國際儲能市場發(fā)展概況（三）

（接上文）

1. 長時間尺度儲能

長時儲能應(yīng)用正在電力系統(tǒng)中進行部署，以平衡電力波動，管理峰值需求，使風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電可以調(diào)度。根據(jù)長時儲能曲線劃分，全球發(fā)展前景較好的長時儲能技術(shù)包括五種：抽水蓄能技術(shù)、混凝土砌塊儲能技術(shù)、液態(tài)空氣儲能技術(shù)、地下壓縮空氣儲能技術(shù)和液流電池儲能技術(shù)。

美國各州都很重視新能源電力發(fā)展，新能源儲能技術(shù)對于實現(xiàn)平抑新能源出力波動、促進電網(wǎng)穩(wěn)定這一目標(biāo)至關(guān)重要。美國加州公共事業(yè)委員會（CPUC）表示，加州計劃到2026年部署裝機容量為1吉瓦的新能源長時儲能系統(tǒng)，以推進其清潔能源轉(zhuǎn)型。CPUC對2019～2020年電力資源組合提出的最佳投資組合建議，包括大量使用太陽能、風(fēng)能和電池存儲資源，以及長時儲能和基于新傳輸系統(tǒng)的州外風(fēng)能。目前，紐約州正在開發(fā)能夠儲能6小時以上的經(jīng)濟可行的儲能系統(tǒng)。

鋰離子電池在儲能市場占比較大，但其應(yīng)用在長時儲能系統(tǒng)中并不是較優(yōu)選擇。在大部分風(fēng)能和太陽能為電網(wǎng)供電的地區(qū)，采用壓縮空氣蓄能（CAES）技術(shù)的長時儲能資源正變得越來越有價值。CAES系統(tǒng)在電力充足的時候進行空氣壓縮儲能，等到電力匱乏之時，再通過解壓空氣進行發(fā)電。加拿大初創(chuàng)公司Hydrostor致力于開發(fā)壓縮空氣儲能系統(tǒng)，NRStorHydrostor壓縮空氣儲能項目是一個很好的案例。Hydrostor利用其A-CAES技術(shù)和專門建造的地下儲存洞穴開發(fā)大規(guī)模的儲能設(shè)施。該技術(shù)可以像抽水蓄能一樣提供長時間的存儲，而且可以進行靈活安裝，此外，此類設(shè)施完全不排放廢氣，成本低廉。

2. 光伏+儲能

近年來，全球光伏發(fā)電比例不斷增加，為保障電能質(zhì)量、提升電網(wǎng)靈活性、提高分布式光伏自發(fā)自用比例，降低用戶用電成本，又加之鋰離子電池系統(tǒng)成本大幅下降，循環(huán)壽命不斷提高，光伏整合儲能技術(shù)系統(tǒng)建設(shè)成為儲能全球應(yīng)用的主流。以德國、英國、澳大利亞、美國、日本為代表的國家在“光伏+儲能”方面走在了世界前列，而與儲能相關(guān)的項目也成為這些國家的投資熱點。這些光儲項目還可以抵消對新建燃?xì)鈾C組提供容量服務(wù)的需求，具體的系統(tǒng)配置取決于項目所在地區(qū)的尖峰負(fù)荷時長和燃?xì)鈾C組利用率。目前光儲項目的合約類型也在不斷創(chuàng)新和多元化。

以美國為例，內(nèi)華達(dá)州公用事業(yè)委員會（PUCN）已批準(zhǔn)Quinbrook與NV Energy簽訂為期25年的售電協(xié)議（PPA），用于克拉克690兆瓦AC Gemini太陽能+電池存儲項目。該項目用于展示將光伏技術(shù)與儲能相結(jié)合的能力，以捕獲和利用內(nèi)華達(dá)州豐富的太陽能資源，為NV Energy的客戶提供低成本電力，在太陽下山后長時間保持照明，并可以為內(nèi)華達(dá)州電力需求激增的傍晚高峰期進行調(diào)度。美國能源公司PacifiCorp發(fā)布了其長期能源計劃草案，首次將電池儲能確定為最低成本組合的一部分，到2025年規(guī)劃的所有儲能資源都將與新型太陽能發(fā)電相配套。

在德國過去的25年中，已安裝了170萬座太陽能發(fā)電裝置，總裝機容量超過45吉瓦。其中大多數(shù)是安裝在住宅屋頂上容量低于30千瓦的太陽能發(fā)電設(shè)備。這為小型儲能系統(tǒng)提供了廣闊的發(fā)展前景。平均而言，使用電池可將光伏發(fā)電的自用比例從35%增加到70%以上。

更低成本的太陽能系統(tǒng)出現(xiàn)在市場上之后，隨著光伏補貼縮減，儲能電池成本下降，儲能行業(yè)發(fā)展步伐越來越快。家庭儲能系統(tǒng)的價格取決于房屋或企業(yè)的大小、業(yè)主的能源需求、建筑物能接觸到多少陽光，以及面板、電池和管理系統(tǒng)的質(zhì)量。值得一提的是，電池儲能的經(jīng)濟性并不是大多數(shù)電池系統(tǒng)購買者的唯一動機，甚至不是主要動機，他們希望獨立于電力公司和不斷上漲的電價，且希望為綠色能源作出貢獻(xiàn)。

3. 參與“虛擬電廠”

隨著全球太陽能和儲能行業(yè)的快速發(fā)展，虛擬發(fā)電廠（VPP）正逐步成為儲能應(yīng)用的另一大市場。虛擬電廠在電力市場中，可以承擔(dān)的角色包括發(fā)電商、發(fā)電經(jīng)紀(jì)商、輔助服務(wù)供應(yīng)商、售電商，這當(dāng)中都少不了儲能裝置的參與。VPP的優(yōu)勢是可以降低對發(fā)電設(shè)備的初期投資，并提高日后靈活并網(wǎng)光伏發(fā)電的能力。

根據(jù)CNESA對全球儲能市場的長期追蹤，目前Sunverge、Stem、Tesla、Green Charge Networks、Sonnen等全球主要的分布式儲能系統(tǒng)集成商都在積極探索VPP模式，并形成了許多代表性的應(yīng)用案例。根據(jù)日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省相關(guān)數(shù)據(jù)，日本國內(nèi)可供VPP收集的太陽能電力規(guī)模預(yù)計將在30年內(nèi)增加到37.7吉瓦，相當(dāng)于37個大型火力發(fā)電站的發(fā)電量，可見作為電力調(diào)配的VPP發(fā)展前景廣闊。

南澳大利亞州政府實施的家庭電池計劃目前已經(jīng)達(dá)到了一個重要的里程碑，該州計劃通過VPP技術(shù)整合擬部署的40000個住宅電池儲能系統(tǒng)，并將為每個電池儲能系統(tǒng)提供高達(dá)6000美元的補貼。2019年10月，南澳大利亞數(shù)百戶家庭光儲系統(tǒng)形成的VPP項目，通過向澳大利亞全國電力市場供能，成功地應(yīng)對了昆士蘭州發(fā)生的一次大規(guī)模斷電事故。

4. 大型電池系統(tǒng)

近年來，德國積極部署大型電池儲能系統(tǒng)。2016～2017年德國有13個新項目投運，用于平衡電網(wǎng)系統(tǒng)，規(guī)模約138兆瓦。2018年，總部位于荷蘭的電力供應(yīng)商Eneco完成在德國Schleswig-Holstein的大型儲能項目EnspireME。該項目儲能容量超過50兆瓦時，由大約10000塊鋰離子電池組成。Eneco表示，這是迄今為止在歐洲開發(fā)的最大的單點電池儲能項目。項目位于高壓電站旁，可以幫助減少高壓電站的常規(guī)能源損耗，同時提供主要的控制電源，減少風(fēng)力渦輪機棄風(fēng)現(xiàn)象。該地區(qū)的風(fēng)電場將與電池存儲設(shè)施連接，以便在發(fā)電量高時存儲電力。

更大的電池系統(tǒng)應(yīng)用包括不間斷電源和黑啟動能力。利用黑啟動能力能夠以最快速度啟動更多發(fā)電電源，從而恢復(fù)更多的發(fā)電能力。儲能系統(tǒng)具有調(diào)節(jié)幅度更大、動態(tài)響應(yīng)更快的特性，利用儲能設(shè)備輔助黑啟動能夠有效提高局域電網(wǎng)的恢復(fù)速度。此外，德國商業(yè)儲能系統(tǒng)的安裝量也在不斷增長。大型電池市場的未來趨勢包括發(fā)展區(qū)域儲能和租賃模式。區(qū)域儲能將來自本地私有發(fā)電廠（例如屋頂光伏系統(tǒng)）的多余電量存儲在中央電池中。

5. 提供輔助服務(wù)

從國外電力市場的經(jīng)驗來看，儲能最有生命力、競爭力的是提供輔助服務(wù)。當(dāng)前階段，在調(diào)峰、能量時移方面，儲能的技術(shù)經(jīng)濟性還有進一步提升的空間。而儲能作為調(diào)頻等快速響應(yīng)的資源，已經(jīng)在國外市場證明是非常有優(yōu)勢和競爭力的。例如儲能在英國電力市場上可以參與的電力輔助服務(wù)主要為頻率響應(yīng)、容量儲備、無功調(diào)節(jié)和系統(tǒng)安全四個方面，其中電池儲能主要參與固定頻率響應(yīng)（FFR）的動態(tài)頻率響應(yīng)，英國國家電網(wǎng)電力系統(tǒng)運營商（ESO）定期公布英國未來一段時間內(nèi)的調(diào)頻需求，并且每個月都會舉行招標(biāo)。參與者可以針對未來某一個月甚至某連續(xù)的24個月，全天或者一天中的特定時間段分別進行投標(biāo)，中標(biāo)者需要按時實現(xiàn)容量的交付，并且與國家電網(wǎng)按投標(biāo)價格進行結(jié)算。FFR主要可以分為三類服務(wù)，分別為：一級低頻響應(yīng)、二級低頻響應(yīng)和高頻響應(yīng)。英國儲能市場增長的主要驅(qū)動因素包括先進調(diào)頻、其他電網(wǎng)平衡服務(wù)等高價值電網(wǎng)服務(wù)合同。

隨著應(yīng)用需求的不斷擴大，各國支持政策持續(xù)出臺以及制造工藝不斷完善，近年來儲能電池技術(shù)發(fā)展迅猛，電池安全性、循環(huán)壽命和能量密度等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)均得到了大幅提升，應(yīng)用成本快速下降。

在儲能系統(tǒng)成本構(gòu)成上，目前電池成本約占60%，儲能變流器（PCS）占比20%，電池管理系統(tǒng)（BMS）占比5%，能量管理系統(tǒng)（EMS）占比5%～10%，其他配件5%。成本最高的組件是電池和逆變器。

在部署儲能系統(tǒng)時需要考慮許多因素。電池的功率和持續(xù)時間取決于其在項目中的用途。項目目的是由經(jīng)濟價值決定的。其經(jīng)濟價值取決于儲能系統(tǒng)參與的市場。這個市場最終決定了電池將如何分配能量、充電或放電以及持續(xù)多長時間。功率和持續(xù)時間不僅決定了儲能系統(tǒng)的投資成本，而且決定了其工作壽命。

根據(jù)BNEF最新完成的全球儲能系統(tǒng)成本調(diào)研，2019年一個完成安裝的、4小時電站級儲能系統(tǒng)的成本范圍為300～446美元/千瓦時。成本范圍之大也凸顯了儲能項目設(shè)計和安裝過程的復(fù)雜性和多樣性。2019年，4小時電站級儲能系統(tǒng)的總成本基準(zhǔn)為331美元/千瓦時，戶用儲能系統(tǒng)的總成本基準(zhǔn)為721美元/千瓦時。根據(jù)GTM預(yù)測，到2025年，單位千瓦時儲能電池成本將降至110美元，能源存儲系統(tǒng)平衡（BOS）部分將降至85美元。

（一）儲能裝機繼續(xù)保持增長

雖然當(dāng)前全球儲能市場面臨諸多困難與挑戰(zhàn)，但儲能發(fā)展的廣闊前景不會改變，隨著市場機制和商業(yè)模式不斷成熟、技術(shù)不斷進步，儲能規(guī)模將繼續(xù)保持增長。眾多儲能技術(shù)路線中，電化學(xué)儲能是儲能的主要發(fā)展方向，而其中鋰電池路線最為主流。

全球各大機構(gòu)對未來全球儲能市場規(guī)模的中長期預(yù)測顯示，儲能市場發(fā)展?jié)摿薮?。?jù)Wood Mackenzie預(yù)測，2020年全年新增裝機量將達(dá)到創(chuàng)記錄的12.6吉瓦時。到2025年，全球儲能部署投資總額將從2019年的180億美元增加到2025年的1000億美元。世界能源理事會（WEC）預(yù)測，到2030年，全球儲能裝機總量將達(dá)到250吉瓦。美國研究機構(gòu)Lux Research預(yù)測，未來15年，全球儲能市場裝機容量將以更快的速度增長，到2035年，累計裝機規(guī)模年均復(fù)合增長率為20%，年收入年均復(fù)合增長率為14.9%。BNEF預(yù)測，到2040年，全球儲能項目累計裝機規(guī)模將達(dá)到1095吉瓦/2850吉瓦時，對應(yīng)投資規(guī)模6620億美元。

地區(qū)分布方面，據(jù)HISMarkit稱，美國在2019年已經(jīng)成為世界領(lǐng)先的儲能市場。根據(jù)BNEF的報告，中國將在下一個十年超越美國。同時，印度、德國、法國、英國、澳大利亞以及部分拉丁美洲國家將成為儲能的重要市場。到2040年，亞太地區(qū)的儲能裝機規(guī)模將占全球總規(guī)模的40%，歐洲、中東和非洲占33%，美洲占23%。中國和美國將是全球最大的市場，其需求明顯高于所在地區(qū)的其他市場，兩者的儲能規(guī)模幾乎與印度、德國、南美、東南亞、法國、澳大利亞和英國等其他主要市場的總規(guī)模相當(dāng)。而歐洲、中東和非洲各國的需求則較為平衡。排名前十位的國家累計裝機規(guī)模之和占全球總規(guī)模的近四分之三。

（二）儲能成本下降，大規(guī)模儲能潛力巨大

綜合各研究機構(gòu)的數(shù)據(jù)，儲能成本自2010年以來一直呈下降趨勢。2010～2017年鋰離子電池價格下降近80%。盡管不同技術(shù)的價格有所不同，但各種類型電池的價格下降速度大致相同（見圖4）。根據(jù)BNEF數(shù)據(jù)，2019年，全球鋰電池組平均價格已經(jīng)較2010年下降87%，降至156美元/千瓦時，中國鋰電池組平均價格最低，為147美元/千瓦時。

從技術(shù)類別看，未來15年，固定式儲能領(lǐng)域應(yīng)用最多的仍然是鋰離子電池，而液流電池、鈉硫電池等技術(shù)可能會在長時儲能應(yīng)用中取得突破性進展，能夠優(yōu)化調(diào)度或者通過虛擬電廠聚合儲能資源的軟件系統(tǒng)使儲能產(chǎn)品變得更具特色。

資料來源：BNEF

圖4  2010～2017年鋰離子電池價格（單位：美元/千瓦時）

（三）儲能應(yīng)用場景不斷豐富多元

大規(guī)模儲能系統(tǒng)的應(yīng)用，使得能源轉(zhuǎn)換與利用更加高效，實現(xiàn)了能源的時空平移，解決了能源在生產(chǎn)、傳輸以及使用環(huán)節(jié)的不同步性。目前包括物理儲能、電化學(xué)儲能、儲熱、儲氫等在內(nèi)的多種儲能技術(shù)類型，在新能源并網(wǎng)、電動汽車、智能電網(wǎng)、微電網(wǎng)、分布式能源系統(tǒng)、家庭儲能系統(tǒng)、無電地區(qū)供電工程等不同應(yīng)用場景下，展露出巨大的發(fā)展?jié)摿Γ袌銮熬胺浅V闊。儲能參與電力市場的價值可分為三個方面：容量價值、能量價值和輔助服務(wù)價值。目前，調(diào)頻與能量時移成為儲能的主要應(yīng)用場景。其中，通過可再生能源場站配置儲能系統(tǒng)的方式實現(xiàn)能量時移越來越普遍。BNEF預(yù)測，2020年后儲能提供容量服務(wù)的應(yīng)用模式將成為主流。

未來兩年間，儲能主要應(yīng)用將更加多元、均衡。其中，當(dāng)前占比約一半的儲能調(diào)頻應(yīng)用將出現(xiàn)顯著下降，占比降至16%。這一方面，盡管經(jīng)濟性補償較好，但調(diào)頻輔助服務(wù)市場空間較小，大量靈活性資源短期內(nèi)涌入調(diào)頻市場或快速拉低調(diào)頻價格；另一方面，波動性可再生能源持續(xù)發(fā)展，配套大量儲能系統(tǒng)，極大提升能量時移應(yīng)用的占比。能源時移應(yīng)用占比將翻倍增長，成為最主要應(yīng)用。

資料來源：DOE，EnergyNet

圖5  2020~2021年全球儲能市場主要應(yīng)用場景分布情況預(yù)測

（四）國際資本進入儲能市場培育新業(yè)態(tài)

在能源轉(zhuǎn)型的大背景下，傳統(tǒng)能源企業(yè)向新能源業(yè)務(wù)尋出路是必然的選擇。2019年1月，殼牌新能源與英國清潔能源項目的開發(fā)商和建設(shè)者Anesco合作開發(fā)了電網(wǎng)級電池儲能系統(tǒng)，項目容量1.25兆瓦/1.25兆瓦時，這是殼牌首個電網(wǎng)側(cè)儲能項目。2019年2月，殼牌宣布收購Sonnen，使之成為殼牌的全資子公司。殼牌借此有望成為歐洲最大的儲能企業(yè)。同年，包括杜克能源（Duke Energy）、Xcel Energy公司和亞利桑那州公共服務(wù)公司（APS）等在內(nèi)的近50家美國電力公司，為了實現(xiàn)減排目標(biāo)，開始依靠儲能系統(tǒng)來緩解批發(fā)市場的波動，并為部署更多的可再生能源發(fā)電設(shè)施提供支持。

如今的全球儲能市場，不僅吸引了傳統(tǒng)的能源電力公司，太陽能電池板、儲能系統(tǒng)、電力設(shè)備等供應(yīng)商，能源行業(yè)以外的公司也開始在這一領(lǐng)域進行投資，國際資本相繼進入儲能市場培育新業(yè)態(tài)。

文章來源：微信公眾號“ 能源研究俱樂部 ”

2020/7/22