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周珏:储能技术在电力需求侧管理中的应用

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国储能网 发布时间:2017-08-29 浏览:
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中国储能网讯:8月25日至26日,首届全国用户侧储能细分市场开发与应用高层研讨会在江苏无锡太湖饭店召开。本次会议由江苏省电机工程学会、国网江苏省电力公司电力科学研究院、全国微电网与分布式电源并网标准化技术委员会、中国化学与物理电源行业协会储能应用分会联合主办。会议吸引了国内近400位学术和行业专家及企业高层代表参加。国家电网公司电力需求侧管理指导中心技术部主任周珏,在会上就电力需求侧管理中储能技术的应用做了精彩演讲。

演讲全文如下:

周珏:各位会议代表大家好,关于电力需求侧管理和储能,今天我主要讲五个方面。

第一,什么是电力需求侧管理和需求响应。第二部分是储能技术简介,第三是典型储热技术介绍,主要介绍随着清洁供暖北方形势的发展,储热技术得到哪些应用,以及创新技术应用。我们可以参照储热技术的发展情况分析一下,电池领域是否能够参照他们的机制做的更好。第四是典型储电技术应用需求分析,从系统的角度分析,真正的储电技术要想得到大量发展有什么需求。第五,做一个简单的小结。

第一,讲一下需求侧管理和储能。储能技术就是需求侧管理中需求侧资源的一种,跳出电池本身原理来看大的工作系统,储能和需求侧管理是其中一个工作点。需求侧管理是什么概念呢?是政府主导的国家层面重大节电和经济、环境、效益为目标的工作。主要包含两方面,一个是能效管理,所以用户侧的能效技术都是需求侧管理研究的内容。第二个和储能密切相关就是负荷管理,储能应用都是围绕着负荷管理和优化开展的,这也是管理需要关注的领域,所以储电就是需求管理的一个工作内容。简单的讲一下什么叫需求侧管理。例如江苏因为新增用户用电负荷增加,需要增加全网的发电容量,就是在供应侧保证它,因为多了一千瓦用电,但是实际上我们在需求侧,比如说上一个空调或者其他的储能技术就可以把这一千瓦转移掉以后节省下来,不必建一千瓦电厂。在电力系统规划中,考虑供应侧的前提下,一定要考虑需求侧资源的参与、综合资源规划,这是需求侧管理的核心。从我们国家需求侧管理的发展来看,发改委和工信部分别从不同的领域在推这个工作,工信部主要从工业园区,发改委主要是从城市试点,曾经在四个城市推了三年试点工作配套了几个亿的资金,这个工作已经结束了,后续试点因为国家对财政费用的使用方向趋紧现在没有继续做下去。这个工作的结果带来很大发展,考核电网企业的节约节电量,我们国网出现了28个服务公司,每个省一个,总部还有一个,南网也出现了一个,电网公司行动起来了,配套了很多的资源在做这方面的工作。

接下来,主要讲一下储能技术和负荷侧应用,热转换,还有热负荷有一些级数解大家看一下怎么样得到很好应用,电池是不是可以参照他们的轨迹应用。要注意的是储能技术不能局限于用户侧,实际上源侧、网侧和负荷侧都可以用,电源侧现在有几个在用的,像火电灵活性与调峰就是储能技术应用,东北、新疆、山东都要做,这个是有电价政策。在发电厂里配置大型高压电锅炉、配大型蓄热体、配大水箱这都是储热技术的应用,怎么会在电源侧?但是它解决的问题和用户侧用峰谷电价进行转移盈利是一回事,针对的都是这两个问题。第一个是从系统来看原来都是电源负荷,但是随着国家和国际的低碳化趋势,可再生能源越来越多,光伏风电等波动性电源越来越多以后,使得系统的平衡更加困难,储能为什么近几年提升这么快?就是由于低碳化趋势的发展。不过现在中国的能源系统里火电厂占的比例还是最高的,所以可再生能源比例还没有达到像丹麦、欧洲、德国的程度,储能价值还没有发挥。但是随着国家低碳化持续工作,再过三十年甚至五十年,可生能源如果占到60%,那个时候不配储能技术怎么去平衡系统?

第二,在这个系统里面从负荷侧以后中间为什么列了电力市场、天然气市场和碳市场?市场机制的本质作用并不是降电价,而是使源网荷几个环节有完善的价格体,使得负荷侧的储能或者电源的储能技术在系统里的价格能够得到很好的传递,这样才能体现技术本身的经济价值。有了经济价值以后,技术才能得到长足发展,一个很贵东西如果在这个系统里面不能体现价值很难推动。储热也在负荷侧,应用技术很多电池只是其中一个点。这个两大方面,就是需求管理所有的能效、高效技术,用户负荷侧的还有负荷管理技术,其中就包括了储电和储热、储冷这都是需求侧管理要研究的,最终要和负荷相关。

这个图就是需求响应,峰谷电价、分时电价就是一种需求响应,所以大家都在参与需求响应,能效、风能电站都是,还有一些需求响应需要依赖电力市场,需要实时市场才会有实时电价、需求侧竞价,两三年后随着广东浙江电力市场的发展,或许能做起来。但实际上江苏的需求响应是全国最领先的,我们现在有一个常年运行机制——尖峰电价,把基于电价和激励结合起来做一个联动机制。美国还打过联邦法院官司最后需求响应获胜,美国有很多针对不同用户的电价的、激励的政策,北美的各种机制欧洲各个国家都有,都是要消耗。江苏的机制是尖峰电价机制加上负荷的机制,7月份、8月份的时候天气预报超过35度,在第二天10点到11点我们要在大工业用户上面叠加一个1毛钱的电费增收。另外还会形成一个蓄水池,增收的电费以后就会形成蓄水池,去年大概是四千多万,我们通过经信委体系和电网公司体系签订一个承诺的用户或者负荷聚集商,用这笔钱反向补贴他。这是2016年的执行情况,增收了6551万,26日又响应了一下,这是典型两个用户的响应曲线,可以通过电网公司平台系统采集到。负荷集成商可以聚集多少用户,他和用户有一个二八分成,负荷聚集商也做了,江苏2016年对不同地区包括负荷聚集商有一个总的补贴额,这就是监控电价形成一个蓄水池反向激励这些用户,在分时电价基础上进一步叠加的尖峰电价。今年的数据还没出来,但是今年没有像去年那样全省响应300多万千瓦,从响应量来看我觉得今年对单户补贴会比2016年高一些,因为今年特别热,蓄水池还要大一点,但是响应量会少一些,补贴额度要高一些。

下面简单讲一下储能技术,主要有五大类,这五大类在源网荷侧有些技术都可以用,规模化的像空气储能在网上可以用,有些用户包括储能也可以用,按照功率特性和能量特性可以找到适用应用稳定范围。国家也针对储能提了一些指导意见,因为储能在国家层面要出一个统一补贴是比较困难的,因为像江苏、宁夏对储能的调峰需求是不太一样的,有些区域可调节性电源特别多,像云南水电特别多,发电装机调的代价要低一些的话储能价值就会弱一些,有些像江苏上海火电占比高,电网以开放心态鼓励大家发展。还有不同的技术包括储热技术都有成本,但是从图上来看储热价格很低,就是两三百块钱一个千瓦时隔热,为什么?现在应用得比较广就是成本很低,将来储电装置也需要把电池成本降低才行。这个余热就是从热电上运水也是储能,移动式储能把热水运过来,我算了一下原油质量的能量密度大概是一万四到一万,换句话说现在这些电池的储能密度太低了,锂电池就算120比的话是100倍,这样密度带来的问题就是经济性很难下去,电池高能量密度和低成本是电池应该追求的方向。

储热的进展主要是国家清洁化的方式发生,像北方的严重雾霾要清洁化,清洁化以后就导致以前很多直接烧煤取暖的需求就变得要用清洁能源替代,现在国家比较鼓励的是电和天然气,财政力度也上来了,这些都导致了储能技术受益,虽然不是直接补贴储能技术,但是也鼓励了储能。这个热量以前是烧煤现在用电或者天然气,直接用电转换带来的能效率很低很难推,但是结合储能储热技术,这些技术得到了应用,北京现在用的最多的空气源、热泵,这也是一个蓄热技术但是使用效果很差被淘汰了,也是恶性竞争造成的。这个是扇面的,利用浅热的储热技术。现在光热发电搞到用户侧了,石家庄的辛集十万平方用熔盐蓄热,还有雄安用深井打到两三千米的地热能利用的,这都是创新,一个管打到3000米下去把热量取下来,运营成本很低但是出热率很高,这就是储热技术发挥作用了。储能技术一定要创新找到适合的应用点,这是前面讲的空气源热泵技术,现在把它和熔盐蓄热结合,可以进一步提高能效,熔盐储热技术太贵了,但是可以和空气源热泵结合起来,已经变成标志性的东西了。现在有双热泵,中间加一个装置把储能技术用28度的材料去做,进一步提高系统能效,这也在得到应用。还有在空气源热泵的出水端加一个48度的材料,为什么要这样用呢?电网有我们的曲线,实际上热泵一个曲线,一个建筑热量的供暖需求和空气源热泵输出的是负的、反向的,中午12点的时候我把空气源热泵多出来的传到里面,晚上低谷的时候再把它放出来,而且空气源热泵系统配上装机运行成本更低,这就是典型储能技术的完美应用,几年前北方清洁供暖的需求没有出现,这个技术全部都在实验室里用,现在全部走出门到了应用场景里,我们的电池厂也是做这些曲线,围绕这些曲线做工作。我们刚才讲了一下储热技术存在很多年了,现在全部走出来进入到应用侧我们的客户都在用,储电技术参照一下储热是不是可以去找到这样一些应用点,同时借上其他的改革春风把它做起来。

储电的情况我想先介绍一下欧洲和美国的几个电力市场,日前市场报价形成了负荷曲线和电价曲线,我们来看一下它的峰谷差有多大,和国内现在是什么样的情况。先看一下北欧的市场,北欧的电力市场有一个电力市场管理机构,但是北欧情况和我们不一样,挪威和瑞典水电比较多,所以丹麦人把风电全部100%消纳了,不是储能用的好是根本没有储能,挪威的水电调峰调的比较好,我国东北西北并没有那么好的调节电源调峰,一到冬天就弃风,所以现在要搞灵活性改造,把热电技术最小发电速率降下去空间让出来节风电。这是2017年6月14日的小时曲线,北欧市场分了大约十几个区。瑞典是四个区,丹麦是两个区,一个分区的分散式的,从曲线可以看出差有多大,这是更长周期价格的关系曲线,每兆瓦时最高的地方100最低的大概是30,我认为也在三倍左右。国家现在设定的峰谷电价也是三倍左右,这是报价报出来的。这是英国的价格,也在3倍左右或者3倍多一点。至于美国电力市场的情况,美国不是全国每个州都有电力市场,来看一下典型的宾夕法尼亚市场曲线,它也是一个发展很多年逐步互联起来的市场,从电力公司连起来总装机大概是1.7亿千瓦,比国内任何一个省级电网都大,江苏装机大概刚过亿,这是它的负荷曲线,你看它的负荷曲线在1.25亿到接近三千万某一天的负荷曲线,这是典型的负荷曲线。我导了2017年11月、12日两天价格曲线,它的价格不像我们的峰谷电价设置的3个小时、4个小时多少,我们是容易设定的,我们是一个电力公司在现有的架构下发起的需求响应,它这个是通过发电商和用户的报价形成了一个批发市场曲线,传递到零售端的话怎么传递呢?我问过老外的专家,实际上对大工业用户会把这个曲线等效设定,设定上了传递过去,对居民用户他会让你选,可以选全年均一式电价或者可以分时还可以绿色售电,但是从偏好市场曲线我们看一下差异多大最高峰在70最低大概是在12、13,平均一下也就三倍多,但是参与市场对做储能的要求很高,首先每天要把第二天的曲线相对做出来,然后低到什么时候开始充、高到什么程度开始放,这个曲线里面可以套利。据说澳大利亚的比这个大,澳大利亚是不是套的效果比较好。

为什么讲是两个曲线呢?因为现在浙江和广东电改走的比较快,广东电网公司已经招标了,做批发市场的交易系统,浙江2019年就要建这样的市场,所以大家要关注。为什么在江苏建的储能电站特别多,浙江也在建集中式的市场,浙江是想建一个类似澳大利亚又和澳大利亚不一样的市场,要建一个没有集中式的节点市场还不是分区的。

我们刚才讲了这么多包括和储热的项目大家要找到创新应用点,同时把这个结合到其他的电池应用,最关键的还是成本,成本是量越大越便宜,南都就做的很好了,基金化把整个产业链带动起来了。不同的储电技术要找到应用点,同时关键是储能密度一定要进一步往上提,第二个成本要降低,这才是存在的王道。

(本文根据会议录音整理,未经本人审核)

关键字:热储能 用户侧储能

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