详解电化学储能在发电侧的应用

详解电化学储能在发电侧的应用

随着国家环境保护力度的不断加强，新能源发电装机占比逐渐攀升，我国能源结构正在逐步转型。储能系统因其响应速率快、调节精度高等特点，成为能源行业中提升电能品质和促进新能源消纳的重要支撑手段，受到越来越多的重视。并且由于储能技术的进步、产品质量的提高及成本的不断降低，储能技术已具备商业化运营的条件，尤其是多种电化学储能技术的发展逐步扩展了储能的应用领域。

除了技术的进步，国家政策法规的颁布、电力市场改革的不断深化，也促进了电化学储能技术的应用推广。本文从数据的角度概要分析了储能在全球电力行业中的应用现状，对国内电化学储能产业政策和标准的发展进行了总结，并介绍了电化学储能的种类、技术路线以及系统集成关键技术。除此之外，针对发电侧，重点从功能、政策和应用项目等方面论述了电化学储能技术在大规模新能源并网、辅助服务及微电网等有商业价值的应用场景。最后对电化学储能技术在未来能源系统中的前景和发展趋势做了展望，并在促进储能商业化运营及推广方面对储能企业提出了发展建议。

目前，我国电力生产和消费总量均已居世界前列，且保持高速增长的趋势。国家统计局发布的数据显示，2018年1～12月份，全国规模以上发电企业累计完成发电量67914 kW·h，同比增长6.8%，全国全社会用电量68449 kW·h，同比增长8.5%。而在电能供给和利用方面我国却还存在结构不合理、综合利用效率较低、新能源渗透率较低、电力安全水平亟待提升等问题[1]，因此如何保障经济发展中电力生产与供应的安全，同时又实现节能减排与环境保护，是我国电力行业发展的重大战略任务。近年来飞速发展的储能技术为解决以上问题提供了可行性。储能成本和性能的改进、全球可再生能源运动带来的电网现代化与智能化，以及电力市场改革带来的净电量结算政策的淘汰、参与电力批发市场、财政激励、FIT（太阳能发电上网电价补贴政策）等因素的驱动，使得储能在全球掀起了一场发展热潮。储能使电能具备时间空间转移能力，对于保障电网安全、改善电能质量、提高可再生能源比例、提高能源利用效率具有重要意义。基于储能

在电力行业的重要作用，各类储能项目在全球范围内持续落地，累计装机容量节节攀升。

据中关村储能产业技术联盟(CNESA)统计，截至2018年底，全球已投运储能项目累计装机规模为181.0 GW，同比增长3.2%[2,3]。电化学储能装机为6.6254 GW，同比增长126.4%，占比为3.7%，较上一年增长2.0个百分点。各类储能具体占比如图1所示。目前，中国已投运储能项目装机规模31.3 GW，占全球市场的17.3%。其中，电化学储能是除抽水蓄能外装机规模最大的储能形式[4]，累计1072.7 MW。同时，电化学储能也是目前各类储能应用中，除抽水蓄能之外应用最广泛、技术发展最快、产业基础最好的储能技术。以锂离子电池、铅酸电池、液流电池为主导的电化学储能不仅在电池本体技术和系统集成技术层面取得了重大突破，并且在发电领域的场景应用范围也实现了重要扩展。因此本文主要针对电化学储能相关政策、技术及其应用予以阐述。

1 电化学储能产业政策及标准现状

2018年被业内较多人士称为电化学储能发展的元年，电化学储能多项政策的颁布促进了项目的落地和推广，而越来越多项目的建设反过来推动了政策的不断细化。然而电化学储能产业的技术标准和体系却相对发展缓慢，这对于电化学储能的发展带来了一定的延滞。

1.1 多项利好政策的颁布

电化学储能技术的进步推动了产业应用，为了保障电化学储能产业健康发展，截至目前，国家与地方相继发布涉及储能的政策、规划、指导意见等文件近50项，电力辅助服务相关政策30余项，微电网相关政策近20项，其中电化学储能相关政策占据了较大比例。这些政策的颁布，有利于优化储能产业发展结构，大大推动储能产业更好更快发展。2019年以来，电化学储能产业政策仍旧持续出台。1月30日南方电网公司《关于促进电化学储能发展的指导意见》（征求意见稿）指出了南方电网发展电化学储能的四项重点任务：深化电化学储能影响研究、推动技术应用、规范并网管理、引领产业发展。2月18日国家电网《关于促进电化学储能健康有序发展的指导意见》要求在规范电化学储能接入系统和管控、深化电化学储能关键技术研究和标准系统建设、加强信息管理及平台规划等方面，推进电源侧、电网侧和客户侧电化学储能成长。上述指导意见对推动电

化学储能技术在电力领域的应用具有重要意义。在这些政策的推动下，截止目前，电化学储能调峰、调频项目已有数十个投运或在建。

1.2 标准和体系的缺乏

相比于国家及地方在电化学储能产业应用方面政策的出台速度和数量，行业内相关技术标准和检测认证体系的发布速度却略显滞后，截止2019年3月，电化学储能行业的国家标准不足20项。在电化学储能技术层面，从设备到系统的各项性能指标缺乏明确限定，系统在不同场景中的应用策略缺乏针对性研究。在电化学储能安全层面，在已经投运的电化学储能电站项目中，在2017年8月至2019年2月仅一年半的时间内，韩国就已经发生火灾事故达到21起之多，国内无论是发电侧、用户侧或是电网侧也都有火灾安全事故发生。目前行业内从电化学储能设备的生产、安装、运输、系统集成、功能验证以及后期的运行维护等，都急需相关标准和认证体系的颁布，为电化学储能项目的良好发展提供安全保障。

2 电化学储能应用技术概述

电化学储能并不是一项新兴的技术，但是电化学储能产业却是一个亟待发展的领域。本部分着重对电化学储能技术本体技术及系统集成关键技术及进行论述。

2.1 电化学储能电池本体技术

电化学储能电池的分类较多，特点都不尽相同，主要的技术指标有：比能量、功率密度、电池效率、系统寿命、全生命周期的成本及收益、安全和环境等方面。电化学储能电池中以锂离子电池的装机规模为最大，尤其是2018年，大批电网侧、发电侧电化学储能项目陆续建成并投运[5]。锂离子电池的成本逐年降低是造成这种现象的主要因素，CNESA统计预测，到2020年，锂离子电池成本将会降至1000～1500元/（kW·h），电化学储能电池今后必将成为锂离子电池应用方向的主题。锂离子电池的细分种类也较多，常用锂离子电池技术指标的详细对比如表1所示，新型锂离子电池如表2所示。

表1常用锂离子电池技术对比Table 1Common lithium-ion battery technology comparison