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儲能能夠解決棄風棄光問題嗎?

2020-04-14 13:00:34   原文來源:中國財經觀察報

這個題目其實開得有點不嚴謹,按照常規專業習慣,應該是先討論清楚棄風棄光問題是什么因素導致的,再來討論某種手段是不是能夠有助于克服這些因素解決問題。

但是最近業內關于儲能發展應用的討論越來越熱烈,好多小伙伴們都把儲能當做解決棄風棄光問題的靈丹妙藥了。甚至部分腦子一熱,或者服務(某些)企業過于積極的地方政府開始以此為由,出臺連千瓦和千瓦時都說不清楚的政策文件時,筆者認為行業應該好好理一理思路了。

“棄風棄光是什么導致的?”

這是一個頗有爭議的問題,而且不是三兩句話能夠理清楚的復雜課題。好在已經有很多業內專家和大咖從各個方面進行過分析。暫列幾篇,不展開討論:

電規總院徐曉東陳錚等,《能源規劃權威解讀》

龍源電力黃群《十三五風電該如何創新發展》

國家電網舒印彪等《新能源消納關鍵因素分析及解決措施研究》

文章中的結論,對棄風棄光問題的主要原因幾乎都集中于當前電力市場體制機制沒有理順,沒有按照效率原則來分配電力生產和消費權。即使是主要討論具體技術問題的學術論文,如上述第三篇,也在結論中用了幾乎一半篇幅討論市場機制改進問題。

專家和業界大咖們的結論從其他國家的現實中也可以得到印證。歐洲、北美和中國的電力系統從規模上、技術能力上均在一個量級上,然而歐洲和北美電網內非水可再生能源占全部電力消費的比例均數倍于我國,我國至今比例最高的內蒙古電網也僅僅相當于美國全國平均水平,與歐洲平均水平尚有距離。然而他們卻早已解決了棄風棄光問題,其完善的市場機制是他們和我國最主要的差異。

結論很明顯,儲能解決不了市場機制問題。儲能的商業應用反而依賴市場機制問題的解決。

將我國當前棄風棄光問題的解決寄希望于儲能的廣泛應用,顯然是緣木求魚的想法。那么問題來了,退一步考慮,如果不考慮市場機制這樣一個最主要的障礙,儲能是否是一個用得上的技術手段呢?答案當然是肯定的,但是(敲黑板)沒有一種技術手段是普遍適用的,首先技術手段本身是有性能價格比的,其次技術手段的不當使用也會事倍功半甚至適得其反。極端一點的例子,如核工業技術既可以造福人類,也可以瞬間毀滅人類文明。

我們有必要分析以下問題,找到儲能的合適市場切入點。

“我們需要什么樣的技術手段?”

國家電網董事長舒印彪先生領銜的學術論文對這一問題做了非常全面深入的分析,可能過于專業了。筆者斗膽簡化總結一下,疏漏在所難免:

- 電力是生產與消費實時平衡的特殊商品,風、光能源的波動性和隨機性分別給傳統電力系統的電力平衡安排帶來了相當的困難;

- 因此我們需要調節手段更多、更靈活,調節范圍更寬廣的電力系統;

- 我們需要挖掘各種調節手段,如火電調峰、燃氣機組、需求側(負荷側)管理與控制、抽水蓄能電站、更多形式的電能替代應用等等;

- 我國風光資源分布不平均(其實別國多數也是如此),因此需要跨區線路讓全國各地能分攤這種調節需求;

- 我們缺乏科學高效應用這些手段的市場機制(畢竟不能都讓納稅人掏錢)。

當然,這是論文所認為的“關鍵問題”和解決手段,還有其他次要因素并未涉及。儲能大約可以歸類于“挖掘調節手段”這一個大項下吧。顯然這個大項下面,還有很多其他手段。

“那么, 儲能是解決棄風棄光的最優技術手段嗎?”

首先得有個明確的定義,什么叫“最優”?顯然無論對于全社會的生產者還是消費者來說,以最小的經濟代價解決問題的手段,就是“最優”的。

這一點上,專用的儲能技術和裝備至少現階段不但不是“最優”,也許還是“最劣”之列了。無論是化學儲能的各種電池形式,還是壓縮空氣儲能,成本至今居高不下,最樂觀的估計,存取一度電的過程,其成本不小于0.6元。能夠承受這樣一個成本的需求,現今市場機制條件下,即使不是沒有,也是極少量的。

請各位讀者注意(再次敲黑板),電力系統需要的不是完整的“充放”能力,系統需要的是調節能力,也就是把負荷適時變大變小的能力和把發電適時變大變小的能力。這個能力是不是同一個設備提供的,其實完全不重要!

舉個例子,火電本身就是大范圍可調的。我國現有火電裝備由于后發優勢,技術水平是全世界最先進的,其可調范圍事實上至今都能夠滿足我國那有限的風電和光伏的需求。至于為什么調不了,以各種“技術理由”不愿意調,那自然要去問市場了?;痣娖髽I發一度電的邊際收益其實很低,多數情況下不過幾分錢到1毛錢,也就是說,如果讓他在某個時間段不要發電,對他造成的損失也就是這個量級。從社會效益出發,讓他們調節比讓儲能去調節代價要小得多。當然了,代價再小也要解決誰付出代價的問題。

用戶負荷也一樣?,F今經營慘淡的有色金屬產業是用電大戶,以電解鋁為例,消耗14000度電可得一噸鋁,毛利約1000-2000元,平均耗一度電獲毛利約7分至15分。讓他們某個時段少用點電,少生產點產品,只要補償超過這個毛利,恐怕就會有愿意參與調節的廠家。技術上實時調節產能也能做到,雖然可調范圍不大,但他們是超級大用戶,一點貢獻就很可觀了。

這樣的調節手段不勝枚舉,最極端的,就拿儲能設想中的“幫扶對象”——風力發電企業來說吧,現今風電企業每發一度電的邊際收益大約是0.15~0.55元,如果真能拿到比這個還高的補償,那么這度電不發也可以啊。風電場不但可以參與調節,而且某些調節性能還很優異。

那么為什么風電企業非要花0.6元甚至更高的成本來發出這一度電呢?這究竟對誰有好處呢?

其實問題很清楚了,儲能設備,至少是現階段技術條件下的儲能設備,并非我們解決“調節問題”的合適手段。有大量社會成本低得多的手段等著我們去應用。

我們只是缺乏市場機制來用它們而已!這個靠儲能解決不了。

那么再退一步,假設我們沒有其他手段了,只有儲能手段可用了。

“那么, 給風電和光伏電站加裝儲能是正確的打開方式嗎?”

眾所周知,風和光是一個既有波動性又有隨機性的東西,波動性是說他一天之內會有較大的變化幅度,隨機性是說對明天波動過程的預測不是那么準確,有一定誤差(電力的生產安排以日前安排最為重要,因此只討論一天的情況)。對于電網來說,隨機性遠遠比波動性更加難以應付,因此自然值得付出更大的代價去應對。

假設這個代價高到足以讓我們去應用儲能。

可是風電場,光伏電站都分布于廣泛的地域內,對于一張需要實時平衡發電和負荷的電網來說,只有區域內所有電站隨機變化之和,才是需要應付的關鍵問題。其他的諸如輸電線容量臨時不夠了之類的問題,比起這個來都是小問題,手段多多。

大學課程“概率與統計”還沒有全都還給老師的同學恐怕已經意識到了,多個風/光電源的隨機變化是會互相抵消的,“中心極限定理”的威力是強大的。區域內電站隨機變化之和的隨機性是遠小于單個電源的。這一原理其實在電力系統早有應用,每家每戶的用電幾乎完全不可預測,但是千家萬戶負荷的集合,其預測可以做到極小的誤差。

圖表1 德國2012年全國風電出力預測誤差統計

事實數據自然不會違背經典的數學定理。上圖的德國全國風電出力誤差統計,比單個風場平均約20%的誤差要小太多了。

大范圍多個光伏電站的可預測性相比于單一光伏電站的優勢,又要遠遠高于風電。一片云就可以瞬間將單個光伏電站的出力降低大半,可是西北地區的光伏電站總和出力預測誤差在絕大部分時間里幾乎可以忽略不計。

為什么我們要花巨大的代價,去平抑那些本來就要互相抵消的隨機性呢?

因此,“給每個風電和光伏電站加裝儲能來調節其自身的波動性和隨機性”這樣的解決手段,不由得讓筆者想起了一個著名的梗:兩位神經極為堅強的人通過付錢讓對方吃下又吐出某種完全不應該吃的東西,從而創造了上億GDP的故事。

還有比這更加愚蠢的用法嗎?如果還要用政府財政來激勵這樣的用法呢?

正確的使用方式,應當是在某些合適的電網節點集中配置,在應對全網內風光隨機性的同時,優化潮流的分布。當然,如前所述,這么做的前提是如果沒有其他更加便宜高效的辦法的話。

“那么,儲能真的沒有什么用了嗎?”

很顯然這不是事實!儲能有他合適的應用場景,并且隨著技術的進步和成本的降低,適合他的應用場景一定會越來越多。

汽車動力電池就是一個很典型的場景,本質上也算是一種儲能。被替代的燃油成本足夠高,以至于用電省下來的錢也許很快就能夠支撐電池裝備的成本。動力電池的可移動性也是這個場景下不可替代的特性。

某些峰谷電價差很大的地區,用戶側部分目錄電價價差能達到1元左右,似乎有儲能的應用空間。當然,誰也不能保證當我國電力市場改革進一步深入,電價隨行就市以后,這個價差還存在。會有很多人為了掙錢或省錢消滅掉這個價差的。

人民群眾習以為常的門前道路挖了修、修了挖,也有相當部分是我們配網容量升級所導致的。也許應用了儲能,我們沒有必要再去為了應付那只有1~2個小時的高峰時段來來回回挖電纜溝。

筆者有堅定的信心,隨著我國電力市場化改革的深入開展,真正反映電力商品屬性的價格機制的建立,各種電力系統運行所需資源的市場化定價,我們應對能源轉型所需要的各種技術手段,都能找到自己合適的市場定位和最優的應用場景,儲能技術也不例外。

歐洲國家和北美的實際發展過程,已經證實了這一點,他們境內已有的儲能裝備,絕非賠錢掙吆喝的樣子貨。

希望這一天在中國早日到來。

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