1. 國際儲能市場發展概況(三)

        2020-07-29 09:20:00
        南山
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        (接上文)


        (三)


        熱點應用場景與典型案例


        1. 長時間尺度儲能

        長時儲能應用正在電力系統中進行部署,以平衡電力波動,管理峰值需求,使風力發電和太陽能發電可以調度。根據長時儲能曲線劃分,全球發展前景較好的長時儲能技術包括五種:抽水蓄能技術、混凝土砌塊儲能技術、液態空氣儲能技術、地下壓縮空氣儲能技術和液流電池儲能技術。

        美國各州都很重視新能源電力發展,新能源儲能技術對于實現平抑新能源出力波動、促進電網穩定這一目標至關重要。美國加州公共事業委員會(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,以推進其清潔能源轉型。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、風能和電池存儲資源,以及長時儲能和基于新傳輸系統的州外風能。目前,紐約州正在開發能夠儲能6小時以上的經濟可行的儲能系統。

        鋰離子電池在儲能市場占比較大,但其應用在長時儲能系統中并不是較優選擇。在大部分風能和太陽能為電網供電的地區,采用壓縮空氣蓄能(CAES)技術的長時儲能資源正變得越來越有價值。CAES系統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電。加拿大初創公司Hydrostor致力于開發壓縮空氣儲能系統,NRStorHydrostor壓縮空氣儲能項目是一個很好的案例。Hydrostor利用其A-CAES技術和專門建造的地下儲存洞穴開發大規模的儲能設施。該技術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,全球光伏發電比例不斷增加,為保障電能質量、提升電網靈活性、提高分布式光伏自發自用比例,降低用戶用電成本,又加之鋰離子電池系統成本大幅下降,循環壽命不斷提高,光伏整合儲能技術系統建設成為儲能全球應用的主流。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氣機組提供容量服務的需求,具體的系統配置取決于項目所在地區的尖峰負荷時長和燃氣機組利用率。目前光儲項目的合約類型也在不斷創新和多元化。

        以美國為例,內華達州公用事業委員會(PUCN)已批準Quinbrook與NV Energy簽訂為期25年的售電協議(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與儲能相結合的能力,以捕獲和利用內華達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,并可以為內華達州電力需求激增的傍晚高峰期進行調度。美國能源公司PacifiCorp發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年規劃的所有儲能資源都將與新型太陽能發電相配套。

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

        更低成本的太陽能系統出現在市場上之后,隨著光伏補貼縮減,儲能電池成本下降,儲能行業發展步伐越來越快。家庭儲能系統的價格取決于房屋或企業的大小、業主的能源需求、建筑物能接觸到多少陽光,以及面板、電池和管理系統的質量。值得一提的是,電池儲能的經濟性并不是大多數電池系統購買者的唯一動機,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。

        3. 參與“虛擬電廠”

        隨著全球太陽能和儲能行業的快速發展,虛擬發電廠(VPP)正逐步成為儲能應用的另一大市場。虛擬電廠在電力市場中,可以承擔的角色包括發電商、發電經紀商、輔助服務供應商、售電商,這當中都少不了儲能裝置的參與。VPP的優勢是可以降低對發電設備的初期投資,并提高日后靈活并網光伏發電的能力。

        根據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集成商都在積極探索VPP模式,并形成了許多代表性的應用案例。根據日本經濟產業省相關數據,日本國內可供VPP收集的太陽能電力規模預計將在30年內增加到37.7吉瓦,相當于37個大型火力發電站的發電量,可見作為電力調配的VPP發展前景廣闊。

        南澳大利亞州政府實施的家庭電池計劃目前已經達到了一個重要的里程碑,該州計劃通過VPP技術整合擬部署的40000個住宅電池儲能系統,并將為每個電池儲能系統提供高達6000美元的補貼。2019年10月,南澳大利亞數百戶家庭光儲系統形成的VPP項目,通過向澳大利亞全國電力市場供能,成功地應對了昆士蘭州發生的一次大規模斷電事故。

        4. 大型電池系統

        近年來,德國積極部署大型電池儲能系統。2016~2017年德國有13個新項目投運,用于平衡電網系統,規模約138兆瓦。2018年,總部位于荷蘭的電力供應商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能源損耗,同時提供主要的控制電源,減少風力渦輪機棄風現象。該地區的風電場將與電池存儲設施連接,以便在發電量高時存儲電力。

        更大的電池系統應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電電源,從而恢復更多的發電能力。儲能系統具有調節幅度更大、動態響應更快的特性,利用儲能設備輔助黑啟動能夠有效提高局域電網的恢復速度。此外,德國商業儲能系統的安裝量也在不斷增長。大型電池市場的未來趨勢包括發展區域儲能和租賃模式。區域儲能將來自本地私有發電廠(例如屋頂光伏系統)的多余電量存儲在中央電池中。

        5. 提供輔助服務

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


        (四)


        電化學儲能技術經濟性分析


        隨著應用需求的不斷擴大,各國支持政策持續出臺以及制造工藝不斷完善,近年來儲能電池技術發展迅猛,電池安全性、循環壽命和能量密度等關鍵技術指標均得到了大幅提升,應用成本快速下降。

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

        在部署儲能系統時需要考慮許多因素。電池的功率和持續時間取決于其在項目中的用途。項目目的是由經濟價值決定的。其經濟價值取決于儲能系統參與的市場。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多長時間。功率和持續時間不僅決定了儲能系統的投資成本,而且決定了其工作壽命。

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



        四、趨勢展望


        (一)儲能裝機繼續保持增長

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

        全球各大機構對未來全球儲能市場規模的中長期預測顯示,儲能市場發展潛力巨大。據Wood Mackenzie預測,2020年全年新增裝機量將達到創記錄的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)預測,到2030年,全球儲能裝機總量將達到250吉瓦。美國研究機構Lux Research預測,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,累計裝機規模年均復合增長率為20%,年收入年均復合增長率為14.9%。BNEF預測,到2040年,全球儲能項目累計裝機規模將達到1095吉瓦/2850吉瓦時,對應投資規模6620億美元。

        地區分布方面,據HISMarkit稱,美國在2019年已經成為世界領先的儲能市場。根據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,亞太地區的儲能裝機規模將占全球總規模的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的其他市場,兩者的儲能規模幾乎與印度、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模相當。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模之和占全球總規模的近四分之三。

        (二)儲能成本下降,大規模儲能潛力巨大

        綜合各研究機構的數據,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BNEF數據,2019年,全球鋰電池組平均價格已經較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。

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

        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)儲能應用場景不斷豐富多元

        大規模儲能系統的應用,使得能源轉換與利用更加高效,實現了能源的時空平移,解決了能源在生產、傳輸以及使用環節的不同步性。目前包括物理儲能、電化學儲能、儲熱、儲氫等在內的多種儲能技術類型,在新能源并網、電動汽車、智能電網、微電網、分布式能源系統、家庭儲能系統、無電地區供電工程等不同應用場景下,展露出巨大的發展潛力,市場前景非常廣闊。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價值。目前,調頻與能量時移成為儲能的主要應用場景。其中,通過可再生能源場站配置儲能系統的方式實現能量時移越來越普遍。BNEF預測,2020年后儲能提供容量服務的應用模式將成為主流。

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

        資料來源:DOE,EnergyNet

        圖5  2020~2021年全球儲能市場主要應用場景分布情況預測

        (四)國際資本進入儲能市場培育新業態

        在能源轉型的大背景下,傳統能源企業向新能源業務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商和建設者Anesco合作開發了電網級電池儲能系統,項目容量1.25兆瓦/1.25兆瓦時,這是殼牌首個電網側儲能項目。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。同年,包括杜克能源(Duke Energy)、Xcel Energy公司和亞利桑那州公共服務公司(APS)等在內的近50家美國電力公司,為了實現減排目標,開始依靠儲能系統來緩解批發市場的波動,并為部署更多的可再生能源發電設施提供支持。

        如今的全球儲能市場,不僅吸引了傳統的能源電力公司,太陽能電池板、儲能系統、電力設備等供應商,能源行業以外的公司也開始在這一領域進行投資,國際資本相繼進入儲能市場培育新業態。


        文章來源:微信公眾號“ 能源研究俱樂部 ”

        2020/7/22





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