国内外兆瓦级储能调频应用现状分析与启示.pdf

国内外兆瓦级储能调频应用现状分析与启示

在大规模间歇性新能源并网引发的区域频率稳定性控制问题的背景

下，储能技术以其灵敏精准的出力特性逐步在电力系统调频领域实现规模

化应用。根据美国能源局全球储能项目数据库到2016年10月31日的

数据，除抽水蓄能外全球有近20个国家在建或投运了共164项兆瓦级

储能调频应用项目，涉及发电端、输配环节和需求侧。

1、国内外兆瓦级储能调频示范工程基本概况

兆瓦级调频储能分为物理储能、电化学储能、电磁储能、氢储能和相

变储能。物理储能包括飞轮储能、压缩空气储能、液态空气储能、重力储

能。兆瓦级储能调频工程中，物理储能项目数少、单项容量大，电化学

储能项目数逾百、单项容量小，氢储能、相变储能的调频规模应用则显稀

少。此外，项目数最多的电化学储能中锂离子电池占据全部电化学储能调

频项目73%，物理储能装机容量接近全部兆瓦级调频储能容量50%，以飞

轮储能、压缩空气储能项目数居多。

兆瓦级储能调频项目数及容量在世界各地区分布情况为，美国兆瓦级

储能调频项目数和装机容量均以显著优势领跑，意大利、德国、英国近几

年有较快发展趋势，韩国和日本相关项目于2015、2016年受到重视，中

国则每年以平稳速度推进示范应用。

2、国内外兆瓦级储能调频示范工程应用概况

将全部储能划分为物理储能、锂系电池储能、非锂系电池储能、超级

电容器、相变储能和氢储能。

1)锂系电池为兆瓦级储能调频应用主流类型，三个时期分别占据

全部项目数59%，77%，52%，其中钛酸锂、磷酸铁锂电池在2014年之前

占据锂离子电池调频项目半壁，随后三元材料锂电池兴起。

磷酸铁锂电池技术成熟，但批次稳定性及低温性能缺陷使得电池组较

单体循环寿命有所折扣。钛酸锂电池具有高倍率特性，前景较广。三元锂

离子电池可根据需求调制正极材料，一致性好且循环寿命不逊于锂离子电

池，在调频领域兴起。

2)非锂系电池的钠硫、铅酸电池在该类调频用储能中具有前期优

势，2014年之后二者新投项目比重开始减少;同时铅炭电池、钠-氯化

镍电池储能涉入调频，未来投运项目比重分别占据6%和3%;近年液流电

池比重则有所上升，未来投运项目占6%。

钠硫电池倍率特性差，运行时需高温溶解钠硫，安全隐患堪忧，投

运放缓。液流电池虽然成本高昂且自放电率较高，但上万次循环寿命仍吸

引项目投运。铅炭电池属电容型改性铅酸电池，即在铅酸电池负极引入高

电容活性炭材料，改善循环寿命和功率密度。

3)储能技术类型呈多元趋势。未来重力储能、氢储能等新兴储能

技术将在调频服务领域崭露头角。飞轮储能充放电次数几乎不受限，现有

兆瓦级调频项目少归因于高昂成本。压缩空气储能单位造价与抽水蓄能相

近，非补燃型压缩空气储能则可实现零碳充放。

综上所述，具备关键性能优势的锂离子电池未来一段时间仍将是调频

用储能首选。此外，随着改性电池如铅炭电池及新型储能的关键材料研发

和批量生产，其成本降低，商业化调频应用也将逐步扩大。

3、国内外兆瓦级储能调频项目与调频市场研究分析

1)储能于未来电网调频技术的补充与支撑意义促使全球各国相继扩

大项目投入和容量建设。不同类型储能的技术特性与经济性不一，而调频

储能选型需要平衡具体服务技术需求与投资主体经济制约，因此服务商对

调频用储能呈多元选择，但以成熟度高的锂离子电池为主流技术。

2)兆瓦级储能调频运行模式的开展受各国能源结构转型战略与政策

环境引导。发电侧储能联合火电调频适用于激励和强制型制度，不受初

期储能服务计量办法空白的影响。需求侧分布式储能集成调频需实时监测

数据及协调管理的集控中心承转支撑，涉及自消纳/外响应合理分配与用

户信息安全，配套建设和调控监管难度稍大。

3)储能调频商业化受市场开放程度、补贴与激励及计量定价方式

等影响。电储能跟踪精准快速而容量有限，尤其对于独立储能运营商，仅

靠服务容量或电量价格补偿力度较小且难以反映实际调节贡献，服务计量

方法也需对应不同电源的调节质量与经济特性增强适用性。

4、启示

市场参与者：储能运营商需综合考虑应用场景的频率调节需求及

投资回报年限预期选择储能类型，在计量与获益方式暂未明确的市场环境

下可先考虑储能火电联合调频运行模式，