳定性产生冲击。为应对新能源发电的发电特征,储能、虚拟 电厂、微电网等调节手段未来都将迎来大规模应用。

2.储能的必要性

在碳中和的大背景下,构筑新能源为主体的新型电力系统成为全球共识,储能将作为核心环节参与其中,是维持电力系统 稳定性的重要保障。由于光伏发电具有随机性、间歇性等特点,并且电力具有供需实时平衡以及难以大规模存储的特征,大规 模的光伏装机并网将会加剧电力系统供需两侧的双重波动性和不确定性,系统调峰难度大,并带来了弃光等一系列问题,而储 能可以平抑光伏发电的不稳定性,实现电力供需的动态平衡,因此储能的配置在未来的绿电能源体系中是不可或缺的。

3.储能的作用

①保持电力系统稳定性 电力系统稳定性,是指电力系统供给或需求端的波动导致系统频率出现偏差时,需要足够的调节能力使其保 持稳定。电能作为动态的过程性能源,生产、输送和消纳同步进行,需求端的用电波动难以调节,主要通过供给 端(发电厂)进行调节。传统电力系统采用火电、核电、水电等发电机组,其特点是电站规模大,可控性强。当 电力系统负荷变化时,传统类型电站间配合方式灵活,响应速度快,可维持电力系统安全稳定运行。 在新型电力系统中,可再生能源发电输出日内波动大且受天气等多因素影响,电能输入的可控性不足,传统 电网面临输入端电源和输出端负荷均不可控的被动局面,电网的稳定运行受到挑战。目前,将新能源发电与构网 型储能相结合是实现大规模可控新能源发电的主流解决思路,构网型储能需求正呈爆发式增长。

②保证峰值容量充足性 可再生能源发电输出的不稳定性将对电力系统的峰值容量充足性带来全新挑战。峰值容量充足性,即确保电 力系统有足够的容量来满足一年中的最高需求。为应对各类突发状况及用电尖峰,电力系统需要储备一定的冗余 容量。 新能源发电具有无法有效向上调节增加输出的特点,伴随可再生能源发电比重的增加以及电力占二次能源比 重的增加,电力系统峰值容量充足性保障难度将显著提升。以储能为代表的灵活性电源能够在用电尖峰时期发 力,作为电力系统的容量补充,是保障峰值容量充足性的重要来源。

③提供爬坡灵活性 爬坡辅助服务是指为应对可再生能源发电波动等不确定因素带来的系统净负荷短时大幅变化,具备较强负荷 调节速率的并网主体根据调度指令调整出力,以维持系统功率平衡。在碳中和情景下,主要指当光伏在下午到夜 间时段出力降低时,需要充足且灵活的爬坡资源弥补其功率。储能可以在光伏出力高峰期充电,低谷期放电并协 助电力系统爬坡,与光伏发电形成充分互补。