隨著風電并網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，從2011年起，“三北”地區(qū)等風電開發(fā)集中區(qū)域棄風限電問題日益突出，在2012年達到高峰。2012年全國棄風電量約20TWh，全國棄風率約為17.1%，其中吉林、蒙東、蒙西、甘肅等地區(qū)棄風率在25%以上。在這種背景下，有些儲能設(shè)備廠家提出，現(xiàn)階段我國風電項目應投資配置儲能裝置。一是可以快速吸收和釋放有功及無功功率，平滑風電輸出功率，提高風電的可控性，保證風電出力的連續(xù)性和穩(wěn)定性，減小對電網(wǎng)的影響;二是可以在棄風限電時儲存風電電量，在非限電時段上網(wǎng)，在棄風限電問題得以改善之前提高風電的效益。

 

那么，現(xiàn)實情況是否如理論設(shè)想的那樣呢?為此，我們結(jié)合風電的出力特點和儲能技術(shù)的特點，對當前政策環(huán)境下風電項目投資配置儲能裝置的可行性進行初步分析。

 

儲能技術(shù)簡介

 

目前，儲能技術(shù)路線主要分機械儲能(包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等)、電化學儲能(包括鉛酸電池、鋰離子電池、液流電池、鈉硫電池等)和電磁儲能(包括超導儲能、超級電容器儲能等)等幾種，各種技術(shù)的特點如下表所示。

 

由于風電場裝機規(guī)模多在50MW以上，適用于風電場儲能的技術(shù)必須是兆瓦級以上功率、多小時容量的技術(shù)。電磁儲能和飛輪儲能明顯不適用，機械儲能中抽水蓄能和壓縮空氣對地理條件的要求高，有些地區(qū)不具備推廣的條件，因此可在風電場內(nèi)配置的只有電化學儲能的幾種技術(shù)。

 

(一)配置儲能的容量不易確定

 

為風電等可再生能源項目配置儲能裝置，在限電時段儲電、非限電時段上網(wǎng)，這在技術(shù)上是完全可行的。但由于儲能成本普遍高于風電等可再生能源發(fā)電成本，這種做法在實踐中是否可行，是否適宜在全行業(yè)推廣，關(guān)鍵還在于能否在滿足要求的前提下配置最小的儲能容量。

 

實際上，風電項目配置儲能的比例主要取決于當?shù)氐南揠娗闆r，沒有一個普適的標準。由于2012年限電情況比較突出，我們選取了蒙東地區(qū)有代表性某風電場(裝機容量297MW)2012年的全年各月限電、2月各日限電和11月28日分時段限電情況進行統(tǒng)計，結(jié)果如下：

 

如圖1所示，2012年限電最多的月份集中在2-4月，月限電量在52000MWh-57000MWh之間，限電最少的月份為7月，限電量1300MWh。

 

如圖2所示，2012年2月限電最多的是6日，限電量為5650MWh。7、11、21、22、27、28日限電量為0kWh。

 

如圖3所示，11月28日，限電主要集中在夜間(1:45-8:45)，限電量為1260MWh，其他時段限電不多。

 

上面的限電情況有兩個比較突出的特點，一是單日各時段限電量差異較大，按高配置浪費極大，按低配置滿足不了要求，基本不存在一個合理折中的儲電容量;二是限電往往連續(xù)出現(xiàn)，即使前一時段的限電全部儲存下來，下一時段又限電了，儲存的電量也沒有機會上網(wǎng)，極端情況下可能全月只儲存了第一天的電。

 

(二)成本分析

 

目前可再生能源配置儲能的示范項目較少，成本方面可供參考的不多。

 

國家電網(wǎng)公司在河北省張北建設(shè)了風光儲輸示范項目，為100MW風電和40MW光伏項目配置了20MW/95MWh的儲能，儲能部分采用鋰電池、鈉硫電池和全釩液流電池三種技術(shù)，由不同廠家提供，如下表所示：

 

該項目儲能部分投資4億元，每千瓦成本在2萬元以上，是風電場平均單位千瓦投資(8500元左右)的2倍多。其工作壽命估計在5年左右。

 

2012年，龍源集團為其遼寧法庫臥牛石50MW風電場配備了5MW/10MWh全釩液流電池儲能裝置。該儲能裝置投資7000萬元，相當于每千瓦14000元。輸入輸出比為1：0.7，充放電次數(shù)為2000次，全生命周期可吸收20GWh電能、放出14GWh電能，相當于度電成本5元，幾乎是風電度電價格的10倍。

 

從容量上看，張北風光儲輸項目的儲能容量占比約為14%，共可儲95MWh電能，但該項目有40MW光伏發(fā)電，其出力特性與風電、儲能如何互相作用不得而知。龍源法庫項目是純風電，參考價值更高一些，其儲能占比是10%，可儲10MWh電能。

 

如果根據(jù)龍源法庫的經(jīng)驗為某300MW風電場按10%容量配置儲能，需配置30MW儲能，可儲60MWh電能，僅是11月28日1:45-8:45時段限電量的零頭。即使按20%配置，可儲120MWh電能，仍然僅為該時段限電量的十分之一。關(guān)鍵在于，無論為風電項目配置多大的儲能裝置，基本可視為法庫項目的放大版，其儲電上網(wǎng)的度電成本均為5元，這說明如果僅為了解決限電問題為可再生能源項目配置儲能，是不可能達到投入產(chǎn)出平衡的。

 

(三)儲能對電能質(zhì)量的貢獻體現(xiàn)在電網(wǎng)側(cè)

 

由于風電出力受風速所固有的波動性影響較大，在電網(wǎng)薄弱地區(qū)容易引起電網(wǎng)電壓和頻率穩(wěn)定性問題。目前解決這種問題的措施主要是進行風功率預測和安裝無功補償?shù)仁侄?。安裝儲能裝置可以使風電場更好地配合電網(wǎng)進行調(diào)峰和調(diào)頻，但從系統(tǒng)角度看，以這種目的配置的儲能是電網(wǎng)建設(shè)的需要，而不是電源建設(shè)的需要。為電網(wǎng)提供服務(wù)的儲能裝置應該在電網(wǎng)中配置，讓每個風電場配置儲能不但不經(jīng)濟，也無必要。

 

以抽水蓄能為例，其主要作用是為電網(wǎng)運行服務(wù)，我國現(xiàn)行的有關(guān)政策規(guī)定，抽水蓄能電站由電網(wǎng)企業(yè)根據(jù)電網(wǎng)運行需要進行規(guī)劃，原則上由電網(wǎng)企業(yè)全資建設(shè)和管理，杜絕電網(wǎng)企業(yè)與發(fā)電企業(yè)合資建設(shè)，嚴格審核發(fā)電企業(yè)投資建設(shè)抽水蓄能電站項目。在投資回收機制方面，不再核定抽水蓄能項目的電價，其建設(shè)和運行成本納入電網(wǎng)運行費用統(tǒng)一核定。

 

(四)儲能裝置并不是電力系統(tǒng)靈活性的唯一來源

 

電力是唯一不能被輕易存儲的重要“能源載體”，因此目前的電力存儲技術(shù)一直未取得實質(zhì)性突破，更不能以良好的經(jīng)濟性對系統(tǒng)運行進行調(diào)節(jié)。幸運的是，與通行的假設(shè)不同，缺少經(jīng)濟儲能方式對可再生能源未來發(fā)展的影響并不大，因為我么可以通過多種途徑獲得電力系統(tǒng)的靈活性。綜合運用類型各異、位于不同區(qū)域的可再生能源電源結(jié)構(gòu)，功率預測技術(shù)，靈活性電源以及需求側(cè)響應等措施，可以構(gòu)建完全滿足需求的可靠電力系統(tǒng)。

 

結(jié)論

 

綜上所述，為風電等可再生能源發(fā)電配置儲能裝置，盡管在理論上是可行的，對平衡峰谷有較好的作用。但是，有鑒于當前的技術(shù)水平和經(jīng)濟性，儲能技術(shù)尚不具備大規(guī)模推廣的條件。并且就目前我國風電占比僅有3%的情況來看，也沒有必要動用成本高昂的儲能設(shè)備。實現(xiàn)更大比例的可再生能源并網(wǎng)，不是在電網(wǎng)運行的物理特性上做出改變，而是在運行策略、規(guī)則和程序上做出改變，這是一個巨大的機制性挑戰(zhàn)。