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如何给一个能够实现“碳达峰、碳中和”的电力系统,装一块电池?

2021-12-28 18:40
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储能如何赚钱?

储能产业非常优秀不假,也确实至关重要,但它仍然需要可供开发的商业价值。只有“储能赚钱”深入人心,庞大的社会资本才会真正的投入进来,才可能迎来行业的爆发式发展。

那么在电力系统中,谁来出钱建这个储能,储能项目又该如何盈利自然就成了两个关键问题。

储能谁来建?

从建设的角色来区分,电力系统中的储能其实可以大致分为三种:源侧储能、网侧储能与负荷侧储能,每一个的建设主体以及他们的建设目的都有不同。

源侧储能

源侧储能又叫发电侧储能,顾名思义,他的建设主体就是各种各样的发电公司,包括了火电厂、风电场、光伏电站等。

风、光电站为了提升可控性,各省往往要求其配备5%~10%不等的储能,这部分储能的投资主体自然也就是对应的风光发电站。而对传统火电厂来说,储能可以加强它们的调节性能,而电网在核算调频的补偿费用时会直接与电厂的调节性能挂钩,因此为了获得更高的调频补偿费用,电厂也有动力去给自己的火电机组配备储能。

网侧储能

网侧储能的建设主体一般为电网公司,其建设的主要目的还是为了调峰调频,从而保证电网的安全运行。

网侧储能的最主要形式依然是抽水蓄能电站,国家电网与南方电网分别建立了“国网新源控股有限公司”与“南方电网调峰调频发电有限公司”专门负责抽水蓄能的运营。

负荷侧储能

上面两类建设者与涉及的储能建设,往往更接近一种配套设施,创造商业价值并非核心诉求,本身的商业化潜力也并不强。但负荷侧储能则是相对商业潜力最高的环节,盈利也是参与者的核心目标,因此与前两者不同,负荷侧储能的建设主体呈现出了多样化的态势。发电公司、电网公司以及所有想通过储能运营赚取收益的企业,在负荷侧均有一定的布局。

商业模式是什么?

从基本的商业模式看,储能盈利的主要途径则可分为峰谷价差与辅助服务市场两种方式。

低买高卖,削峰填谷

由于人们天然的用电习惯,有的时候用电多(一般在上午和下午),有时用电少(一般在夜间),在一天中就形成了“峰”与“谷”。

然而,电力系统并不喜欢这样的峰谷波动,其往往意味着发电机的频繁启停,既增加了启停成本,又会造成发电机效率的降低,因此为了尽量拉平峰谷差,电网往往会设置峰谷电价,在峰时段电价高,在谷时段电价低。这就给储能套利创造了机会,储能可以在夜间低价时充电,再在高价时将电售出,赚取差价。

削峰填谷

以测算简单,相对成熟的锂电池为例,当前锂电池储能的总成本大概在1500元/千瓦时左右,投资一个1兆瓦/2兆瓦时储能站的成本约为300万,效率大概是90%,按照循环次数为4000次计算,这个储能站的全寿命周期内可放电7200兆瓦时,那么可计算得出平均度电成本、大概是0.42元/千瓦时,也就是说只要峰谷差价大于0.42元/千瓦时,该项目就有利润空间。

那么全国不同地方的峰谷差价,大概是什么水平?

全国各地峰谷电价情况[11]

从上图可以看到,绝大部分地区的峰谷电价差都满足这个要求。即使考虑到后期电池衰减、通货膨胀等因素,储能的实际度电成本比我们的估算值高一半,达到0.63元,那么也依然有大量地区拥有足够的利润空间。

而且,随着技术的进步,储能的度电成本也将进一步降低,根据2021年国家重点研发计划“储能与智能电网技术”《吉瓦时级锂离子电池储能系统技术》的考核指标,项目结项时所开发的锂离子电池储能系统等效度电成本不大于0.1元/千瓦时[12],而12月9日,这个项目已经被宁德时代中标,期待宁德时代为我们带来更先进的储能技术[13]。

调峰调频、辅助服务

我们在此前文章中提到过,电网需要通过技术手段进行频率与电压的调节,其中频率调节就需要调节设备可以快速发出(提升频率)或者吸收(降低频率)功率,而向电网提供的这类服务,被统称为“辅助服务”,而储能就是绝佳的辅助服务供应商。

遗憾的是,目前我国电力系统仍未建立统一的辅助服务市场,长期以来提供辅助服务的工作被视为电厂的义务,由电网调度下令后直接执行。这导致储能作为调峰调频的优质资源,却无法在这一场景下实现盈利,只能通过前面“峰谷电价”低买高卖进行盈利,减少了储能的盈利手段。

但是这样的情况也正在改变。自2015年起,国家开始陆续出台以市场化原则建立电力辅助服务机制的相关文件,并在近年逐步发展完善。到今年8月份的《电力系统辅助服务管理办法》,政策层面已经明确将电力辅助服务划分为基本服务和有偿服务两大类,并指出有偿电力辅助服务可通过固定补偿或市场化方式提供。

自此,储能又多了一个盈利模式,为长远发展提供了更多助力。事实上,储能未来还可以通过各种创新的商业模式来实现盈利,例如云储能、共享储能等,但篇幅所限,不在本文展开。

致谢:感谢遥望为本文提供的技术支持。

References:

[1]刘敦楠, 徐尔丰, 许小峰. 面向园区微网的源–网–荷–储一体化运营模式[J]. 电网技术, 2018, 42(3):9.

[2] 新华社:中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见. 2021.10.24

[3] 陈海生, 凌浩恕, 徐玉杰. 能源革命中的物理储能技术[J]. 中国科学院院刊, 2019(4):10.

[4]李先锋, 张洪章, 郑琼,等. 能源革命中的电化学储能技术[J]. 中国科学院院刊, 2019(4):7.

[5] 国家能源局:抽水蓄能中长期发展规划(2021-2035年).2021.09.17

[6] 国家能源局:国家发展改革委 国家能源局关于加快推动新型储能发展的指导意见. 2021.07.15

[7] Chen, L., Zheng, T., Mei, S., Xue, X., Liu, B., & Lu, Q. (2016). Review and prospect of compressed air energy storage system. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy, 4(4), 529-541.

[8] 央视财经:我国新型储能技术取得重大突破. 2021.09.30

[9] 央视:飞轮储能首在地铁中商用:一座车站可年省50万度电|飞轮. 2019.07.09

[10] 南方电网报:南方电网“十四五”电网发展规划出炉全面推进新型电力系统建设,服务碳达峰碳中和目标. 2021.11.12

[11] 北极星储能网:2021各省峰谷电价差汇总!上海/北京/湖北/浙江/江苏/山东排位靠前!.2021.08.09

[12] 科学技术部:“十四五”国家重点研发计划“储能与智能电网技术”重点专项2021年度项目申报指南(征求意见稿).2021.02.02

[13] 科学技术部:国家重点研发计划“储能与智能电网技术”重点专项2021年度拟立项项目安排公示 2021.12.13

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