碳中和目標下的儲能“猜想”

實(shí)現碳中和目標，時(shí)間短，任務(wù)重。這是一份沉甸甸的減碳承諾，是中國經(jīng)濟發(fā)展進(jìn)入全新階段的振臂一呼，更是中國的決心和魄力。

能源電力無(wú)法處身事外，作為能源轉型的重要環(huán)節，儲能行業(yè)猶是。

近年來(lái)，全球風(fēng)電、光伏等可再生能源的裝機占比與發(fā)電占比持續提升，對電力系統的安全穩定運行帶來(lái)沖擊。因此，“可再生能源+儲能”才是能源轉型的終極解決方案，可在減少碳排放的同時(shí)確保電力系統的穩定性與可靠性。

目前，風(fēng)、光發(fā)電都可以做到平價(jià)，但“可再生能源+儲能”只能在電價(jià)較高的地區才具有經(jīng)濟性，大規模發(fā)展受到商業(yè)化掣肘?？上驳氖?，儲能技術(shù)創(chuàng )新步履不停。以鋰電池為例，過(guò)去10年里，鋰電池儲能在循環(huán)次數、能量密度、響應速度等方面均取得巨大進(jìn)步。2020年鋰離子電池成本降至137美元/千瓦時(shí)，較2013年下降了80%，成本下降正在突破鋰電池在電力儲能領(lǐng)域大規模應用的經(jīng)濟約束。

國外儲能發(fā)展的領(lǐng)先實(shí)踐

德美日等發(fā)達國家在儲能技術(shù)創(chuàng )新和商業(yè)模式創(chuàng )新方面都進(jìn)行了大量的領(lǐng)先實(shí)踐，能源轉型取得了顯著(zhù)成效，對我國的儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要的借鑒意義。

德國——能源轉型的燈塔

2000年，德國就提出了全面能源轉型戰略，是全球能源轉型的燈塔國。2020年，德國可再生能源發(fā)電量為2330億度電，發(fā)電量占比達到49.3%，2011年這一數據剛達到20%。

德國的可再生能源能占比如此之高，與德國儲能技術(shù)進(jìn)步與儲能商業(yè)模式創(chuàng )新密不可分。德國儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有如下幾個(gè)顯著(zhù)特點(diǎn)：一是政府發(fā)揮引導功能。德國儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初期，政府為儲能產(chǎn)業(yè)提供補貼。2013年德國復興信貸銀行與德國環(huán)境部推出了針對戶(hù)用儲能(<30千瓦)的補貼措施，與戶(hù)用光伏搭配的儲能系統(需接入電網(wǎng))可獲得低息貸款以及初始投資成本30%的補貼，該補貼2018年退出后，用戶(hù)側儲能增長(cháng)勢頭并未受到影響。二是行業(yè)組織為儲能發(fā)展制定標準與規范。2016年，德國標準化研究所、德國標準協(xié)會(huì )和德國電氣電子和信息技術(shù)協(xié)會(huì )聯(lián)合制定了《德國儲能標準化路線(xiàn)圖》，為德國儲能發(fā)展提供了清晰的路線(xiàn)。三是充分發(fā)揮市場(chǎng)功能。由于德國居民電價(jià)較高，隨著(zhù)光伏系統和儲能成本的下降，戶(hù)用儲能裝機得到了迅速發(fā)展。截至2020年，德國戶(hù)用儲能裝機已達8.8萬(wàn)套。

美國——儲能產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)化的先行者

美國儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展走的是高度市場(chǎng)化路線(xiàn)，市場(chǎng)機制為儲能提供了順暢的成本傳導機制和豐富的收益來(lái)源。以美國加州為例，截至2019年底加州已累計投運47個(gè)電池儲能項目(僅包括供電側及大型工商業(yè)項目)，項目總功率達255兆瓦，總裝機量為650兆瓦時(shí)，占比超過(guò)全美儲能裝機容量的1/3。

加州儲能市場(chǎng)的發(fā)展主要得益于投資儲能有利可圖：一是隨著(zhù)光伏在電力裝機中的占比持續提升，近年來(lái)加州的電力供需結構發(fā)生了顯著(zhù)改變。2010~2019年，光伏在加州電力總裝機中的占比由0.2%提升至14.1%，發(fā)電量占比則由0.04%提升至13.1%，電力供給結構的改變拉大電力批發(fā)市場(chǎng)的價(jià)格曲線(xiàn)，從2016年的約30美元/兆瓦時(shí)提升至2019年的約50美元/兆瓦時(shí)，有助于提升儲能項目的收益。二是電力輔助服務(wù)是加州供電側儲能項目另一個(gè)重要的收益來(lái)源，近年來(lái)各類(lèi)輔助服務(wù)的平均出清價(jià)格呈明顯上升趨勢，儲能項目的收益亦有望隨之提升。三是除了市場(chǎng)化的峰谷套利、輔助服務(wù)收益，加州大型公用事業(yè)公司的儲能設施還可被納入電網(wǎng)資產(chǎn)，通過(guò)政府核定的輸配電價(jià)收回成本。

日本——儲能技術(shù)創(chuàng )新領(lǐng)先者

日本儲能項目大部分應用在電力輸配領(lǐng)域，在電池儲能技術(shù)創(chuàng )新和應用領(lǐng)域保持領(lǐng)先，構建了覆蓋儲能研發(fā)、制造和商業(yè)化應用的完整產(chǎn)業(yè)鏈。

比如福岡縣Buzen變電站鈉硫電池項目和福島Minami-Soma變電站鋰離子電池項目，就是依托大規模儲能電池系統提升電網(wǎng)供需平衡的示范項目，支持九州電力公司和東北電力公司通過(guò)安裝儲能系統向電網(wǎng)中引入更多的可再生能源。福岡縣Buzen變電站鈉硫電池項目系統總容量50兆瓦/300兆瓦時(shí)，可以滿(mǎn)足大約30000戶(hù)家庭一天的電力需求。福島Minami-Soma變電站鋰離子電池項目距離福島核電站16英里，該地區可再生能源資源豐富，該項目正是通過(guò)利用鋰離子電池儲能系統存儲或釋放可再生能源電力，從而更好地管理和提升電網(wǎng)供需平衡，同時(shí)平抑因大規?？稍偕茉床⒕W(wǎng)而引起的電力波動(dòng)。

此外，日本的儲能裝備企業(yè)具有全球競爭力，東芝、夏普、三井、田淵電機、日產(chǎn)等企業(yè)都具有相當的儲能技術(shù)實(shí)力，這些企業(yè)在全球儲能市場(chǎng)表現活躍。

國內儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現狀

國內在儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面并未落后國外發(fā)達國家，在某些環(huán)節甚至保有一定領(lǐng)先優(yōu)勢，儲能安裝容量也位居世界前列，是全球電池生產(chǎn)大國。國內為引導儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在政策安排、標準制定、技術(shù)創(chuàng )新和試點(diǎn)示范方面都開(kāi)展了大量工作，取得顯著(zhù)成效。

政策安排

國家高度重視儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。“十三五”期間就把儲能列入戰略性新興產(chǎn)業(yè)，給予政策支持。“十四五”規劃明確提出要實(shí)施電化學(xué)儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等儲能示范項目，為我國儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了明確的戰略路徑和堅強的政策支持。2021年4月，國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲能發(fā)展的指導意見(jiàn)(征求意見(jiàn)稿)》，提出儲能發(fā)展的主要目標：到2025年，實(shí)現新型儲能裝機規模達3000萬(wàn)千瓦以上。到2030年，實(shí)現新型儲能全面市場(chǎng)化發(fā)展，新型儲能技術(shù)創(chuàng )新和產(chǎn)業(yè)水平穩居全球前列，標準體系、市場(chǎng)機制、商業(yè)模式成熟健全，與電力系統各環(huán)節深度融合發(fā)展，裝機規?；緷M(mǎn)足新型電力系統相應需求。屆時(shí)，新型儲能成為能源領(lǐng)域碳達峰碳中和的關(guān)鍵支撐之一。

地方政府亦積極推動(dòng)儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2020年以來(lái)多地政府相繼出臺鼓勵儲能發(fā)展的相關(guān)文件，要求或鼓勵可再生能源發(fā)電項目配置一定比例的儲能。截至目前，全國至少有10個(gè)省(市)出臺了“新能源+儲能”的政策。比如青海省發(fā)改委下發(fā)的《支持儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干措施(試行)》，該措施要求新建新能源項目配套的儲能容量原則上不低于項目裝機量的10%，儲能時(shí)長(cháng)不低于2小時(shí);山東省鼓勵風(fēng)電、光伏發(fā)電項目?jì)?yōu)先租賃共享儲能設施，租賃容量視同其配建儲能容量;陜西省鼓勵地方政府或大型企業(yè)牽頭在升壓站附近配置集中式儲能電站。

標準制定

我國從2010年開(kāi)始開(kāi)展電力儲能標準的制定，目前成立了中電聯(lián)抽水儲能標委會(huì )和全國電力儲能標準化技術(shù)委員會(huì )(簡(jiǎn)稱(chēng)儲能標委會(huì ))。前者負責抽水儲能相關(guān)技術(shù)標準的制定，已經(jīng)制定發(fā)布了《抽水蓄能電站檢修導則》《抽水蓄能電廠(chǎng)標識系統(KKS)編碼導則》等多項標準。后者于2014年5月由國家標準化管理委員會(huì )批復成立，由中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì )指導，秘書(shū)處掛靠中國電力科學(xué)研究院。儲能標委會(huì )歸口管理除抽水蓄能相關(guān)技術(shù)標準之外的其他所有類(lèi)型的儲能，目前已經(jīng)編制發(fā)布了《電化學(xué)儲能系統接入電網(wǎng)技術(shù)規定》《電力儲能用鋰離子電池》等多項國家標準，為我國儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了發(fā)展規范。

技術(shù)創(chuàng )新

儲能技術(shù)主要分為物理儲能和化學(xué)儲能兩種類(lèi)型，物理儲能包括抽水儲能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能等，化學(xué)儲能主要為電池儲能，包括鋰離子電池、鉛酸電池、鈉硫電池等。目前全球儲能裝機超過(guò)90%為抽水儲能，抽水儲能技術(shù)比較成熟，但是受制地理環(huán)境限制和成本無(wú)法進(jìn)一步大幅降低，未來(lái)發(fā)展空間有限，壓縮空氣儲能和化學(xué)儲能才是未來(lái)大勢所趨。

在壓縮空氣儲能方面，國內已經(jīng)把能源綜合效率提升到60%以上，清華大學(xué)盧強院士團隊研發(fā)的零排放壓縮空氣儲能技術(shù)已經(jīng)實(shí)現了商業(yè)化應用。在化學(xué)儲能方面，巨大市場(chǎng)需求拉動(dòng)國內儲能領(lǐng)先企業(yè)加大研發(fā)投入，尤其是鋰電池技術(shù)方面保有一定創(chuàng )新優(yōu)勢，比如寧德時(shí)代采用CTP技術(shù)、高鎳技術(shù)、高電壓技術(shù)、超薄基材等技術(shù)，在降低成本的同時(shí)大幅提升了鋰電池的能量密度，達到215瓦時(shí)/千克。

試點(diǎn)示范

目前，國內電力系統的儲能裝機中抽水儲能裝機容量占比超過(guò)90%，且壓縮空氣儲能、化學(xué)儲能也開(kāi)始大規模試點(diǎn)示范。比如，2020年開(kāi)工的金壇鹽穴壓縮空氣儲能?chē)以囼炇痉俄椖恳黄诮ㄔO1套6萬(wàn)千瓦×5小時(shí)的鹽穴非補燃式壓縮空氣儲能發(fā)電系統，發(fā)電年利用小時(shí)數約為1660小時(shí)，電換電效率為60%以上，使用壽命超過(guò)30年，二期規劃建設規模為35萬(wàn)千瓦，終期規模將達100萬(wàn)千瓦。2019年開(kāi)工建設的大同云岡礦廢棄煤礦巷道儲能電站示范項目，依托原來(lái)挖煤的巷道，變成儲能壓縮空氣站，利用棄風(fēng)、棄光、棄水和“低谷電”，以100~120個(gè)大氣壓的高壓空氣進(jìn)行儲能，系統綜合效率較高，電站裝機總規模達100兆瓦。此外，江蘇建成了10萬(wàn)千瓦級的電池儲能電站，相當于一個(gè)20萬(wàn)千瓦的中型發(fā)電廠(chǎng)1小時(shí)發(fā)的電，可以同時(shí)滿(mǎn)足17萬(wàn)戶(hù)居民的用電需求。

儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢初探

其一，儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向是市場(chǎng)化。從國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布的《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲能發(fā)展的指導意見(jiàn)》來(lái)看，短期內在供電側以強制性或鼓勵配套儲能為主，長(cháng)期目標是基于技術(shù)創(chuàng )新和市場(chǎng)機制完善，實(shí)現儲能產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)化發(fā)展。從國外的發(fā)展經(jīng)驗也能清晰看到這一點(diǎn)——政府支持在一段時(shí)間過(guò)渡后，主要由市場(chǎng)需求拉動(dòng)和技術(shù)進(jìn)步驅動(dòng)儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。國內已經(jīng)形成了覆蓋儲能技術(shù)研發(fā)、裝備制造、系統集成、投資運營(yíng)和回收利用的完整產(chǎn)業(yè)鏈，尤其在制造環(huán)節具有全球競爭力，寧德時(shí)代、比亞迪等企業(yè)是電池生產(chǎn)的領(lǐng)先者。

其二，電力供需雙側都將迎來(lái)儲能發(fā)展的戰略機遇。在發(fā)電側，抽水儲能在一段時(shí)間內仍然是最主要的儲能方式，壓縮空氣儲能也有望在發(fā)電側得到大規模發(fā)展。由于政策強制性或鼓勵新能源項目要配置一定容量的儲能，“新能源+儲能”會(huì )刺激儲能產(chǎn)業(yè)在發(fā)電側爆發(fā)。在用戶(hù)側，國內工商業(yè)戶(hù)用儲能機會(huì )逐漸顯現，一方面儲能系統具有調峰的作用，可使實(shí)際的用電功率曲線(xiàn)更加平滑，從而降低用戶(hù)的尖峰功率以及最大需量，起到降低基本電價(jià)的作用;另一方面目前全國較多地區工商業(yè)用電已實(shí)行峰谷電價(jià)，儲能系統可將用戶(hù)高峰時(shí)間的用電量平移至低谷時(shí)段，尤其在一些峰谷價(jià)差比較大的地區，比如上海、湖北、江蘇等地大工業(yè)用戶(hù)(最高電壓等級)的夏季峰谷價(jià)差超過(guò)0.7元/千瓦時(shí)，儲能發(fā)展空間更加巨大。國內居民戶(hù)用儲能市場(chǎng)與德美澳等發(fā)達國家不同，還不具備大規模爆發(fā)的條件，因為國內住宅較多為樓房，無(wú)獨立屋頂，且居民電價(jià)相對較低，建設居民戶(hù)用儲能系統不劃算。

其三，化學(xué)儲能有望成為主要儲能形式。目前抽水蓄能是全球電力系統中主要的儲能形式，據中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟統計，截至2020年底，全球已累計投運電力儲能項目189.8吉瓦，其中抽水蓄能的占比為90.9%，電化學(xué)儲能占比僅為6.9%。雖然抽水蓄能規模大、壽命長(cháng)、技術(shù)成熟，但只有具備特定自然地形條件的地區才能進(jìn)行建設，因此持續增長(cháng)的電力儲能需求仍需由其他的儲能形式進(jìn)行填補。從新增裝機情況來(lái)看，近年來(lái)電化學(xué)儲能已成為主流，2012~2020年全球電化學(xué)儲能裝機由不到1吉瓦提升至超過(guò)13吉瓦，貢獻了全球電力儲能裝機的主要增量。

其四，“新能源+儲能”平價(jià)時(shí)代或將來(lái)臨。無(wú)論從技術(shù)進(jìn)步還是成本下降速度來(lái)看，“新能源+儲能”平價(jià)時(shí)代都有望在“十四五”期內實(shí)現。新能源發(fā)電從開(kāi)始規?；l(fā)展到平價(jià)時(shí)代大概用了2~3個(gè)五年規劃，鋰電池儲能成本過(guò)去10年下降了80%多，距離儲能平價(jià)時(shí)代已不遙遠。隨著(zhù)平價(jià)時(shí)代的到來(lái)，儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展將會(huì )進(jìn)入全面爆發(fā)的黃金時(shí)代。