海上风电配置储能关键问题分析及建议.pdf
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1、282024 年 2 月第 36 卷第 1 期油 气 与 新 能 源文章编号:2097-0021(2024)01-0028-06海上风电配置储能关键问题分析及建议郭姝君1,王建明1,李传栋2 1.中国海油集团能源经济研究院,北京 100013;2.国网福建省电力有限公司电力科学研究院,福建福州 350007引用:郭姝君,王建明,李传栋.海上风电配置储能关键问题分析及建议J.油气与新能源,2024,36(1):28-33.基金项目:福建省自然科学基金项目“考虑电能质量影响的中低压配电网可靠性分析关键技术研究”(2020J01123)摘要:海上风电配置储能是解决大规模海上风电并网后给电力系统带来调
2、峰、调频乃至稳定问题的重要手段之一,但中国多地出台的新能源配置储能政策缺乏对配置储能的必要性、配置比例的科学性及配套机制经济性的深入分析。针对海上风电配置储能关键问题,总结分析了储能应用现状、国内外行业政策及特点、新能源配置储能的方式以及海上风电应用场景,进而提出海上风电配置储能的必要性分析原则和方法,最后从政策、技术、市场、标准等方面提出建议。关键词:海上风电;储能;电源侧储能;电网侧储能;关键问题;机制优化中图分类号:TK89 文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.2097-0021.2024.01.005An Examination and Suggestions for
3、 the Main Concerns Regarding Offshore Wind Power Energy Storage ConfigurationGUO Shujun1,WANG Jianming1,LI Chuandong21.CNOOC Energy Economics Institute,Beijing 100013,China;2.State Grid Fujian Electric Power Co.,LTD.Electric Power Science Research Institute,Fuzhou 350007,ChinaAbstract:When offshore
4、wind power is widely integrated with the grid,one of the most important ways to address problems with peak load control,frequency regulation,and even power system stability is to configure offshore wind powers energy storage.However,policies on such design published by many local governments across
5、China lack a detailed analysis of the necessity for the energy storage configuration,the soundness of storage proportions,and the economics of supporting mechanisms.This paper summarizes and analyzes the current state of energy storage application,domestic and international policies on such issues,e
6、nergy storage methods,and offshore wind power application scenarios,with a focus on the key issues of offshore wind powers energy storage configuration.After that,it offers the methodologies for configuring offshore wind power storage as well as the necessity analysis.Finally,suggestions are made fr
7、om a variety of perspectives,including standards,the market,technology,and legislation.Keywords:Offshore wind power;Energy storage;Generation-side energy storage;Grid-side energy storage;Key issues;Mechanism optimization0引言当前,“双碳”目标正在引领能源产业绿色革命,海上风电成为清洁能源重要发展方向1。因海上风电出力具备间歇性、随机性特点,大规模海上风电并网后,一定条件下将给
8、电力系统带来调峰、调频乃至稳定问题。解决这些问题需要合理配置灵活性调节资源2-3,除水电、燃气发电和煤电外,储能作用不可替代4。但现有新能源强制配置储能的政策不仅加重了企业成本负担,更是没有深入分析配置储能的必要性以及配置方式的合理性、经济性。目前普遍存在储能利用率偏低的问题,不利于构建良性行业生态。本文聚焦于探讨海上风电在何种情况下需要配置储能,以及电源侧和电网侧储能如何选择等问题,对海上风电及储能行业发展现状进行分析,立足国内外行业政策特点及新能源配储普遍问题,结合海上风电配置储能的应用,对海上风电配置储能的作29第 36 卷第 1 期2024 年 2 月郭姝君等:海上风电配置储能关键问题
9、分析及建议用及必要性展开深入剖析,并提出相关建议。1海上风电发展概况海上风电具备资源稳定、发电利用率高、不占用土地等优势,成为实现“双碳”目标和推进能源绿色低碳发展不可或缺的技术布局。2021 年 10 月国家发展改革委等九部门联合印发的“十四五”可再生能源发展规划(发改能源20211445 号)提出“有序推进海上风电基地建设及优化近海风电布局,推动深远海风电技术创新和示范应用”。目前,中国近海风电已实现规模化发展。截至 2022 年底,中国继续保持全球最大海上风电市场地位,海上风电累计装机容量达 3 051104 kW,同比增长15.6%,基本均为近海风电。中国海上风电在“双碳”目标和“十四
10、五”规划下虽具备良好发展前景,但仍存在成本制约等问题。从单位投资成本看,受益于风电核心技术国产化、风机大型化技术推广应用及产业成熟度不断提升,近浅海海上风电投资成本已降至 1.2104 1.4104元/kW,但仍是陆上风电成本的两倍多5;从运维成本看,海上风电运维成本占每度电成本的25%30%,是陆上风电运维成本的 1.5 2 倍6-7。中国近海风电资源开发利用已趋近饱和,而水深超 50 m 的深远海风电技术可开发资源超 20108 kW,预计“十五五”期间深远海风电项目比例将明显提升。中国深远海风电起步晚,整体处于项目示范阶段,平准化度电成本大幅高于近浅海风电(如图 1),介于 0.80 1
11、.23 元/(kWh)。与国际先进水平相比,中国在适用于深远海的漂浮式风电技术和产业方面存在差距,体现在高端高附加值产品依赖进口、产业链不完整、运维经验缺乏、智能化管理水平低等方面,加之海上风电国家补贴取消,未来深远海风电的发展条件远不如当初陆上风电和光伏。05010015020025020102011201220132014201520162017201820192020202120222023平准化度电成本/美元/(MW h年份近浅海风电深远海风电陆上风电陆上风电配储能煤电图 1中国海上风电与其他电源平准化度电成本对比(资料来源:彭博新能源财经、伍德麦肯兹、文献8)2新能源配置储能概况2.
12、1储能应用概况近 年 来,储 能 装 机 规 模 快 速 增 长。据 中 关村储能产业技术联盟统计数据显示,截至 2023年 9 月底,中国已投运储能项目累计装机容量达 7 520104 kW,其中机械储能、电化学储能装机规模占比分别约为 66.0%、33.1%。不同类型的储能方式存在各自的优劣势,同时也处于不同的技术发展阶段,对比见表 1。表 1不同类型储能技术对比储能类型综合效率/%优势劣势技术发展阶段应用占比/%机械储能抽水蓄能70 85高效;技术成熟;大规模储能;寿命长启动速度慢;受地理环境、土木工程技术制约;建设周期长成熟期65.70压缩空气储能40 50占地面积小;容量大;成本低效
13、率较低;响应慢;选址受限成熟期0.27飞轮储能80 90结构化程度高;场地要求低;运维成本低;能量密度大能量释放时间短;成本高;自放电率高;噪声污染商业化早期0.07电化学储能铅蓄电池60 70性价比高;可靠性强;技术成熟寿命短;比能量和比功率低;污染严重商业化0.57全钒液流电池65 75安全性高;循环寿命场;能量与功率分开控制能量密度低;运维成本高;系统效率低商业化早期0.23钠硫电池70 80响应速度快;储能密度高;规模化应用需要维持 300高温调节;价格高;存在安全隐患;运维成本高商业化0.02锂离子电池70 80比功率和比能量高;自放电小;污染小;单体电压高成本较高;一致性差;循环寿
14、命较低商业化32.30电磁储能超级电容90 95极其稳定;超快充放电比能量和比密度低开发期0.03超导储能95 以上瞬间响应;极低能量损耗储能时间短;条件苛刻开发期0.01光热储能熔融盐储热90 99清洁;平均成本低;寿命长高腐蚀性;质量鱼龙混杂;自然损耗商业化0.8030油气与新能源 政策与市场Vol.36 No.1 Feb.2024机械储能中抽水蓄能应用广泛,但存在建设周期长、受地理环境制约等不足。电磁储能尚处于开发期,光热储能的性能和关键设备水平待提升,两者均未普及应用。比较而言,电化学储能具有响应快、配置灵活、建设周期短等优势,行业发展较快,尤其在新能源配置领域应用较多。海上风电配备储
15、能普遍采用电化学储能。本文将重点对电化学储能进行分析,以下所称储能均为电化学储能。2.2新能源配置储能相关政策目前,新能源配储项目发展多受政策驱动,多地采取“一刀切”式配储要求。2019 年以来,先后有28 个省份发布相关政策,要求新增风电、光伏项目配置储能,其中 23 个省份明确新能源配置储能比例在 5%30%之间、储能时长 1 4 h。如甘肃省 2021年发布关于“十四五”第一批风电、光伏发电项目开发建设有关事项的通知(甘发改能源2021327号)明确指出甘肃省河西地区最低配储比例为 10%,其他地区为 5%,储能设施连续储能时长均不低于 2 h,并将储能配置作为集中式风电和光伏发电项目竞
16、争要素之一。当然,陆上大规模风电光伏基地送出和消纳困难,要求配置储能有其技术上的合理性。国内对海上风电配置储能的相关政策处于起步和探索阶段。目前,福建、广东、江苏、浙江等省份对海上风电配置储能均提出明确要求,例如:福建省 2022 年底出台关于加快推动锂电新能源新材料产业高质量发展的实施意见(闽发改规202212 号),将配储纳入海上风电竞配项目;广东省2023 年发布的广东省促进新型储能电站发展若干措施(粤府办20234 号)中规定,2022 年后新增规划海上风电项目需按 10%配储比例、1 h 储能时长进行配储。此外,多个沿海省市也在开展海上风电配置储能应用模式探索,例如:浙江省 2021
17、 年印发浙江省可再生能源发展“十四五”规划,提出集约化打造海上风电+储能等示范项目;山东省2022 年印发山东省新型储能工程发展行动方案,提出打造“海上新能源+储能”应用带等。国外大多国家未对包括海上风电在内的新能源配置储能做强制要求,而是在完善政策和市场基础上由企业自主选择。国外新能源配储整体具有 3 个特点:一是充分的国家激励政策。制定远期新能源发展目标并直接对新能源配置储能给予充足的财政补贴或税收抵免政策。例如:美国加州公共事业委员会于 2022 年批准长期清洁能源计划,提出 2032 年储能新增规模发展目标并通过采购指令推动该目标实现;澳大利亚可再生能源署于 2022 年公布 1 亿澳
18、元储能支持计划,用于支持电网侧大型储能建设。二是较为成熟的电力市场。以美国为例,大部分储能都布置在电力市场完善区域,其中加州市场占比接近40%。三是公开透明的电网调度。美国和欧洲都会实时公布电力出清结果和安全校核结果,通过节点电价等方式体现网络阻塞,也为是否建设储能提供了清晰的市场信号9。分析可知,国外虽未强制新能源配储,但通过创造适合的发展环境,储能实现自身有序发展的同时,也满足了新能源发展需求。2.3新能源配置储能方式2.3.1电源侧储能根据接入位置不同,储能可以分为电源侧储能和电网侧储能。电源侧储能应用场景较为广泛,包括辅助火电机组提高调峰调频性能、有效平抑新能源电力的随机波动、提升新能
19、源电站的主动支撑电网能力等。其优势在于规划建设相对简单,可以按单个项目管理,具备足够充裕度。劣势在于电源侧储能容量相对小,投资成本高,充放电效率低10,且无法独立参与电力市场。由于储能电站建设运营能力不足,储能调度技术相对不完善,部分地区配置要求过于超前等,电源侧储能整体利用率偏低。如果将电源侧储能与每个海上风电项目打捆配置,则位置都在项目附近,其仅服务于单一场站,没有经过全局优化,储能容量无法充分利用。2.3.2电网侧储能相比电源侧储能,电网侧储能在投资经济性、全局优化调节作用等多个方面更具优势。投资经济性方面,电网侧储能可通过规模化建设降低储能单位成本,并通过共享方式满足配储要求,减少初始
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