基于典型场景的新型储能适用技术及运营机制

本书面向碳达峰碳中和背景下新型储能发展和应用要求，详细介绍了面向电网典型应用场景的新型储能适用技术，以及典型应用场景新型储能优化配置模型和方法，结合部分国家新型储能发展实践，提出我国新型储能市场化运营机制。内容力求通俗易懂，兼具专业性和科普性。
本书可供从事新型储能技术、高比例新能源电力系统以及能源电力行业科研院所、政府机构相关研究人员参考，也可供高等院校相关专业广大师生学习参考。

新型储能是构建新型电力系统的重要技术和基础装备，是实现“碳达峰碳中和”目标的重要支撑，对推动能源绿色转型、应对极端事件、保障能源安全、促进能源高质量发展、支撑应对气候变化目标实现具有重要意义。当前，电力系统中新型储能已初具规模，应用领域不断拓展，新型储能已成为新型电力系统不可或缺的重要组成部分，开展基于典型应用场景的新型储能适用技术、优化配置及运营机制研究，对于推动我国新型储能的发展及应用意义重大。
国网能源研究院有限公司是从事软科学研究及重大决策咨询服务的综合性能源研究机构，长期从事能源电力发展战略规划和政策研究。2009年以来，国网能源研究院有限公司参与了国家发展与改革委员会、国家能源局组织的新型储能应用关键技术及相关政策研究，受政府部门和企业委托进行了大量相关课题研究，积累了丰富的经验，形成了一系列成果，如参与了国家五部委印发的《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》的编制，作为专家单位参与国家发展改革委、国家能源局《能源技术革命创新行动计划（2016-2030年）》的讨论，参与编制了国家电网有限公司《关于促进电化学储能健康有序发展的指导意见》等。编写本书的目的，希望与关注新型储能技术与产业发展的社会各界分享研究成果，并为相关政府部门、能源电力及相关行业从事新型储能研究及应用工作的有关人员、高等院校相关专业的师生提供参考。
本书主要内容分成六篇，包括十八个章节。第一篇为“认识篇”，阐述新型大容量储能的基本定义、发展历程和国内外发展现状，重点分析了能源转型下电力系统发展面临的形势以及新型储能在能源转型中的功能作用和基本定位，展望了新型储能未来发展前景。第二篇为“技术及应用篇”，分析了新型大容量储能的技术类型以及经济技术指标，重点是构建了基于电网典型应用场景的新型储能综合评价方法，从系统调峰、新能源并网、系统调频、电网拥塞管理和分布式发电及微网应用五个场景进行新型储能技术适用度评估。第三篇为“优化配置篇”，针对高比例新能源电力系统中储能应用需求，结合系统调频、系统调频以及电网拥塞管理三个典型应用场景，研究提出了新型储能优化配置模型，并开展实证研究。第四篇为“实践篇”，详细介绍了美国、英国、澳大利亚三国新型储能激励政策、市场机制和发展实践，以及中国新型储能产业政策发展历程及项目实践。第五篇为“运营篇”，在分析新型储能市场机制及价格政策、参与电力市场现状以及国内外储能电站市场化价格形成机制的基础上，提出了新型储能市场化运营模式和价格机制。第六篇为“案例篇”，收录了我国已建成和正在建设的十项典型新型储能项目。
本书得到了国家电网有限公司科技项目《适用于电网的新型大容量储能技术综合评估》（KY-SG-2016-204-JLDKY）、《适应全球能源互联网的新能源、分布式电源、储能与电网协调发展分析技术研究》、《面向电网的储能电站优化配置及控制策略研究》、《面向电网的储能应用市场机制及价值评估关键技术研究》的大力支持，在此深表谢意。在本书的编写过程中，得到了国家电网公司、中国电机工程学会、江苏省电力公司、辽宁省电力公司、河南省电力公司、青海省电力公司、甘肃省电力公司、国电南瑞、华中科技大学、中关村储能产业技术联盟等机构以及相关领导和专家的大力支持和帮助，在此一并致谢！
限于作者水平，虽然对书稿进行了反复研究推敲，但难免仍会存在疏漏与不足之处，恳请读者谅解并批评指正！

编著者
2022年3月于北京

序 言9
前 言11
第一篇 认识篇14
1储能定义及其发展历程15
1.1 储能定义及分类15
1.1.1 储能本体技术15
1.1.2 储能集成技术18
1.1.3 新型储能20
1.2 储能在电力系统中应用的历程21
1.3 储能在电力系统应用环节分类24
2国内外储能发展现状28
2.1 全球储能发展现状28
2.1.1 地域分布28
2.1.2 技术类型30
2.2 中国储能发展现状32
2.2.1 地域分布34
2.2.2 技术类型35
2.2.3 重点企业36
2.3 储能在电力系统各环节应用现状37
2.3.1 储能在电源侧应用38
2.3.2 储能在电网侧应用39
2.3.3 储能在用户侧应用40
3储能在电力系统中的功能及定位42
3.1 电力系统发展面临的新形势42
3.2 储能在电力系统中的作用45
3.2.1 储能在电源侧的作用46
3.2.2 储能在电网侧的作用47
3.2.3 储能在用户侧的作用50
3.3 储能在电力系统应用的功能定位51
第二篇 技术及应用篇56
4典型新型大容量储能技术及发展趋势57
4.1 先进压缩空气储能57
4.2 飞轮储能61
4.3 先进铅蓄电池64
4.4 锂离子电池67
4.5 液流电池70
4.6 钠硫电池73
5典型新型大容量储能技术经济特性比较76
5.1 典型新型储能的技术特性分析76
5.1.1 关键指标选取78
5.1.2 技术特性比较78
5.2 典型新型储能的经济特性分析79
5.2.1 关键指标选取80
5.2.2 经济性比较81
5.3 典型新型储能的技术经济综合比较82
5.3.1 综合性指标选取82
5.3.2 技术经济特性综合比较84
6基于应用的新型储能技术适用度评估87
6.1 典型应用场景及对储能的技术需求87
6.1.1 新型储能典型电网应用场景87
6.1.2 面向应用的储能系统性能需求90
6.2 面向应用的储能技术适用度评估方法93
6.2.1 评估指标体系构建93
6.2.2 新型储能技术电网应用适用度评估模型构建99
6.3 基于典型应用场景的新型储能技术适用度评估101
6.3.1 系统调峰101
6.3.2 新能源并网104
6.3.3 系统调频106
6.3.4 电网拥塞管理109
6.3.5 分布式发电及微电网111
7储能技术发展及应用前景115
7.1 全球储能市场发展趋势及在电力系统应用前景115
7.2 储能技术在电力系统各环节应用前景分析116
7.3 储能在电力系统应用需要关注的几个问题118
第三篇 优化配置篇121
8高比例新能源系统储能配置需求122
8.1 新能源发展趋势122
8.1.1 全球新能源的发展趋势122
8.1.2 我国新能源的发展趋势123
8.2 高比例新能源电力系统的新特征126
8.2.1 高比例新能源接入对电力系统的影响126
8.2.2 高比例新能源电力系统的典型特征130
8.3 高比例新能源系统典型应用场景对储能配置技术需求132
9基于调频场景的储能配置模型及实证研究133
9.1 高比例新能源接入的频率问题133
9.2 高比例新能源接入对频率影响机理134
9.3 基于调频场景的储能配置模型139
9.3.1 调频场景下储能优化配置模型140
9.3.2 储能优化配置模型的求解方法146
9.4 基于调频场景的储能优化配置实证分析147
9.4.1 案例系统描述147
9.4.2 储能优化配置方案分析150
9.4.3 敏感性分析154
10基于调峰场景的储能配置模型及实证研究156
10.1 高比例新能源接入的系统平衡问题156
10.2 高比例新能源接入对系统调峰需求163
10.3 基于调峰场景的储能配置模型166
10.3.1 调峰场景下储能优化配置模型166
10.3.2 储能优化配置模型的求解方法169
10.4 基于调峰的储能优化配置实证分析171
10.4.1 案例系统描述171
10.4.2 储能优化配置方案分析174
10.4.3 敏感性分析177
11基于电网拥塞管理的储能配置模型及实证研究179
11.1 高比例新能源系统电网拥塞问题179
11.2 高比例新能源系统对电网拥塞管理需求180
11.3 线路拥塞管理场景的储能配置模型182
11.3.1 线路拥塞管理场景下储能优化配置模型182
11.3.2 储能优化配置模型的求解方法189
11.4 基于线路拥塞管理的储能优化配置案例分析189
11.4.1 案例系统描述189
11.4.2 案例结果分析191
11.4.3 敏感性分析195
第四篇 实践篇198
12国外新型储能政策及发展实践199
12.1 美国199
12.1.1 激励政策199
12.1.2 市场机制203
12.1.3 发展实践206
12.2 英国221
12.2.1 激励政策221
12.2.2 市场机制223
12.2.3 发展实践226
12.3 澳大利亚232
12.3.1 激励政策232
12.3.2 市场机制233
12.3.3 发展实践235
12.4 相关启示239
13我国新型储能政策及要求242
13.1 以技术创新和战略规划为主导的起步阶段（2016年及以前）242
13.2 以产业发展和示范为主的快速发展阶段（2017～2020）243
13.3 支撑新型电力系建设的规模化发展阶段（2020年之后）247
14我国新型储能发展实践254
14.1 我国新型储能项目运营总体情况254
14.2 新型储能典型商业模式及盈利能力分析255
14.2.1 独立储能电站+两部制电价255
14.2.2 新能源场站配置储能258
14.2.3 共享储能260
14.2.4 储能联合火电机组调频262
14.2.5 租赁模式264
14.2.6 合同能源管理265
第五篇 运营机制篇268
15建立新型储能市场机制的政策及市场化运营模式269
15.1 建立新型储能市场化机制相关政策要求269
15.2 储能电站主要市场化运营机制275
16电力市场建设进展及储能市场化交易的现状279