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黃碧斌:分布式儲能在配電側的運營模式

2018-05-24 10:50:19 中國儲能網

5月19日至21日,“第八屆中國國際儲能大會”在深圳隆重召開, 來自中國、美國、德國、英國、加拿大、西班牙、日本、韓國、澳大利亞等國和地區1500余位政府機構、科研院所、行業組織、電力公司、新能源項目單位、系統集成商等代表出席本次大會。

國網能源研究院新能源與統計研究所主任工程師黃碧斌在分布式光伏與儲能系統應用專場,以“分布式儲能在配電側的運營模式”為題,發表了精彩演講。

演講內容如下:

黃碧斌:我來自國網能源研究院,側重于儲能接入電網的政策管理和規劃運營研究相關的內容。因此,今天我想跟大家交流的主要是儲能政策的內容,希望我們做的研究可以給大家提供參考,看看國外的政策如何發展,結合我國國情,我國儲能政策會是怎樣的一個趨勢,為關注儲能應用的在座同仁提供信息參考。

今天匯報三方面內容:第一方面,分布式儲能在配用電側的典型應用及國外政策。第二方面,配用電側典型儲能應用場景下的經濟性分析。相信很多企業專家也做過這方面的測算,我們也是跟大家分享下我們測算的結果,看分布式儲能未來的發展前景如何。對企業來說,一個儲能項目能否應用,它直接跟經濟性有關,涉及企業的盈利。第三方面,加快儲能在我國推廣應用的一些建議。通過研究,向國家主管部門和相關企業提出一些建議,分享未來我國推廣儲能政策的趨勢。

首先,我向大家匯報新能源和分布式光伏的快速發展情況,推動近幾年儲能發展的重要因素是新能源的快速分發展。第一張圖是從2001年開始,國家電網范圍內新能源累計裝機量,2011年4000多萬,2017年達到2.6億的規模,增長速度很快。以前是風電,現在更多的是光伏。風電和光伏會都帶來調峰調頻等問題,所以建設了多座抽水蓄電站。

這是我國2011-2017年太陽能發電累計裝機容量,光伏發電波動速度更快,會帶來調頻的影響。目前除了傳統的調頻電站之外,儲能在調頻的作用具有非常好的前景,因為它響應速度快。

這是2012-2017年國家電網分布式光伏發電累計并網容量和并網戶數,從2012年13萬千瓦到現在的2180萬千瓦,去年新增規模接近2000萬千瓦。在分布式光伏側的應用正好契合我們對電化學儲能分布式儲能的應用前景。這是未來配用電側分布式儲能有很好的發展前景。

從新能源、風電、光伏發電系統帶來的需求看,目前技術可行、經濟可行的儲能應用首選仍是抽水蓄能。但如果從支持分布式發電接入、提高供電可靠性、延緩電網需求的方面來說,建設分布式儲能的必要性明顯增強。這是在不同應用里,我們優先選用技術的情況。

截至2016年底,我國電化學儲能規模為24.3萬千瓦,是2011年規模的近6倍。技術類型主要是鋰電池和鉛蓄電池,分別占59%和32%;應用領域看,主要在分布式發電和集中式新能源發電并網領域,分別占53%和38%。從全球的發展數量來看,全球電化學儲能應用最多的領域是輔助服務領域和分布式發電領域。輔助服務領域大概占40%,分布式發電領域占20%。我國之所以目前在分布式發電和集中式新能源發電領域的儲能應用較多,主要原因是以前我國在輔助服務方面沒有相關的政策,導致在輔助服務的應用比較少。

分析我國已出臺的政策,我國現在分布式儲能、電化學儲能用得比較少的原因有:一是我們沒有相關的補貼或者電價的政策;二是缺乏相關的市場機制。對于輔助服務應用來說,不適合采用初投資補貼的方式,而是應該采用市場機制的形式,根據實際應用效果給予政策的支持。這是導致我國目前儲能發展總體較小,在輔助服務領域儲能應用更少的原因。未來我們可能也會像國外一樣,分布式儲能應用指主要在分布式發電領域和輔助服務領域,其中也包括用電領域,這是未來分布式儲能主要的應用場景。

下面簡單介紹幾個國家的政策:

關于美國,美國通過投資補貼、稅收抵減和市場激勵政策推動儲能在分布式發電和輔助服務領域的應用。

在分布式發電領域,聯邦政府層面出臺了投資稅收抵減(ITC)和成本加速折舊(MACRS)政策,鼓勵光伏系統配套儲能設備。這與美國國情有關,美國聯邦層面的政策都會出臺類似稅收抵減的政策,催生稅收和投資者合作的模式。裝分布式儲能和分布式光伏的很多是自然人、家庭,他交的稅收比較少,如果只是他自己抵稅的話,抵扣的稅很少,所以他一般會跟企業合作,產生這樣的稅收和投資者合作的模式。這是以前在光伏領域比較關注的模式,就像特斯拉的solarcity模式,它充分享受抵免政策,使得分布式光伏發展比較好。州層面政策以加州自發電激勵計劃(SGIP)為代表,SGIP對儲能的補貼政策歷經多次調整。美國光伏發展最好的是加州,下一頁我會就加州的政策做詳細的介紹。

輔助服務,美國聯邦能源監管委員會(FERC)發布多個法令,允許儲能參與電力市場提供輔助服務,提出了儲能按效果獲得補償的結算機制。其中,2018年4月新出了“841法令”,把儲能作為很重要的角色,允許儲能參與電力市場,提供輔助服務。總的來看,提出儲能按效率和補償的結算機制,從市場激勵的方式引導儲能在輔助服務領域的應用。加州、俄勒岡州和內華達州等部分州政府制定電力公司的儲能強制采購目標計劃,用以應對突發事故可能造成的電力供應壓力。

關于突發事故應用場景,前段時間在微信朋友圈里比較熱的話題是澳大利亞特斯拉系統在電力系統出現故障時迅速響應的案例,這是一個儲能的典型案例。澳大利亞南澳洲,為什么特斯拉會在這里建設儲能系統,并且在事故發生后繼續建設更多儲能系統。南澳洲的電源裝機不到550萬千瓦,新能源裝機達到250萬千瓦,整個州的可再生能源占比接近50%。南澳洲電源裝機更多的是天然氣,雖然天然氣的調節能力很強,但是南澳洲的氣源供應有很大的不確定性,可能會帶來問題。此外,它跟外部電網的聯絡比較弱,它有2條線路跟其他州聯網,規模相對是很小的,不到80萬千瓦,最大的交換功率只占新能源裝機的三分之一,使得電力系統的可靠性比較薄弱。所以他2016年以來出現多次較大的停電事故。2017年南澳洲提供了不到20億的資助基金,資助儲能建設。要說明的是,特斯拉電池儲能不是特斯拉投資運營的,而是特斯拉負責建設的,投資運營主體是法國風電企業,將儲能項目和風電場第三期同時建設,平時可以提供吸收多余的風電功率,緊急時為電網提供相關的緊急服務。

發生事故當天,南澳洲一臺56萬機組出現故障停機,占南澳洲裝機的十分之一。大概20秒左右,整個系統頻率掉到49.8Hz,低于限制后,儲能雖然離出故障的火電廠大概有1000公里,但迅速作出毫秒級的響應。特斯拉的儲能電池裝機容量不大,100兆瓦,129兆瓦時。由于當時的儲電狀態、儲能控制策略,最多向電網輸入7.3兆瓦的功率,雖然對系統的恢復沒起什么太大的實際作用,但我們可以看到它的響應速度非常快。我們可以從這個事件中看到,未來儲能在出現電力系統緊急的情況下會著非常大的作用。就特斯拉電池儲能的這事來說,由于容量比較小,沒有對系統的恢復產生重要作用,事故后,主要通過其他常規電源恢復。但這也表明儲能未來在電力系統的應用前景非常好。

這是美國加州最新的儲能補貼標準,補貼計劃從2001年開始,2011年把儲能納入補貼標準中。它會經常調整補貼的政策和要求。2017年版本中,設定儲能補貼總目標,SGIP補貼總額預算大概是5億美元,其中80%給了儲能,20%給了分布式光伏。從補貼方式來說,以前都是按照瓦、功率進行補貼,最新的政策是按照瓦時、容量進行補貼。給定不同階段、不同類型的補貼政策。它把儲能分為三類:第一類,相對大于10千瓦的儲能,大于10千瓦的儲能也會考慮你是否享受稅收抵免政策。另外一類,小于10千瓦的居民儲能。針對各個地區補貼的規模,分為第一步、第二步、第三步,補貼不同,現在多數區域在第二步,個別在第三步,補貼規模在0.3-0.4美元/瓦時。對于比較小的儲能,它有電池容量遞減的要求0-2小時之間補貼額度是100%,2-4小時補貼額度是50%,超過6小時沒有補貼。

關于德國,德國對戶用光伏發電配置儲能設備提供投資補貼,以提高光伏發電自用比例,降低電網改造成本。2010-2012年,德國的光伏發展快速,連續三年是全球年度新增裝機第一、累計裝機第一,他們每年裝700萬千瓦的光伏發電。他們的光伏主要接入用戶側,給低壓電網帶來很多影響,他們希望通過一些政策減少對電網的影響。在他們出臺儲能補貼政策之前,通過給予你自發自用電量非常高的補貼。通過這個政策,想提高光伏發電自發自有電量的比例,減少余電上網電量,減少電網的改造成本。后來政策取消了,因為無論如何提高自發自用的比例,對光伏來說都沒有改變晚高峰的情況,難以大幅減少電網的投資。

2013年5月,德國出臺第一輪儲能激勵政策,對2013年1月1日之后新建且小于30千瓦的戶用光伏發電所配置的儲能設備提供補貼,補貼幅度為儲能設施購置費的30%,補貼預算為每年2500萬歐元,并通過復興銀行提供低息貸款。2016年3月,德國延長儲能補貼政策,補貼預算為每年3000萬歐元(約合人民幣22億元),繼續提供低息貸款。

關于日本,日本對儲能的需求主要在福島事故后,他們對安全、穩定和應急供電的需求。日本對家庭和商業用鋰離子電池儲能投入334億日元(約合人民幣21.5億元)補貼預算,支付新裝儲能投資的2/3(家庭用戶補貼上限100萬日元,商業用戶上限1億日元)。市儲能的發展,最重要的因素是他們有很高峰谷電價差,大概是3倍,為全球最高。

從國外政策的梳理有三點經驗借鑒,我國未來政策的出臺也需要借鑒國外的經驗:

第一,著重與實際需求相結合,各個國家電網面臨的問題不一樣,對儲能的需求也不一樣,出臺的儲能政策著力點也不一樣。以前青海提到配置儲能的政策,他們風電規模很大,波動性很大,所以需要建設儲能。目前我們了解有些省份也在醞釀出臺儲能政策,大量新能源接入后,有些省份出現調峰問題。

第二,注重針對性,與不同應用場景相結合。對于分布式發電側或者用戶側儲能容量數量不多,適合采用初投資補貼形式。好處是初期可以給建設者一筆補貼,減少投資者資金準入門檻。但因為補貼一開始就給你了,對監管的要求就高,防止出現騙補情況。初投資補貼政策可以用于某一個產業的初期。就像以前金太陽政策,金太陽政策初期的補貼效果很好,有力促進了分布式光伏發展,但當規模達到一定量,數量多了,監管難度越來越高,后期應該轉到電價補貼和市場政策。這種政策的制定是比較科學的。對于提供輔助服務的儲能,其價值和實際運行情況相關,適合采取市場機制,根據實際效果進行補償。目前南方和東北、華北部分省份也出臺了輔助服務市場機制,有些省份在兩個細則中,把儲能放進去。

第三,著重實效性,建立退出機制。之前出臺的關于儲能發展指導意見,業界希望能夠出臺補貼政策。由于儲能應用場景非常多,現在儲能的成本下跌非常快,需要建立補貼調整機制。像美國SGIP、德國和政府的政策,他們出臺政策時也給了補貼規模的上限,也許我國會采用相應的政策。

第二方面,配用電側典型儲能應用場景下的經濟性分析。考慮了電網側、用戶側和分布式發電側三個場景。

電網側儲能可以減少高滲透率分布式發電接入引起的電網改造成本,提高配電資產利用效率,提高供電可靠性和電能質量,延緩電網投資,提供輔助服務。

以減少高滲透率分布式發電接入引起的電網改造成本為例:選擇河北保定光伏扶貧村作為案例,該村共有4臺10kV配變,最大負荷約為220千瓦,擬接入光伏300千瓦,滲透率接近150%。按照我們的測算分析,如果電壓符合國標的要求,現階段會達到10%的限電電量。我們可以采用電網改造和安裝儲能等措施,我們把這些措施統一的作為備選措施進行計算。在備選措施中,并不是選擇了一種就不能選另一種。我們要綜合優化,選擇最經濟的措施進行改造。

如果我們僅進行電網改造,我們要改造3條主干線個2條分支線,大概成本是40萬。如果我們把儲能作為備選規模,只需要改造1條主干線、1條分支限,在3個電壓薄弱點安裝小規模儲能,10年更換一次,成本投入大概30萬。根據數據得出結果,儲能有效優化改造成本,對儲能位置、儲能優良進行改造,得到最終的結果。

目前電網公司或者社會資本投資的增量配電在該項情景應用中面臨的最大問題是儲能能否納入輸配電價有效資產。如果沒有納入相關政策,如果單獨作為第三方主體,無法收回相應成本。

用戶側儲能應用案例,可以降低系統峰谷差,提高配電資產利用效率。我們選擇江蘇、浙江、寧夏這三個省的案例。我們選擇工商業和的大工業兩種用戶類型,電壓等級是35千伏。大工業案例中,儲能可以減少蓄量電價,江蘇是40,寧夏是33。看倒數第三列,如果在沒有出補貼的政策下,目前只有江蘇能獲得基本的盈利。這也是符合我們的實際情況,現在在江蘇做了好幾個用戶側儲能,江蘇還有需求側響應的補貼政策。如果我們能提供相關補貼政策,給30%初投資補貼規模,中東部省份(江蘇、浙江)可以獲得盈利,其他省份依然處于虧損。如果我們給了容量電價,但還是少數實現盈利。

分布式發電側儲能應用,可以提高分布式發電自用電量的比例,對于分布式發電,自發自用的電價接近銷售側的電價。分布式發電業主會給用戶8.5-9折的折扣。提高自發自用電量的比例可以提高光伏業主的收入。我們測算了江蘇、浙江,和寧夏,考慮銷售電價和燃煤的電價。不管哪個省,沒有補貼是無法實現盈利的。如果能給50%的補貼,只有江蘇可以實現這樣的盈利。當然,50%的初投資補貼不太可能,我們認為分布式發電側的應用目前沒有特別好的盈利空間。

最后一部分,關于我們對儲能政策的考慮。在目前可再生能源發電補貼仍存在較大缺口的情況下,我國現階段可能不會對儲能進行大規模補貼,而是給予一定的扶持性補貼或試點示范支持,加快儲能技術進步和成本下降,為后續在電網中的規模化應用奠定基礎。

現在國家能源主管部門出臺了很多促進新能源發展相關的政策文件,主要思路在于減少補貼,無論是市場化交易還是配額制,政策很重要的出發點就是減少國家補貼,在國家有限財政補貼下盡可能保證可再生能源的發展。我國現在正在著力降低工商業用戶的用電成本,未來一段時間想增加可再生能源基金征收標準,難度比較大。我們認為現階段不大會對儲能有大規模的補貼,而是給予扶持性的補貼、試點示范支持。這就要求咱們加快儲能進步和成本下降,當然未來儲能下降的空間仍是非常大的。

關于電網側儲能,適度投資建設儲能設施,促請政府允許將儲能納入配電有效資產,進一步推動開展儲能支持高滲透率分布式發電接入、移動儲能電站提供備用電源等應用的試點示范。比如在福建某些做茶的地區,有一段時間需要烘茶,對功率的要求比較高。如果為了這一兩個月的高峰用電,對線路、變壓器進行全面改造,從全社會成本上考慮可能不是最經濟的,那通過移動儲能車,拉到相應的變電站,直接接入變電站,可以滿足季節性或者階段性的功率要求。移動式儲能也能作為大型會議活動場所的熱備用緊急電源。未來移動式的儲能會有一定的市場。我們目前也比較關注動力電池梯次利用,在做相關的運營模式、投資回收機制的研究。

對于用戶側和分布式發電側儲能,探索出臺"政策+市場"激勵機制,可先在峰谷電價差較大的地區開展用戶側儲能初投資補貼試點,再逐步推廣;其中也可以考慮進行稅收優惠,現在風電和光伏增值稅可以享受50%的即征即退。另外,在我國電量市場、輔助服務市場和容量市場建設過程中,給予儲能準入地位,并根據系統需要,完善可發揮儲能技術優勢的市場機制。關于儲能準入,在各省兩個細則中有規定,目前有幾個省出了,也給予儲能相應的地位,南方監管局給了電價的補貼政策。

之前談到儲能發展現狀,在集中式新能源發展方面有一定的應用,未來也有需求。隨著新能源發電在我國的比例越來越高,新能源應該承擔更多的責任,在未來技術標準完善中,能否考慮跟儲能相關的應用,比如頻率、電壓調節能力、電力預測考核偏差,有利于促進未來集中式新能源側儲能的發展。

謝謝大家!




責任編輯: 李穎

標簽:分布式能源,黃碧斌,分布式儲能,配電側