该《蓝皮书》由国家能源局统筹组织11家研究机构共同编制而成,制定了未来近40年的新型电力系统“三步走”发展路径,其中储能是一个重要板块,因此为储能描绘了较为细致的发展蓝图。
同时指出,在成为绿电供应主力军之前,新能源仍面临着不小的挑战,包括:电力支撑能力与常规电源相比存在较大差距,未能形成可靠替代能力;消纳形势依然严峻;安全稳定运行面临较大风险挑战;电力关键核心技术装备尚存短板;电力市场不协调不平衡问题较为突出等。
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《蓝皮书》披露数据显示,我国电力绿色低碳转型不断加速。截至2022年底,非化石能源装机规模占总装机的49%,超过煤电装机规模,但其发电量仅占总发电量的36%。其中,风电、光伏发电装机规模、发电量分别占比30%、14%。
截至2022年底,我国煤电灵活性改造规模累计约2.57亿千瓦,抽水蓄能装机规模达到45.7GW,新型储能累计装机规模达到8.7GW。
2022年,全社会用电量达到8.6万亿千瓦时,总发电量8.7万亿千瓦时。
目前我国电力系统发电装机总容量、非化石能源发电装机容量、远距离输电能力、电网规模等指标均稳居世界第一。
清洁低碳是构建新型电力系统的核心目标。新型电力系统中,非化石能源发电将逐步转变为装机主体和电量主体,核、水、风、光、储等多种清洁能源协同互补发展,化石能源发电装机及发电量占比下降的同时,在新型低碳零碳负碳技术的引领下,电力系统碳排放总量逐步达到“双碳”目标要求。
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《蓝皮书》同时强调,构建新型电力系统是一项复杂而艰巨的系统工程,不同发展阶段特征差异明显,需统筹谋划路径布局,科学部署、有序推进。
为实现“双碳”目标,在水电等传统非化石能源受站址资源约束增速放缓、核电建设逐步向新一代先进核电技术过渡的情况下,新能源应当逐步成为绿色电力供应的主力军。但新能源发展仍然面临着六大掣肘:
一是多重因素叠加,部分地区电力供应紧张,保障电力供应安全面临突出挑战。新能源装机比重持续增加,但电力支撑能力与常规电源相比存在较大差距,未能形成可靠替代能力。近年来极端天气突发频发造成电力负荷大幅攀升,也影响了可再生能源出力,增加了电力安全供应压力。长期来看,我国电力需求仍维持稳步增长趋势,尖峰负荷特征日益凸显,规模持续增加,但累计时间短,出现频次低,所占电量小,增加了投资成本与保供难度。
二是新能源快速发展,系统调节能力和支撑能力提升面临诸多掣肘,新能源消纳形势依然严峻。新能源占比不断提高,快速消耗电力系统灵活调节资源,其间歇性、随机性、波动性特点使得系统调节更加困难,系统平衡和安全问题更加突出。
三是高比例可再生能源和高比例电力电子设备的“双高”特性日益凸显,安全稳定运行面临较大风险挑战。
四是电力系统可控对象从以源为主扩展到源网荷储各环节,控制规模呈指数级增长,调控技术手段和网络安全防护亟待升级。
五是电力关键核心技术装备尚存短板,电力系统科技创新驱动效能还需持续提升。
六是电力系统转型过程中面临诸多改革任务,适应新型电力系统的体制机制亟待完善。随着电力系统的转型发展,电力体制改革进入“深水区”,深层次矛盾不断凸显。电力市场不协调不平衡问题较为突出,满足新型电力系统灵活、高效、便捷互动的市场机制和价格体系亟需完善,适应新能源低边际成本、高系统成本、大规模高比例发展的市场设计亟待创新,各类调节性、支撑性资源的成本疏导机制尚需健全,输配电价、上网电价、销售电价改革有待进一步深化。
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《蓝皮书》还对未来的能源格局制定了清晰的路线图:
2030年之前(加速转型期),碳达峰战略目标推动非化石能源发电快速发展,新能源逐步成为发电量增量主体。在坚持生态优先、确保安全的前提下,结合资源潜力持续积极建设陆上和海上风电、光伏发电、重点流域水电、沿海核电等非化石能源。新能源坚持集中式开发与分布式开发并举,通过提升功率预测水平、配置调节性电源、储能等手段提升新能源可调可控能力,进一步通过智慧化调度有效提升可靠替代能力,推动新能源成为发电量增量主体,装机占比超过40%,发电量占比超过20%。
2030年抽水蓄能装机规模达到1.2亿千瓦以上。以压缩空气储能、电化学储能、热(冷)储能、火电机组抽汽蓄能等日内调节为主的多种新型储能技术路线并存,重点依托系统友好型“新能源+储能”电站、基地化新能源配建储能、电网侧独立储能、用户侧储能削峰填谷、共享储能等模式,在源、网、荷各侧开展布局应用,满足系统日内调节需求。
2030-2045年(总体形成期),电网稳步向柔性化、智能化、数字化方向转型,大电网、分布式智能电网等多种新型电网技术形态融合发展。规模化长时储能技术取得重大突破,满足日以上平衡调节需求。
新型储能技术路线多元化发展,满足系统电力供应保障和大规模新能源消纳需求,提高安全稳定运行水平。
以机械储能、热储能、氢能等为代表的10小时以上长时储能技术攻关取得突破,实现日以上时间尺度的平衡调节,推动局部系统平衡模式向动态平衡过渡。
2045年至2060年(巩固完善期),新能源逐步成为发电量结构主体电源,电能与氢能等二次能源深度融合利用。依托储能、构网控制、虚拟同步机、长时间尺度新能源资源评估和功率预测、智慧集控等技术的创新突破,新能源普遍具备可靠电力支撑、系统调节等重要功能,逐渐成为发电量结构主体电源和基础保障性电源。
储电、储热、储气、储氢等覆盖全周期的多类型储能协同运行,能源系统运行灵活性大幅提升。储电、储热、储气和储氢等多种类储能设施有机结合,基于液氢和液氨的化学储能、压缩空气储能等长时储能技术在容量、成本、效率等多方面取得重大突破,从不同时间和空间尺度上满足大规模可再生能源调节和存储需求。
多种类储能在电力系统中有机结合、协同运行,共同解决新能源季节出力不均衡情况下系统长时间尺度平衡调节问题,支撑电力系统实现跨季节的动态平衡,能源系统运行的灵活性和效率大幅提升。
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在加强储能规模化布局应用体系建设,《蓝皮书》提出了三大指导方向:
一是统筹系统需求与资源条件,推动抽水蓄能多元化发展和应用。
二是结合电力系统实际需求,统筹推进源网荷各侧新型储能多应用场景快速发展。
三是推动新型储能与电力系统协同运行,全面提升电力系统平衡调节能力。
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面对能源电力转型,技术创新将是破题的关键。《蓝皮书》为此也指明了破局的主流技术路径:
《蓝皮书》强调,在规模化、高安全性储能技术装备领域方面,以提升新型电力系统安全稳定运行水平、供电保障能力及灵活调节能力为核心,推动安全、灵活、经济的储能技术广泛应用。
研究大型可变速抽水蓄能机组关键技术,统筹规划抽水蓄能重大装备产业布局和技术发展路线,提高抽水蓄能机组等设备效能、产能。
重点开展长寿命、低成本及高安全的电化学储能关键核心技术、装备集成优化研究,开发新型储能材料,提升锂电池安全性、降低成本,发展钠离子电池、液流电池等多元化技术路线。
研发适应新型电力系统需求的车载动力电池,构建电动汽车负荷聚集系统。
大力推动压缩空气储能、飞轮储能、重力储能、超级电容器、热(冷)储能等技术向大规模、高效率、灵活运行方向发展,开展关键技术研究及示范。
突破适用于可再生能源电解水制氢的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,研发纯氢气燃气发电机组。
而世界主要发达经济体能源电力转型的经验,也为中国提供了镜鉴:推进多时间尺度储能规模化发展。
在碳中和背景下,各国大力发展以电池储能、压缩空气储能等为代表的长时间储能技术,以提高电力系统调节能力和对新能源的消纳能力。
美国国家可再生能源实验室(NREL)预计,2050年储能功率和储能容量将分别达到2亿千瓦和12亿千瓦时以上,储能规模相较目前将增长约10倍。美国能源部已投入大量资金用于支持全钒液流电池、压缩空气储能等技术研发。2050年,电网储能时长将以4小时、6小时、8小时为主,三类储能分别约占储能配置总量的34%、25%和19%。
日本积极推动储能规模化发展,预计到2030年储能规模将比2019年增加10倍,商用和家用蓄电池市场规模将达到2400万千瓦时,车载蓄电池市场规模也将扩大到1亿千瓦时。