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“氣荒”西歐，押注新型儲(chǔ)能和虛擬電廠

2022-09-14 15:35

新型儲(chǔ)能技術(shù)調(diào)和「間歇性能源」供電波動(dòng)

隨著可再生能源在整體能源結(jié)構(gòu)中所占份額的增加，電力供應(yīng)的間歇性和可調(diào)度性問題正在成為脫碳電網(wǎng)的核心問題。儲(chǔ)能的意義在于，在清潔能源輸出功率高時(shí)，將多余電力轉(zhuǎn)換為其他能源形式加以儲(chǔ)存，并在輸出功率下降時(shí)釋放，以彌補(bǔ)電力缺口。一些學(xué)者認(rèn)為，當(dāng)滲透率低于電網(wǎng)需求的20％，可再生能源通常不會(huì)嚴(yán)重改變經(jīng)濟(jì)狀況；當(dāng)滲透率超過20％，儲(chǔ)能變得極其重要。

△ 儲(chǔ)能使得負(fù)荷轉(zhuǎn)移成為可能，從而提高供電效率（來源：EOS）

能量存儲(chǔ)技術(shù)來通常能被歸為以下幾種類型——機(jī)械存儲(chǔ)（e．g．飛輪，壓縮空氣）、熱能存儲(chǔ)（e．g．）、化學(xué)能存儲(chǔ)、電化學(xué)能存儲(chǔ)（e．g．電池）和電能存儲(chǔ)。能量儲(chǔ)存往往意味著將能量從難以儲(chǔ)存的形式轉(zhuǎn)換為更方便或更經(jīng)濟(jì)地儲(chǔ)存形式�？沙潆婋姵貎�(chǔ)存化學(xué)能，易轉(zhuǎn)化為電能；水電大壩將能量作為重力勢能儲(chǔ)存在水庫中；化石燃料儲(chǔ)存遠(yuǎn)古生物從陽光中獲得的能量。

△ 儲(chǔ)能技術(shù)分類（來源：European Commission）

能量存儲(chǔ)設(shè)施的主要技術(shù)特征通常以容量、功率和響應(yīng)時(shí)間三大維度衡量。一些技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)短期能量存儲(chǔ)，例如飛輪或電池，而另一些技術(shù)則能延長存儲(chǔ)時(shí)長，例如儲(chǔ)氫。截至目前，大容量儲(chǔ)能仍由抽水蓄能水電主導(dǎo)。抽水蓄能的限制在于較高的地形（高度差）要求，極高的占地面積和相對較低的功率。

△ 2015年儲(chǔ)能技術(shù)放電時(shí)間及容量比較（來源：RMIT University School of Engineering）

△ 2018年儲(chǔ)能技術(shù)放電時(shí)間及容量比較（來源：化學(xué)工業(yè)出版社）

相比之下，電池存儲(chǔ)的優(yōu)勢在于其模塊化和分布式的部署方式。不過，成本高昂、壽命有限使得電池被視為可調(diào)度電源的“弱替代品” 。此外，電池?zé)o法填補(bǔ)可再生能源長達(dá)數(shù)天、數(shù)周甚至數(shù)月的供電間隙。Varun Sivaram認(rèn)為，儲(chǔ)氫具有較大潛力——太陽能生產(chǎn)的多余電力能夠?qū)⑺肿臃纸獬裳鯕夂蜌錃狻?/p>

西安交通大學(xué)教授何雅玲認(rèn)為，相較于電化學(xué)和機(jī)械能存儲(chǔ)技術(shù)，熱能存儲(chǔ)技術(shù)在使用壽命、成本和安全性方面具有優(yōu)勢，具有推廣潛力。其中，顯熱儲(chǔ)熱成本較低、技術(shù)成熟，但是儲(chǔ)熱能力有限，潛熱儲(chǔ)熱儲(chǔ)熱能力較強(qiáng)，但是目前受限于儲(chǔ)熱材料材料選擇；熱化學(xué)儲(chǔ)熱儲(chǔ)熱能力較大，但是技術(shù)尚未成熟。

盡管如此，截至目前，得益于價(jià)格競爭力和供應(yīng)鏈成熟度方面占有優(yōu)勢，電池仍在新型儲(chǔ)能市場占據(jù)主導(dǎo)地位。電池技術(shù)進(jìn)步——尤其是鋰離子電池的成本下降，正在推動(dòng)儲(chǔ)能市場發(fā)展。2021 年，磷酸鐵鋰（LFP）在固定存儲(chǔ)的應(yīng)用中首次超過鎳錳鈷（NMC）化學(xué)品。BNEF預(yù)計(jì)，電池在新型儲(chǔ)能市場的主導(dǎo)地位將至少持續(xù)至本世紀(jì)30年代，“2021年至2030年，全球新增儲(chǔ)能容量將超過日本2020年總發(fā)電量，中美兩國將主導(dǎo)儲(chǔ)能市場，二者全球儲(chǔ)能裝置占比在2030年將超五成”。

△ 2010年－2035年鋰離子電池價(jià)格變化及預(yù)測（來源：BNEF）

今年以來，持續(xù)高漲的大宗商品價(jià)格加劇了電池儲(chǔ)能成本壓力。在此背景下，BNEF將2022年美國儲(chǔ)能部署規(guī)模預(yù)測下調(diào)29％至5．4GW／11．7GWh。

△ 2022年美國儲(chǔ)能部署預(yù)測規(guī)模降幅高達(dá)29％（來源：BNEF）

事實(shí)上，在今年4月在紐約舉行的BNEF峰會(huì)上，Trina Storage北美市場負(fù)責(zé)人Trina Storage指出，早在通脹危機(jī)之前，儲(chǔ)能行業(yè)便面臨供應(yīng)鏈限制——由于產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模導(dǎo)致的訂單體量差異，頂級電池制造商傾向于優(yōu)先考慮電動(dòng)汽車客戶而不是儲(chǔ)能系統(tǒng)客戶。

△ 鋰離子電池需求結(jié)構(gòu)（來源：BNEF）

中國正在制定規(guī)則以吸引基于電池的新能源存儲(chǔ)設(shè)施投資以加速脫碳進(jìn)程。自新冠疫情爆發(fā)以來，中國固定存儲(chǔ)市場增長迅速。一項(xiàng)BNEF于2020年開展的關(guān)于固定存儲(chǔ)系統(tǒng)電池供應(yīng)商原產(chǎn)國的調(diào)查結(jié)果顯示，中國固定存儲(chǔ)系統(tǒng)電池全球市占率從2019年的35％攀升至2020年的69％，同期，第二大原產(chǎn)國韓國市占率從39％萎縮至22％，美國市占率從17％收縮至3％，這一占比在日本更是從9％驟降至微不足道的2％。

△ 2019年和2020年固定存儲(chǔ)系統(tǒng)電池市場結(jié)構(gòu)（來源：BNEF）

除了公共事業(yè)規(guī)模（Utility－Scale）儲(chǔ)能，建于住宅和商業(yè)等客戶端分布式電池也被納入儲(chǔ)能裝置范圍內(nèi)。BNEF認(rèn)為，到2030年，基于家庭和企業(yè)的儲(chǔ)能將占全球儲(chǔ)能裝置的四分之一。截至目前，德國和日本為該領(lǐng)域主要市場。

△ 基于功率輸出計(jì)算的委托儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)（來源：BNEF）

值得注意的是，V2G（Vehicle－to－grid），即車電聯(lián)網(wǎng)，能夠使電動(dòng)汽車——電池電動(dòng)汽車（BEV）、插電式混合動(dòng)力汽車（PHEV）以及氫燃料汽車，作為本地化儲(chǔ)能單位向電網(wǎng)銷售需求響應(yīng)服務(wù)。不過，由于V2G需要配備諸如雙向逆變器等專用硬件，電池充電周期數(shù)有限，增長的循環(huán)次數(shù)可能導(dǎo)致電池退化并且影響電池壽命。因此，V2G的經(jīng)濟(jì)可行性取決于電池磨損是否超過其創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益。

整體而言，儲(chǔ)能技術(shù)的成本效益將是克服可再生能源供電波動(dòng)的關(guān)鍵。

后能源危機(jī)時(shí)代，能源依賴帶來的危機(jī)心態(tài)，以及清潔能源不斷凸顯的價(jià)格競爭力，或?qū)⒓铀傥鞣浇?jīng)濟(jì)體脫碳進(jìn)程。隨著清潔能源在供電系統(tǒng)中的滲透率持續(xù)提升，電網(wǎng)調(diào)峰和電力儲(chǔ)能需求勢必隨之增加，而這將為中國光伏儲(chǔ)能制造廠商帶來更為巨大的產(chǎn)業(yè)機(jī)遇。

△ 2010年－2021年清潔能源發(fā)電成本降幅（來源：IRENA）

△ 可再生能源與化石燃料發(fā)電價(jià)格（來源：IRENA）

參考資料：

Sivaram V．， 2018． Taming the Sun： Innovations to Harness Solar Energy and Power the Planet． The MIT Press

RT Online． 2022．

Alaraby UK． 2022．

Zerrahn， A．， Schill， W． and Kemfert， C．， 2018． On the economics of electrical storage for variable renewable energy sources． European Economic Review， 108， pp．259－279．

BNEF． 2021． Global Energy Storage Outlook．

CNN． 2022． Europe＇s Russian energy crisis is escalating and so are the costs．［online］ Available at：