電力系統(tǒng)是迄今為止人類現(xiàn)代文明發(fā)展史上最復(fù)雜的系統(tǒng)工程之一。電能的生產(chǎn)、輸送和消費瞬間同時完成的特征，決定了電網(wǎng)必須保持電力生產(chǎn)和消費實時平衡。長期以來，電力行業(yè)始終對儲能技術(shù)存在剛性期盼。人類一直在探索通過儲能技術(shù)使電力發(fā)、輸、配、用實時平衡的剛性電力系統(tǒng)變得更加柔性，最終改變電力系統(tǒng)的基本形態(tài)和功能。

　　大容量儲能技術(shù)已經(jīng)起步

在過去相當長的一段時間，儲能在電力系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)主要是抽水蓄能，應(yīng)用領(lǐng)域主要在電網(wǎng)的移峰填谷、調(diào)頻輔助服務(wù)等。近年來，隨著新能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)電、光伏發(fā)電等波動性電源接入電網(wǎng)的規(guī)模不斷擴大，以及分布式電源在配網(wǎng)應(yīng)用規(guī)模的擴大，儲能在電力系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域都發(fā)生了很大變化。從應(yīng)用技術(shù)來看，出現(xiàn)了適用于電網(wǎng)的集成功率達到兆瓦級的電池儲能技術(shù);從應(yīng)用領(lǐng)域來看，儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用已從電網(wǎng)擴大到發(fā)電側(cè)和用戶側(cè)，從移峰填谷、調(diào)頻輔助服務(wù)擴大到新能源并網(wǎng)、電力輸配和分布式發(fā)電及微網(wǎng)等領(lǐng)域。

關(guān)于適用于電網(wǎng)的先進大容量儲能技術(shù)，目前沒有明確定義(由于抽水蓄能技術(shù)已完全成熟，在電網(wǎng)已有成熟應(yīng)用，故不作為研究對象)?？紤]未來高比例新能源電力系統(tǒng)發(fā)展的需要，針對儲能在新能源并網(wǎng)、移峰填谷、調(diào)頻輔助服務(wù)、延緩輸配電設(shè)備投資、分布式發(fā)電及微網(wǎng)等領(lǐng)域應(yīng)用的需要，從集成功率等級、技術(shù)進步潛力、能量轉(zhuǎn)化效率、功率/能量成本等四個維度考量。目前壓縮空氣儲能、鉛蓄電池、鋰離子電池、液流電池、飛輪儲能、超級電容、超導(dǎo)儲能已處于示范或商業(yè)應(yīng)用階段，能量轉(zhuǎn)換效率均超過60%，具備兆瓦級應(yīng)用條件，可作為先進大容量儲能技術(shù)的代表。

據(jù)中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟統(tǒng)計，截至2016年底，全球累計投運電化學(xué)儲能規(guī)模為1.77吉瓦，其中鋰離子電池占比 65%;壓縮空氣儲能約1.5吉瓦。中國累計投運電化學(xué)儲能規(guī)模243兆瓦，其中鋰離子電池占比59%;壓縮空氣儲能約為10兆瓦。

2016年，在國際儲能應(yīng)用市場中，風(fēng)電等新能源并網(wǎng)約占43%，調(diào)頻及輔助服務(wù)約占24%，電力輸配占19%，分布式發(fā)電及微網(wǎng)約占13%。在我國儲能應(yīng)用市場中，分布式發(fā)電及微網(wǎng)約占56%，新能源并網(wǎng)應(yīng)用約占35%，調(diào)頻及輔助服務(wù)約占2%，其它約占7%。新能源并網(wǎng)、分布式發(fā)電及微網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用約占我國儲能應(yīng)用市場份額的九成。

儲能在三領(lǐng)域應(yīng)用價值評估

(一)電網(wǎng)側(cè)

移峰填谷：儲能系統(tǒng)可在用電低谷時作為負荷存儲電能，在用電高峰時作為電源釋放電能，減小負荷峰谷差，提高系統(tǒng)效率以及輸配電設(shè)備的利用率。移峰填谷對儲能系統(tǒng)的能量和功率要求比較高，目前除抽水蓄能電站外，其他儲能技術(shù)尚不具備移峰填谷的能力。

調(diào)頻輔助服務(wù)：儲能系統(tǒng)具有秒級乃至毫秒級快速功率響應(yīng)和精確功率控制能力，在電網(wǎng)調(diào)頻應(yīng)用中具有明顯優(yōu)勢。特別對于未來高比例新能源接入的電力系統(tǒng)，隨著系統(tǒng)中傳統(tǒng)電源比重降低，系統(tǒng)總轉(zhuǎn)動慣量減 小，造成系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性風(fēng)險，儲能在電網(wǎng)調(diào)頻領(lǐng)域或?qū)⒕哂胁豢商娲膬r值。在高比例新能源電力系統(tǒng)，儲能的調(diào)頻價值主要體現(xiàn)在改善暫態(tài)頻率特性和改善電網(wǎng)一次、二次調(diào)頻。國網(wǎng)能源研究院初步研究表明，當系統(tǒng)中風(fēng)電等波動性電源接入比例超過30%，儲能的調(diào)頻價值才能體現(xiàn)。典型系統(tǒng)測算結(jié)果表明，需要配置儲能的容量比例約為千分之二。

減少電網(wǎng)改造投資，延緩輸配電網(wǎng)建設(shè)：儲能系統(tǒng)具備有功功率的雙向調(diào)節(jié)和無功功率的四象限調(diào)節(jié)能力，可以有效緩解分布式光伏接入后的節(jié)點電壓升高和設(shè)備過載問題。當電壓越限或者電流過載時，通過儲能系統(tǒng)存儲部分分布式光伏電量，尤其是出力高峰時刻電量，可以降低配電網(wǎng)反向潮流對電網(wǎng)電壓升高的負面影響，以及電流過載的風(fēng)險，從而降低高峰出力帶來的電網(wǎng)改造需求和限電量。同時，在大部分情況下有利于配電網(wǎng)網(wǎng)損的減少。儲能接入高滲透率分布式電源的配電網(wǎng)，可有效減少電網(wǎng)改造成本和限電損失。典型案例測算結(jié)果表明，通過優(yōu)化配置儲能容量，可減少電網(wǎng)改造成本和限電損失20%。

導(dǎo)讀：近年來，隨著新能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)電、光伏發(fā)電等波動性電源接入電網(wǎng)的規(guī)模不斷擴大，以及分布式電源在配網(wǎng)應(yīng)用規(guī)模的擴大，儲能在電力系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域都發(fā)生了很大變化。

(二)發(fā)電側(cè)

新能源并網(wǎng)：儲能在風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源并網(wǎng)中的應(yīng)用主要集中在增加波動性電 源的出力調(diào)節(jié)能力、跟蹤計劃出力、平滑風(fēng)電輸出等。目前儲能電池技術(shù)在新能源并網(wǎng)中主要應(yīng)用于改善風(fēng)電場、光伏電站控制特性。全球已投運風(fēng)電場儲能項目超過10個左右，裝機規(guī)模超過50萬千瓦。

提高常規(guī)電源頻率響應(yīng)特性：通過與現(xiàn)有發(fā)電廠聯(lián)合運行，提高常規(guī)電源頻率響應(yīng)特性。儲能的價值主要包括：一次調(diào)頻考核收益，AGC調(diào)節(jié)考核收益，以及AGC調(diào)節(jié)補償收益。原北京石景山熱電廠2兆瓦鋰離子電池儲能系統(tǒng)是國內(nèi)第一個以提供調(diào)頻服務(wù)為主要目的兆瓦級儲能系統(tǒng)示范項目，該項目“聯(lián)合調(diào)頻”的運營模式，具備經(jīng)濟效益。

(三)用戶側(cè)

分布式發(fā)電及微網(wǎng)：目前儲能系統(tǒng)在用戶側(cè)的主要應(yīng)用方式是分布式電源和儲能的聯(lián)合運行，或微網(wǎng)形式。儲能是分布式發(fā)電及微網(wǎng)的關(guān)鍵支撐技術(shù)，其價值主要體現(xiàn)在穩(wěn)定系統(tǒng)輸出、備用電源、實現(xiàn)可調(diào)度性。

未來發(fā)展應(yīng)用潛力巨大

隨著儲能技術(shù)的發(fā)展，儲能技術(shù)經(jīng)濟特性的進一步改善，儲能在未來高比例新能源接入的現(xiàn)代電網(wǎng)中應(yīng)用潛力巨大。儲能在電力系統(tǒng)應(yīng)用前景預(yù)測如下：

2017～2020年：“十三五”期間，先進大容量儲能技術(shù)以示范應(yīng)用為主，并由示范應(yīng)用開始向商業(yè)化邁進，探索建立成熟商業(yè)模式。應(yīng)用重點領(lǐng)域依次為分布式發(fā)電及微網(wǎng)、調(diào)頻輔助服務(wù)、新能源并網(wǎng)，應(yīng)用場景主要集中在配網(wǎng)和電源側(cè)。預(yù)計2020年我國儲能市場規(guī)模有望達到15吉瓦，其中分布式發(fā)電及微網(wǎng)、調(diào)頻輔助服務(wù)、新能源并網(wǎng)分別占50%、20%、20%。

2021～2030年：這一時期，先進大容量儲能技術(shù)在電網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域除分布式發(fā)電及微網(wǎng)、調(diào)頻輔助服務(wù)、新能源并網(wǎng)外，進一步向延緩輸配電設(shè)備投資、需求側(cè)響應(yīng)市場擴展。預(yù)計2030年我國儲能市場規(guī)模有望達到40吉瓦，其中分布式發(fā)電及微網(wǎng)、調(diào)頻輔助服務(wù)、新能源并網(wǎng)、延緩輸配電設(shè)備投資和需求側(cè)響應(yīng)市場分別占30%、20%、20%、18%和12%。

2030年之后：先進大容量儲能技術(shù)在集成功率等級、比能量和比能量成本方面有望取得質(zhì)的突破，一批新型先進大容量儲能技術(shù)將會涌現(xiàn)。大容量儲能在電網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域進一步擴大，有望參與電網(wǎng)移峰填谷，對電網(wǎng)的運營管理模式產(chǎn)生根本改變。預(yù)計2050年我國儲能市場規(guī)模有望超過100吉瓦。