電力系統(tǒng)是迄今為止人類(lèi)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(fèi)瞬間同時(shí)完成的特征，決定了電網(wǎng)必須保持電力生產(chǎn)和消費(fèi)實(shí)時(shí)平衡。長(zhǎng)期以來(lái)，電力行業(yè)始終對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)存在剛性期盼。人類(lèi)一直在探索通過(guò)儲(chǔ)能技術(shù)使電力發(fā)、輸、配、用實(shí)時(shí)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?jī)?chǔ)能技術(shù)已經(jīng)起步

在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間，儲(chǔ)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(lái)，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(dòng)性電源接入電網(wǎng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，以及分布式電源在配網(wǎng)應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，儲(chǔ)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(lái)看，出現(xiàn)了適用于電網(wǎng)的集成功率達(dá)到兆瓦級(jí)的電池儲(chǔ)能技術(shù);從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用已從電網(wǎng)擴(kuò)大到發(fā)電側(cè)和用戶(hù)側(cè)，從移峰填谷、調(diào)頻輔助服務(wù)擴(kuò)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(jìn)大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)，目前沒(méi)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(duì)象)。考慮未來(lái)高比例新能源電力系統(tǒng)發(fā)展的需要，針對(duì)儲(chǔ)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(jí)、技術(shù)進(jìn)步潛力、能量轉(zhuǎn)化效率、功率/能量成本等四個(gè)維度考量。目前壓縮空氣儲(chǔ)能、鉛蓄電池、鋰離子電池、液流電池、飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容、超導(dǎo)儲(chǔ)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(guò)60%，具備兆瓦級(jí)應(yīng)用條件，可作為先進(jìn)大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)的代表。

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

2016年，在國(guó)際儲(chǔ)能應(yīng)用市場(chǎng)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(guó)儲(chǔ)能應(yīng)用市場(chǎng)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(guó)儲(chǔ)能應(yīng)用市場(chǎng)份額的九成。

儲(chǔ)能在三領(lǐng)域應(yīng)用價(jià)值評(píng)估

(一)電網(wǎng)側(cè)

移峰填谷：儲(chǔ)能系統(tǒng)可在用電低谷時(shí)作為負(fù)荷存儲(chǔ)電能，在用電高峰時(shí)作為電源釋放電能，減小負(fù)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(duì)儲(chǔ)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(chǔ)能技術(shù)尚不具備移峰填谷的能力。

調(diào)頻輔助服務(wù)：儲(chǔ)能系統(tǒng)具有秒級(jí)乃至毫秒級(jí)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(shì)。特別對(duì)于未來(lái)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(dòng)慣量減 小，造成系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)，儲(chǔ)能在電網(wǎng)調(diào)頻領(lǐng)域或?qū)⒕哂胁豢商娲膬r(jià)值。在高比例新能源電力系統(tǒng)，儲(chǔ)能的調(diào)頻價(jià)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(guó)網(wǎng)能源研究院初步研究表明，當(dāng)系統(tǒng)中風(fēng)電等波動(dòng)性電源接入比例超過(guò)30%，儲(chǔ)能的調(diào)頻價(jià)值才能體現(xiàn)。典型系統(tǒng)測(cè)算結(jié)果表明，需要配置儲(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)具備有功功率的雙向調(diào)節(jié)和無(wú)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(diǎn)電壓升高和設(shè)備過(guò)載問(wèn)題。當(dāng)電壓越限或者電流過(guò)載時(shí)，通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)存儲(chǔ)部分分布式光伏電量，尤其是出力高峰時(shí)刻電量，可以降低配電網(wǎng)反向潮流對(duì)電網(wǎng)電壓升高的負(fù)面影響，以及電流過(guò)載的風(fēng)險(xiǎn)，從而降低高峰出力帶來(lái)的電網(wǎng)改造需求和限電量。同時(shí)，在大部分情況下有利于配電網(wǎng)網(wǎng)損的減少。儲(chǔ)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(cè)算結(jié)果表明，通過(guò)優(yōu)化配置儲(chǔ)能容量，可減少電網(wǎng)改造成本和限電損失20%。