推动新型储能技术多元化发展:建立新型储能电价机制和市场机制
发布日期：2023-12-25 浏览次数：2683
新型储能是支撑“双碳”目标实现和新型电力系统建设的关键技术，规模化储能应用将成为新型电力系统的重要标志。不同储能技术路线各有优劣。
新型储能按照技术类别可以分为机械储能、电化学储能、电磁储能、热储能和氢储能。其中，机械储能主要包括压缩空气储能、飞轮储能、二氧化碳储能、重力储能等；电化学储能主要包括锂离子电池、钠离子电池、铅蓄电池、液流电池等；电磁储能主要包括超导储能、超级电容器等；热储能主要包括显热储能、潜热储能及热化学储能。
机械储能具有类比于常规火电机组的主动支撑能力，且能够满足长时储能需求。尤其是机械储能中的压缩空气储能技术逐渐成熟，将成为未来极具发展潜力的新型储能。常规基于天然盐穴的压缩空气储能受盐穴资源限制，建设局限性较大；基于人工硐室压缩空气储能利用基岩造穴，理论上全国均可选址，布局较为灵活，未来发展前景广阔。
电化学储能充放时间可以控制在毫秒级，对受端电网频率的支撑能力较高，且布局灵活，能量密度整体较高。目前最常应用的锂离子电池储能适用于4小时以内的短时间尺度储能场景，但因其存在燃爆风险，安全性仍需进一步提升。同时，锂离子电池储能受碳酸锂等主要上游原材料价格制约，未来大规模发展存在不确定性。钠离子电池、液流电池等新型的电化学储能技术能够实现电池的本质安全，且具备一定长时储能能力，但也存在运行问题，钠离子电池在高温运行下存在腐蚀问题和安全隐患，液流电池充放电效率偏低，关键设备仍需进一步突破，但从中远期来看，应用前景广阔。
电磁储能具有较高的技术安全性和布局灵活性，效率较高且使用寿命长。但此类储能技术仅适用于超短时间尺度储能应用场景，能量密度低、成本高，同时无法对系统提供主动支撑，总体来看电力系统对其需求较小。
热储能具有容量大、寿命长、安全性好、布局相对灵活等优点，但现阶段转化损耗大、效率较低。热储能可以作为能量转化过程中的一个环节，如光热发电、清洁电能供热等，在支撑未来多能源品种转换应用、提升综合能源系统利用效率方面发展前景广阔。
氢储能能量密度较高且外部环境依赖性小，储能过程无污染，同时适用于极短或极长时间供电，是极具潜力的新型大规模储能技术。氢储能缺点在于涉及电制氢、氢储运和氢发电等环节，全过程转换效率低，并且氢属于易燃易爆品，存在一定安全隐患。但目前来看，氢储能是解决未来系统跨月跨季平衡调节问题的主要举措，亟需大力推进。
总体来看，各类储能技术的储能时长、能量密度等特性不尽相同，存在各自匹配的应用场景，不存在“包打天下”的储能技术。因此，应积极推动新型储能技术多元化发展，根据新型电力系统不同建设阶段的系统需求，重点发展推广不同的储能技术路线。
各类新型储能技术应用前景研判
基于新型电力系统近期（2030年）、远期（2060年）对储能技术的需求差异，研判新型储能各类技术应用前景。
近期，对新型储能技术的要求聚焦于技术安全性、布局灵活性、稳定支撑性方面，结合各类储能技术的性能指标和发展成熟度，应着力发展高安全性电化学储能技术及高灵活性压缩空气储能技术。要提升锂电池安全性、降低锂电池成本，发展钠离子电池、液流电池等电化学储能技术，同时推进基于人工硐室等压缩空气储能技术，实现日以内时间尺度的电力系统调峰和能量调度，满足大规模新能源调节、存储、消纳需求。
远期，需重点推动压缩空气储能、热储能、氢储能、重力储能等长时储能技术发展。同时，为全面支撑碳中和目标的如期实现、维护新型电力系统的长期安全灵活稳定运行，新型储能技术要继续朝着高支撑能力、高能量密度、环保安全、灵活布局的方向发展，应持续革新改进储能本体材料，实现各类储能技术的大容量、长寿命、跨季节突破与规模化发展，持续推进长时、短时多元化新型储能技术的有机结合和优化运行，充分发挥各类新型储能技术的优势，实现跨季节、大范围的可再生能源存储与调节。
更好发展新型储能技术的建议
一是结合系统需求统筹推进多元化储能技术创新发展。以新型电力系统建设需要为导向，推动新型储能技术创新。综合考虑技术成熟度、安全性、技术经济性等因素，在发展电化学储能的同时，需统筹开展压缩空气储能、钠离子电池、液流电池、热储能、氢储能等多元化新型储能技术路线示范，加快关键储能技术研发，开展重大工程示范，进一步带动产业化发展，实现各类新型储能共同发展、优势互补、协调运行，满足不同应用场景下、不同发展阶段的电力系统实际需求。
二是提前开展长时新型储能关键技术攻关布局。未来电力系统的调节需求将由日内调节转变为跨日、跨周乃至跨月等长时间尺度调节，亟需提前开展以氢储能为代表的长时储能技术研究。大力推动可再生能源制取绿氢，重点研发质子交换膜和高温固体氧化物电解制氢等关键技术，开展氢储运/加注关键技术、燃料电池设备及系统集成关键技术研发和推广应用，实现氢能制备利用关键技术完全国产化，研发纯氢气燃气发电机组。
三是积极建立多元灵活的新型储能电价机制和市场机制。为更好地推进各类储能技术发展，需结合其所发挥的功能建立针对性的配套价格机制。比如对于以支撑电力系统调节为主要功能的新型储能，可考虑参照抽水蓄能电价机制，建立电量电价与容量电价相结合的两部制电价机制。用于替代电网输变电设备投资的新型储能，需确保其相较于其他输变电设备有更好的经济性，经评估认证后可纳入输配电价回收。同时，还需加快推动新型储能参与电力现货市场，发挥移峰填谷和顶峰供电作用，充分发挥价格信号引导作用，适当增加现货市场价差，扩大储能盈利空间。适时建立容量市场，体现储能对系统容量支撑方面的价值，推动储能在市场中获得合理收益。 （作者：电力规划设计总院王雅婷 王一珺 蔡琛）
新型储能按照技术类别可以分为机械储能、电化学储能、电磁储能、热储能和氢储能。其中，机械储能主要包括压缩空气储能、飞轮储能、二氧化碳储能、重力储能等；电化学储能主要包括锂离子电池、钠离子电池、铅蓄电池、液流电池等；电磁储能主要包括超导储能、超级电容器等；热储能主要包括显热储能、潜热储能及热化学储能。
机械储能具有类比于常规火电机组的主动支撑能力，且能够满足长时储能需求。尤其是机械储能中的压缩空气储能技术逐渐成熟，将成为未来极具发展潜力的新型储能。常规基于天然盐穴的压缩空气储能受盐穴资源限制，建设局限性较大；基于人工硐室压缩空气储能利用基岩造穴，理论上全国均可选址，布局较为灵活，未来发展前景广阔。
电化学储能充放时间可以控制在毫秒级，对受端电网频率的支撑能力较高，且布局灵活，能量密度整体较高。目前最常应用的锂离子电池储能适用于4小时以内的短时间尺度储能场景，但因其存在燃爆风险，安全性仍需进一步提升。同时，锂离子电池储能受碳酸锂等主要上游原材料价格制约，未来大规模发展存在不确定性。钠离子电池、液流电池等新型的电化学储能技术能够实现电池的本质安全，且具备一定长时储能能力，但也存在运行问题，钠离子电池在高温运行下存在腐蚀问题和安全隐患，液流电池充放电效率偏低，关键设备仍需进一步突破，但从中远期来看，应用前景广阔。
电磁储能具有较高的技术安全性和布局灵活性，效率较高且使用寿命长。但此类储能技术仅适用于超短时间尺度储能应用场景，能量密度低、成本高，同时无法对系统提供主动支撑，总体来看电力系统对其需求较小。
热储能具有容量大、寿命长、安全性好、布局相对灵活等优点，但现阶段转化损耗大、效率较低。热储能可以作为能量转化过程中的一个环节，如光热发电、清洁电能供热等，在支撑未来多能源品种转换应用、提升综合能源系统利用效率方面发展前景广阔。
氢储能能量密度较高且外部环境依赖性小，储能过程无污染，同时适用于极短或极长时间供电，是极具潜力的新型大规模储能技术。氢储能缺点在于涉及电制氢、氢储运和氢发电等环节，全过程转换效率低，并且氢属于易燃易爆品，存在一定安全隐患。但目前来看，氢储能是解决未来系统跨月跨季平衡调节问题的主要举措，亟需大力推进。
总体来看，各类储能技术的储能时长、能量密度等特性不尽相同，存在各自匹配的应用场景，不存在“包打天下”的储能技术。因此，应积极推动新型储能技术多元化发展，根据新型电力系统不同建设阶段的系统需求，重点发展推广不同的储能技术路线。
各类新型储能技术应用前景研判
基于新型电力系统近期（2030年）、远期（2060年）对储能技术的需求差异，研判新型储能各类技术应用前景。
近期，对新型储能技术的要求聚焦于技术安全性、布局灵活性、稳定支撑性方面，结合各类储能技术的性能指标和发展成熟度，应着力发展高安全性电化学储能技术及高灵活性压缩空气储能技术。要提升锂电池安全性、降低锂电池成本，发展钠离子电池、液流电池等电化学储能技术，同时推进基于人工硐室等压缩空气储能技术，实现日以内时间尺度的电力系统调峰和能量调度，满足大规模新能源调节、存储、消纳需求。
远期，需重点推动压缩空气储能、热储能、氢储能、重力储能等长时储能技术发展。同时，为全面支撑碳中和目标的如期实现、维护新型电力系统的长期安全灵活稳定运行，新型储能技术要继续朝着高支撑能力、高能量密度、环保安全、灵活布局的方向发展，应持续革新改进储能本体材料，实现各类储能技术的大容量、长寿命、跨季节突破与规模化发展，持续推进长时、短时多元化新型储能技术的有机结合和优化运行，充分发挥各类新型储能技术的优势，实现跨季节、大范围的可再生能源存储与调节。
更好发展新型储能技术的建议
一是结合系统需求统筹推进多元化储能技术创新发展。以新型电力系统建设需要为导向，推动新型储能技术创新。综合考虑技术成熟度、安全性、技术经济性等因素，在发展电化学储能的同时，需统筹开展压缩空气储能、钠离子电池、液流电池、热储能、氢储能等多元化新型储能技术路线示范，加快关键储能技术研发，开展重大工程示范，进一步带动产业化发展，实现各类新型储能共同发展、优势互补、协调运行，满足不同应用场景下、不同发展阶段的电力系统实际需求。
二是提前开展长时新型储能关键技术攻关布局。未来电力系统的调节需求将由日内调节转变为跨日、跨周乃至跨月等长时间尺度调节，亟需提前开展以氢储能为代表的长时储能技术研究。大力推动可再生能源制取绿氢，重点研发质子交换膜和高温固体氧化物电解制氢等关键技术，开展氢储运/加注关键技术、燃料电池设备及系统集成关键技术研发和推广应用，实现氢能制备利用关键技术完全国产化，研发纯氢气燃气发电机组。
三是积极建立多元灵活的新型储能电价机制和市场机制。为更好地推进各类储能技术发展，需结合其所发挥的功能建立针对性的配套价格机制。比如对于以支撑电力系统调节为主要功能的新型储能，可考虑参照抽水蓄能电价机制，建立电量电价与容量电价相结合的两部制电价机制。用于替代电网输变电设备投资的新型储能，需确保其相较于其他输变电设备有更好的经济性，经评估认证后可纳入输配电价回收。同时，还需加快推动新型储能参与电力现货市场，发挥移峰填谷和顶峰供电作用，充分发挥价格信号引导作用，适当增加现货市场价差，扩大储能盈利空间。适时建立容量市场，体现储能对系统容量支撑方面的价值，推动储能在市场中获得合理收益。 （作者：电力规划设计总院王雅婷 王一珺 蔡琛）