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導讀

儲能是新能源發展的必備基礎設施：以風光為例的可再生資源發電具有極強的不可控性，為了維持電網供電方和用電方的平衡，保障電網安全，有必要引入儲能作為靈活性調節資源。傳統的抽水蓄能和新型儲能例如電化學儲能、壓縮空氣儲能等技術百花齊放。目前全球儲能市場呈現中美大儲、歐洲戶儲的格局，未來，儲能將為電力部門碳中和做出巨大貢獻。

01

新型電力系統必須依靠儲能進行調節

2021年3月15日，習近平(ping)總(zong)書記在中央財經(jing)委員會第九次會議上(shang)提(ti)出構建新(xin)型(xing)電(dian)(dian)力(li)(li)系統(tong)(tong)，為(wei)新(xin)時代能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)電(dian)(dian)力(li)(li)發(fa)展指明了(le)(le)科學方向，也(ye)為(wei)全(quan)球電(dian)(dian)力(li)(li)可持續發(fa)展提(ti)供了(le)(le)中國方案(an)。2023年1月，國家能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)局發(fa)布了(le)(le)《新(xin)型(xing)電(dian)(dian)力(li)(li)系統(tong)(tong)發(fa)展藍皮書(征(zheng)求意(yi)見稿(gao))》，提(ti)出新(xin)型(xing)電(dian)(dian)力(li)(li)系統(tong)(tong)是以確保能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)電(dian)(dian)力(li)(li)安全(quan)為(wei)基(ji)本前提(ti)，以滿足經(jing)濟社會高(gao)質量發(fa)展的電(dian)(dian)力(li)(li)需求為(wei)首要(yao)(yao)目標，以高(gao)比例新(xin)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)供給(gei)消納體系建設(she)為(wei)主線任務，以源(yuan)(yuan)網荷儲多項協同、靈活(huo)互動為(wei)堅強支撐的新(xin)時代電(dian)(dian)力(li)(li)系統(tong)(tong)。儲能(neng)(neng)作為(wei)新(xin)型(xing)電(dian)(dian)力(li)(li)系統(tong)(tong)四(si)大部(bu)門的關鍵一環，其重要(yao)(yao)性(xing)不言而喻。

圖(tu)1光伏、風電出力和負荷曲線(資料來(lai)源：《面向園區微網的(de)“源-網-荷-儲”一體化運(yun)營模(mo)式》)

電(dian)(dian)(dian)能(neng)(neng)是(shi)一種(zhong)即發(fa)即用(yong)(yong)的能(neng)(neng)量(liang)，發(fa)電(dian)(dian)(dian)側(ce)(ce)(ce)(ce)和用(yong)(yong)電(dian)(dian)(dian)側(ce)(ce)(ce)(ce)的功(gong)率必須匹配(pei)，才能(neng)(neng)保(bao)障電(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)的穩定(ding)。根據EIA預測，到2050年，風(feng)(feng)光(guang)發(fa)電(dian)(dian)(dian)將(jiang)占可再生能(neng)(neng)源發(fa)電(dian)(dian)(dian)量(liang)的72%，相比2020年占比提升近一倍。與(yu)傳統(tong)火電(dian)(dian)(dian)可調節性(xing)強不同，風(feng)(feng)光(guang)發(fa)電(dian)(dian)(dian)具有低(di)(di)慣量(liang)、低(di)(di)阻尼、弱(ruo)電(dian)(dian)(dian)壓支(zhi)撐的特點(dian)。也就是(shi)說，風(feng)(feng)光(guang)發(fa)電(dian)(dian)(dian)具有巨大的波(bo)動性(xing)，會使發(fa)電(dian)(dian)(dian)側(ce)(ce)(ce)(ce)和用(yong)(yong)電(dian)(dian)(dian)側(ce)(ce)(ce)(ce)的平衡(heng)更加難以(yi)實(shi)現(xian)。因此，為保(bao)持電(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)的平衡(heng)，很多(duo)時(shi)(shi)(shi)候(hou)風(feng)(feng)光(guang)發(fa)電(dian)(dian)(dian)并(bing)未接入電(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)而(er)被浪費(fei)，產(chan)生“棄風(feng)(feng)棄光(guang)”現(xian)象。2023年，我國(guo)棄風(feng)(feng)、棄光(guang)量(liang)超過(guo)300億千瓦(wa)時(shi)(shi)(shi)，對應(ying)價(jia)值超過(guo)100億元。配(pei)備儲(chu)能(neng)(neng)可以(yi)完美地解(jie)決該問題：當發(fa)電(dian)(dian)(dian)側(ce)(ce)(ce)(ce)功(gong)率過(guo)高時(shi)(shi)(shi)，儲(chu)能(neng)(neng)將(jiang)多(duo)余(yu)電(dian)(dian)(dian)量(liang)儲(chu)存(cun)起(qi)來(lai);當用(yong)(yong)電(dian)(dian)(dian)負荷過(guo)高時(shi)(shi)(shi)，儲(chu)能(neng)(neng)將(jiang)此前儲(chu)存(cun)的電(dian)(dian)(dian)能(neng)(neng)釋放(fang)出去，從而(er)實(shi)現(xian)能(neng)(neng)量(liang)的實(shi)時(shi)(shi)(shi)匹配(pei)，確(que)保(bao)電(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)安(an)全穩定(ding)。

圖(tu)2 2022年各月份(fen)棄風、棄光率(圖(tu)源(yuan)：全(quan)國新能源(yuan)消納監測預警(jing)中心)

02

儲能的應用場景涵蓋電力系統的各個方面

儲(chu)能(neng)(neng)(neng)按照應用(yong)場景可以分為(wei)發電(dian)側(ce)儲(chu)能(neng)(neng)(neng)、電(dian)網(wang)(wang)側(ce)儲(chu)能(neng)(neng)(neng)和用(yong)電(dian)側(ce)儲(chu)能(neng)(neng)(neng)。其中發電(dian)側(ce)儲(chu)能(neng)(neng)(neng)和電(dian)網(wang)(wang)側(ce)儲(chu)能(neng)(neng)(neng)被稱為(wei)表前儲(chu)能(neng)(neng)(neng)，用(yong)電(dian)側(ce)儲(chu)能(neng)(neng)(neng)被稱為(wei)表后儲(chu)能(neng)(neng)(neng)。用(yong)電(dian)側(ce)儲(chu)能(neng)(neng)(neng)按照主體不(bu)同(tong)可進一步劃分為(wei)工商業儲(chu)能(neng)(neng)(neng)和戶(hu)用(yong)儲(chu)能(neng)(neng)(neng)。

發電(dian)(dian)側儲能主要(yao)用于電(dian)(dian)力(li)調(diao)峰、輔助動態(tai)運行、系統(tong)調(diao)頻和可再生能源并(bing)網;電(dian)(dian)網側儲能主要(yao)用于緩(huan)解電(dian)(dian)網阻塞、延(yan)緩(huan)輸配電(dian)(dian)擴容升級、調(diao)峰調(diao)頻;用電(dian)(dian)側儲能主要(yao)用于電(dian)(dian)力(li)自發自用、峰谷價差套利、容量電(dian)(dian)費(fei)管理(li)和提升供電(dian)(dian)可靠性。

圖(tu)3儲能在(zai)發電(dian)側(ce)、電(dian)網側(ce)和用電(dian)側(ce)的(de)應(ying)用場景(圖(tu)源(yuan)：派能科技)

一般而言，表(biao)前儲(chu)能(neng)(neng)和大(da)工(gong)商(shang)業儲(chu)能(neng)(neng)功率往往大(da)于30MW且能(neng)(neng)量大(da)于30MWh，在國(guo)標《電(dian)化學儲(chu)能(neng)(neng)電(dian)站(zhan)設計規范》中被定(ding)義(yi)為大(da)儲(chu)，戶(hu)用儲(chu)能(neng)(neng)和小型(xing)工(gong)商(shang)業儲(chu)能(neng)(neng)被定(ding)義(yi)為小儲(chu)。

03

新型儲能技術百花齊放

鋰電池儲能商業化程度最好

儲能(neng)，即把電能(neng)轉化為其(qi)他(ta)形式的能(neng)力儲存(cun)起來(lai)，需(xu)要(yao)使用時再將(jiang)其(qi)轉化為電能(neng)。儲能(neng)根據能(neng)量(liang)形式可分為抽水蓄能(neng)、電化學儲能(neng)、壓縮空(kong)氣儲能(neng)、機(ji)械能(neng)儲能(neng)等多種技(ji)術種類(lei)。

一、抽水儲能

抽(chou)水(shui)(shui)(shui)蓄(xu)(xu)能(neng)是最(zui)主流的(de)傳統(tong)儲(chu)能(neng)技(ji)術。抽(chou)水(shui)(shui)(shui)蓄(xu)(xu)能(neng)電(dian)站由(you)存在一定落差的(de)上水(shui)(shui)(shui)庫(ku)、下水(shui)(shui)(shui)庫(ku)和連接兩個水(shui)(shui)(shui)庫(ku)的(de)引(yin)水(shui)(shui)(shui)系統(tong)、地下廠房(可逆式水(shui)(shui)(shui)輪機(ji)組)組成(cheng)。利用下半(ban)夜過剩的(de)電(dian)力驅動(dong)水(shui)(shui)(shui)泵，將水(shui)(shui)(shui)從下水(shui)(shui)(shui)庫(ku)抽(chou)到上水(shui)(shui)(shui)庫(ku)儲(chu)存，在白(bai)天和前(qian)半(ban)夜將水(shui)(shui)(shui)放(fang)出(chu)發電(dian)，并流入(ru)下水(shui)(shui)(shui)庫(ku)。抽(chou)水(shui)(shui)(shui)蓄(xu)(xu)能(neng)具有技(ji)術成(cheng)熟、儲(chu)能(neng)容(rong)量大、系統(tong)效(xiao)率(lv)高(gao)(gao)、運(yun)行壽命長、安全性能(neng)高(gao)(gao)等優勢，是目前(qian)最(zui)主流的(de)儲(chu)能(neng)方式。抽(chou)水(shui)(shui)(shui)蓄(xu)(xu)能(neng)的(de)造價(jia)已(yi)相對(dui)平(ping)穩，單GW靜態投資額為53.67億元。截至2022年底，我國抽(chou)水(shui)(shui)(shui)蓄(xu)(xu)能(neng)累計裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)機(ji)容(rong)量達到45GW，占所(suo)有儲(chu)能(neng)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)機(ji)規(gui)模的(de)79%，同比增(zeng)長24%，裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)機(ji)規(gui)模據全球首位。

圖4抽水蓄能原理(圖源：數字經(jing)濟網(wang))

圖(tu)5我國儲(chu)能裝機結構(圖(tu)源：CNESA)

然而，由于水庫建設周(zhou)期長(chang)(chang)，抽水蓄能電(dian)站(zhan)建設的地理條件苛刻(ke)(上下水庫需達到40-600m的高度差(cha))等因素，抽水蓄能未(wei)來(lai)的發展(zhan)空間相對有限。《新型(xing)電(dian)力系統發展(zhan)藍皮書(征(zheng)求意(yi)見稿(gao))》計劃，2030年(nian)(nian)裝機規模達到120GW，相比2022年(nian)(nian)年(nian)(nian)化(hua)增長(chang)(chang)13%

圖6全球主要國家(jia)抽水蓄能裝(zhuang)機容量(GW)(圖源(yuan)：IRENA，Statista)

二、電化學儲能

如圖5所示(shi)，以(yi)鋰離子(zi)電(dian)池(chi)為代表的的電(dian)化學儲(chu)(chu)能是新型儲(chu)(chu)能中目(mu)前占比最(zui)高的儲(chu)(chu)能技(ji)術(shu)。完整的電(dian)化學儲(chu)(chu)能系(xi)(xi)統包(bao)括電(dian)池(chi)組、電(dian)池(chi)管理系(xi)(xi)統(BMS)、能量管理系(xi)(xi)統(EMS)、儲(chu)(chu)能變流器(PCS)以(yi)及其他電(dian)氣設備構(gou)成。

圖7電化(hua)學儲能系統結構示(shi)意圖(圖源：派能科(ke)技)

電(dian)(dian)池(chi)組是儲(chu)能(neng)系(xi)統最主(zhu)要(yao)的(de)構成(cheng)部分，用來(lai)儲(chu)存(cun)能(neng)量;電(dian)(dian)池(chi)管(guan)(guan)理系(xi)統主(zhu)要(yao)負責(ze)電(dian)(dian)池(chi)的(de)監(jian)測、評估、保護以及均衡等;能(neng)量管(guan)(guan)理系(xi)統負責(ze)數(shu)據采集(ji)、網絡監(jian)控(kong)和能(neng)量調(diao)度;儲(chu)能(neng)變流器是連(lian)接交流和直流的(de)裝置，實現(xian)交直流的(de)雙(shuang)向轉換，可(ke)控(kong)制蓄(xu)電(dian)(dian)池(chi)的(de)充電(dian)(dian)和放電(dian)(dian)過程(cheng)。從成(cheng)本結構來(lai)看，儲(chu)能(neng)電(dian)(dian)池(chi)成(cheng)本占(zhan)(zhan)比(bi)60%以上，儲(chu)能(neng)PCS成(cheng)本占(zhan)(zhan)比(bi)約10%

圖8儲能系統工作(zuo)原(yuan)理圖(圖源：陽光電源官網)

圖(tu)9電(dian)化學儲能系統成(cheng)本構成(cheng)(資料來源：高工鋰(li)電(dian))

按照正(zheng)極材(cai)料的不同，鋰(li)(li)離子(zi)(zi)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)儲(chu)(chu)(chu)能可分(fen)為磷(lin)酸鐵(tie)鋰(li)(li)儲(chu)(chu)(chu)能和三元(yuan)鋰(li)(li)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)儲(chu)(chu)(chu)能。其中磷(lin)酸鐵(tie)鋰(li)(li)安(an)全(quan)性(xing)好(hao)(hao)、低(di)溫性(xing)能好(hao)(hao)、循環性(xing)能好(hao)(hao)、成本較低(di)，是(shi)(shi)我國(guo)鋰(li)(li)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)儲(chu)(chu)(chu)能的主要技術路(lu)線。而三元(yuan)鋰(li)(li)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)憑借能量密度(du)高、空間占(zhan)用小、發(fa)展(zhan)較早的優勢，在(zai)歐(ou)美(mei)等地區仍然占(zhan)據較大的市(shi)場(chang)空間，例如特斯拉在(zai)北美(mei)的儲(chu)(chu)(chu)能業務依然主要是(shi)(shi)三元(yuan)鋰(li)(li)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)。除了(le)鋰(li)(li)離子(zi)(zi)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)，電(dian)(dian)化(hua)學儲(chu)(chu)(chu)能系(xi)統(tong)還包括(kuo)全(quan)釩(fan)液(ye)流電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)、鈉離子(zi)(zi)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)、鉛蓄(xu)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)、鈉硫電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)等。全(quan)釩(fan)液(ye)流電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)是(shi)(shi)目(mu)前產業鏈成熟度(du)最高的液(ye)流電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)。

圖10全釩液流(liu)電池(chi)原理(圖源：中和儲能、電氣(qi)時(shi)代)

與(yu)鋰(li)離子電池能(neng)量載體是固態的(de)(de)正負(fu)極材料不(bu)同(tong)，全(quan)釩液(ye)流電池以不(bu)同(tong)價(jia)態的(de)(de)釩離子溶液(ye)作為正負(fu)極，電解液(ye)決定(ding)容量大小，電堆決定(ding)功率大小。因(yin)此，液(ye)流電池不(bu)會受到固態正極材料因(yin)充放電導致(zhi)晶體結構(gou)破壞、容量降低的(de)(de)問(wen)題，可(ke)以實現(xian)長時(shi)儲能(neng)。目(mu)前的(de)(de)主要制約因(yin)素(su)是原(yuan)料五氧(yang)化二釩的(de)(de)價(jia)格(ge)較高，并會對環境造成(cheng)污染。

表1電化學儲能數據對比(表源：蔡世超《儲能在電力系統中的應用》)

由于鋰(li)離(li)(li)子電(dian)池(chi)(chi)能量(liang)密度高、效(xiao)率(lv)高、循(xun)環性能好、適用范(fan)圍廣(guang)，且因為動力(li)電(dian)池(chi)(chi)產業的(de)發(fa)展已(yi)經積累了先(xian)發(fa)優(you)勢，成(cheng)本(ben)控(kong)制較好，其已(yi)經成(cheng)為目(mu)(mu)前最(zui)主流、最(zui)成(cheng)熟的(de)新(xin)型儲能技術。2023年以后，碳(tan)(tan)酸(suan)鋰(li)價格快速下跌，使(shi)得(de)鋰(li)離(li)(li)子電(dian)池(chi)(chi)儲能的(de)成(cheng)本(ben)進一(yi)步下降，目(mu)(mu)前建造成(cheng)本(ben)為0.8-2元/Wh，平(ping)準(zhun)化全壽(shou)命度電(dian)成(cheng)本(ben)(LCOE)約為0.5-0.8元/W·h。預計未來隨著碳(tan)(tan)酸(suan)鋰(li)價格的(de)下跌，鋰(li)離(li)(li)子電(dian)池(chi)(chi)成(cheng)本(ben)進一(yi)步下降，鋰(li)離(li)(li)子電(dian)池(chi)(chi)的(de)優(you)勢或(huo)可長期保(bao)持。

圖11 2023年(nian)后電池級碳酸鋰價(jia)格(ge)快(kuai)速(su)下跌(die)(元/噸)(資(zi)料來源：Wind資(zi)訊)

三、壓縮空氣儲能

壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)空(kong)氣(qi)(qi)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)在電網負荷低(di)谷通過(guo)壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)機(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)空(kong)氣(qi)(qi)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)能(neng)(neng)量，并將(jiang)壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)空(kong)氣(qi)(qi)運(yun)輸至(zhi)(zhi)(zhi)廢棄鹽洞等壓(ya)(ya)(ya)(ya)力容器保存，在電力負荷較大時(shi)，放出儲(chu)(chu)氣(qi)(qi)庫(ku)內的高壓(ya)(ya)(ya)(ya)氣(qi)(qi)體(ti)，并將(jiang)氣(qi)(qi)體(ti)加熱至(zhi)(zhi)(zhi)一定溫度后輸送(song)到膨(peng)脹(zhang)劑，將(jiang)壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)空(kong)氣(qi)(qi)的勢(shi)能(neng)(neng)轉化(hua)為膨(peng)脹(zhang)機(ji)的機(ji)械能(neng)(neng)，驅動發電機(ji)發電。壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)空(kong)氣(qi)(qi)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)放電時(shi)長(chang)可達(da)4小(xiao)時(shi)以上，適合作(zuo)為長(chang)時(shi)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)系統(tong)，且壽命較長(chang)，可循環上萬次(ci)，使用期長(chang)達(da)40年。壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮(suo)(suo)空(kong)氣(qi)(qi)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)在我(wo)國已經進入100MW級示范項目階(jie)段，十四五期間(jian)效率有望提(ti)升(sheng)至(zhi)(zhi)(zhi)65%-70%，建造(zao)成本(ben)降至(zhi)(zhi)(zhi)1000-1500元/kWh，平準化(hua)全壽命度電成本(ben)0.68元/Wh。目前的主要制約因素是大型(xing)壓(ya)(ya)(ya)(ya)氣(qi)(qi)設備、膨(peng)脹(zhang)設備、蓄熱設備和儲(chu)(chu)罐等性能(neng)(neng)的提(ti)升(sheng)。

圖(tu)12壓(ya)縮空氣(qi)儲(chu)能原理(li)(圖(tu)源：《壓(ya)縮空氣(qi)儲(chu)能中的蓄熱技(ji)術及其經濟性研究》)

四、機械能儲能

機(ji)(ji)械能(neng)儲(chu)(chu)能(neng)目(mu)前包(bao)括重(zhong)力(li)(li)儲(chu)(chu)能(neng)和(he)飛輪儲(chu)(chu)能(neng)。重(zhong)力(li)(li)儲(chu)(chu)能(neng)通過電力(li)(li)將(jiang)重(zhong)物提升至高處，將(jiang)電能(neng)儲(chu)(chu)存(cun)起來;需要放(fang)電時(shi)將(jiang)中午(wu)下(xia)落，帶動發電機(ji)(ji)旋轉(zhuan)產生電能(neng)。重(zhong)力(li)(li)儲(chu)(chu)能(neng)安全(quan)性強，且(qie)不會(hui)造成地質(zhi)生態破壞，目(mu)前基于全(quan)生命周期(qi)測算其儲(chu)(chu)能(neng)度(du)(du)電成本約(yue)為0.5-0.8元/kWh，經濟性較(jiao)好(hao)。但重(zhong)力(li)(li)儲(chu)(chu)能(neng)規(gui)模相(xiang)較(jiao)抽水蓄能(neng)較(jiao)小，且(qie)響應速度(du)(du)為秒級(ji)，不及電化學儲(chu)(chu)能(neng)。目(mu)前國內在建的(de)首個重(zhong)力(li)(li)儲(chu)(chu)能(neng)項(xiang)(xiang)目(mu)為中國天楹于2022年(nian)一季(ji)度(du)(du)在江蘇如東(dong)建設的(de)100MWh項(xiang)(xiang)目(mu)。

圖(tu)13重力儲能原(yuan)理(圖(tu)源：陳云良等《重力儲能發電現狀、技術(shu)構想及關鍵問題》)

飛輪儲能(neng)是(shi)用電(dian)能(neng)將一個放在真空外(wai)殼(ke)內的(de)轉子(zi)加速，從而(er)將電(dian)能(neng)以(yi)動能(neng)的(de)形式儲存起來，利用大(da)轉輪所儲存的(de)旋轉動能(neng)和電(dian)能(neng)的(de)相(xiang)互轉化實現(xian)充(chong)放電(dian)。

圖14飛(fei)輪(lun)儲能(neng)工作原理(圖源(yuan)：高春輝(hui)等(deng)《飛(fei)輪(lun)儲能(neng)系統(tong)在風(feng)力發電調(diao)頻中的應(ying)用(yong)研究》)

飛輪(lun)儲(chu)能具有(you)響應(ying)速度快、功率密度高(gao)、不受充放電(dian)次(ci)數限制、綠色無污染(ran)的特點。其相應(ying)可達毫(hao)秒(miao)級，主要(yao)用(yong)于調頻(pin)，單機功率2-3MW，可實現儲(chu)能0.5-100kWh。但目前飛輪(lun)儲(chu)能使(shi)用(yong)的飛輪(lun)和磁(ci)懸(xuan)浮軸承價格(ge)較高(gao)，投資成(cheng)本達100-150億元(yuan)/GW。飛輪(lun)儲(chu)能也面臨(lin)安(an)全(quan)風險，2021年8月，弘慧(hui)能源在(zai)進行飛輪(lun)實驗時飛輪(lun)脫(tuo)離造成(cheng)人員傷亡(wang)。

五、熔融鹽光熱儲能

熔融(rong)鹽(yan)(yan)光(guang)(guang)熱(re)(re)(re)(re)(re)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)通過光(guang)(guang)伏發(fa)電(dian)(dian)加熱(re)(re)(re)(re)(re)和太陽能(neng)(neng)聚光(guang)(guang)集熱(re)(re)(re)(re)(re)加熱(re)(re)(re)(re)(re)，將能(neng)(neng)量(liang)轉化(hua)為熱(re)(re)(re)(re)(re)能(neng)(neng)儲(chu)(chu)存(cun)在熔融(rong)鹽(yan)(yan)儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)系(xi)統中(zhong)。需要(yao)發(fa)電(dian)(dian)時在換熱(re)(re)(re)(re)(re)系(xi)統中(zhong)將高(gao)溫熔鹽(yan)(yan)(主要(yao)是二元硝酸鹽(yan)(yan))與水進(jin)行換熱(re)(re)(re)(re)(re)，釋放熱(re)(re)(re)(re)(re)量(liang)。光(guang)(guang)熱(re)(re)(re)(re)(re)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)具有(you)規(gui)模(mo)(mo)大、時間(jian)長、安全(quan)環保等優(you)點，具備單日10小時儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)能(neng)(neng)力，儲(chu)(chu)能(neng)(neng)規(gui)模(mo)(mo)可達(da)數百兆(zhao)瓦。此外，熱(re)(re)(re)(re)(re)交換系(xi)統具有(you)較好的可控性和調節(jie)能(neng)(neng)力，能(neng)(neng)支持汽輪機組進(jin)行快速出力調節(jie)，具有(you)與燃氣機組類似的爬坡能(neng)(neng)力。根據(ju)CNESA全(quan)球儲(chu)(chu)能(neng)(neng)數據(ju)庫，截(jie)至2021年，光(guang)(guang)熱(re)(re)(re)(re)(re)熔融(rong)鹽(yan)(yan)儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)占我國儲(chu)(chu)能(neng)(neng)規(gui)模(mo)(mo)的1.2%，達(da)到0.5GW。截(jie)至2022年10月(yue)，我國西北風(feng)光(guang)(guang)大基地已經有(you)4.5GW風(feng)光(guang)(guang)發(fa)電(dian)(dian)項(xiang)目配套光(guang)(guang)熱(re)(re)(re)(re)(re)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)項(xiang)目。

圖(tu)15熔融鹽(yan)光熱儲(chu)能原理(li)(圖(tu)源：西勘(kan)院規劃研究(jiu)中心(xin))

表2已建成的熔融鹽光熱儲能項目(資料來源：公開資料整理)

由于該技術先將光(guang)能(neng)(neng)轉化為熱能(neng)(neng)，再用熱能(neng)(neng)加熱水，產生水蒸氣驅動渦(wo)輪發電，涉及能(neng)(neng)量轉化環節多，導致總體能(neng)(neng)量轉化效率(lv)較低(di)，約為不到(dao)60%，此(ci)時(shi)度(du)電成本(ben)(ben)達(da)到(dao)0.738元/kWh，成本(ben)(ben)較高(gao)。

六、氫儲能

氫氣(qi)能量密(mi)度140.4MJ/kg(39kWh/kg),約為汽油、柴油、天然氣(qi)的3倍。可(ke)長時間存儲(chu)且可(ke)實現過程(cheng)無(wu)污(wu)染，是少有的能夠儲(chu)存上百吉瓦時以上的能量儲(chu)備。氫儲(chu)能的環節(jie)包(bao)括主要(yao)包(bao)含電解(jie)制(zhi)氫、儲(chu)氫、燃(ran)料電池發電。

圖16風光發電+氫儲能系統結構圖

盡管目前氫儲(chu)能(neng)(neng)的經濟性(xing)較差，平準化全壽(shou)命度電成(cheng)本約1.8元/Wh，但氫儲(chu)能(neng)(neng)具(ju)備其他儲(chu)能(neng)(neng)技(ji)術不具(ju)有的長時性(xing)的優(you)勢，可(ke)以實現能(neng)(neng)量的跨季節(jie)周(zhou)期(qi)的調配。2022年1月(yue)，國家(jia)發改委、國家(jia)能(neng)(neng)源(yuan)局發布《“十四五”新型儲(chu)能(neng)(neng)發展(zhan)實施(shi)方案》，提出(chu)到2025年氫儲(chu)能(neng)(neng)等長時間尺度的儲(chu)能(neng)(neng)技(ji)術取(qu)得突(tu)破(po)。

04

全球儲能呈現“中美大儲+歐洲戶儲”齊爆發的格局

2022年全(quan)球儲能市場(chang)規模50GWh，其中美國(guo)(guo)、EMEA(歐洲、中東、非洲三地區的合稱)和中國(guo)(guo)分別占(zhan)比(bi)49.8%、14.2%、26.7%。預計到2026年三者占(zhan)比(bi)將為34.3%、19.2%、33.7%。占(zhan)比(bi)由高(gao)到低從美國(guo)(guo)、EMEA、中國(guo)(guo)變為美國(guo)(guo)、中國(guo)(guo)、EMEA。

圖17 2022年全球儲能市場結構(gou)

圖(tu)18預計2026年全球儲能(neng)市場結構

一、強制配儲+獨立儲能經濟性改善，中國大儲高速發展

2022年中(zhong)國新(xin)增(zeng)儲(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)裝(zhuang)機(ji)6.9GW，其中(zhong)以電(dian)源(yuan)側、電(dian)網側為(wei)主(zhu)，占(zhan)比(bi)約90%。目前中(zhong)國的(de)總(zong)發電(dian)量(liang)(liang)中(zhong)，4%來(lai)自(zi)光伏(fu)，8%來(lai)自(zi)風電(dian)，相對較高的(de)風光發電(dian)占(zhan)比(bi)對電(dian)網造成了巨大負擔。通過儲(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)實(shi)現可再生能(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)消納(na)，已經成為(wei)我國必須(xu)面臨的(de)問題。截(jie)至2022年底，全(quan)(quan)國已有24個省(sheng)(sheng)級行(xing)政區(qu)(qu)在全(quan)(quan)省(sheng)(sheng)或部分(fen)地區(qu)(qu)明確了新(xin)增(zeng)新(xin)能(neng)(neng)(neng)(neng)源(yuan)發電(dian)項(xiang)目規制性(xing)配(pei)(pei)儲(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)比(bi)例以及配(pei)(pei)儲(chu)時長。3個省(sheng)(sheng)份(fen)出臺鼓勵配(pei)(pei)儲(chu)政策。綜合來(lai)看，平均(jun)配(pei)(pei)儲(chu)比(bi)例約為(wei)10%，配(pei)(pei)儲(chu)時長約為(wei)2h。這(zhe)些省(sheng)(sheng)份(fen)2022年風電(dian)光伏(fu)裝(zhuang)機(ji)量(liang)(liang)達到全(quan)(quan)國風光裝(zhuang)機(ji)量(liang)(liang)的(de)81%，是儲(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)裝(zhuang)機(ji)量(liang)(liang)增(zeng)加的(de)主(zhu)要來(lai)源(yuan)。

表3各省強制配儲比例及時長

表4儲能項目假設

2022年11月25日，國家(jia)(jia)能源局發布《電(dian)力現貨市場(chang)基(ji)本規則(征(zheng)求(qiu)意見稿(gao))》，第一次從國家(jia)(jia)層(ceng)面提出容量(liang)補(bu)(bu)償(chang)機制。我(wo)國大(da)儲(chu)有望獲得“現貨市場(chang)峰谷套利+輔助服務調頻等(deng)+容量(liang)補(bu)(bu)償(chang)”的(de)(de)多樣(yang)化收益(yi)模式(shi)。若考慮同時參與調峰和(he)調頻服務，基(ji)于(yu)表4的(de)(de)假設，測算得到全生(sheng)命(ming)周期的(de)(de)IRR超(chao)過(guo)20%(表5)，具有較高的(de)(de)經濟性(xing)。

表5儲能項目IRR測算

基于對強制配儲和光伏建設進度的預測，如(ru)表(biao)6所示，預計2023年(nian)中(zhong)國(guo)儲能新(xin)增(zeng)裝(zhuang)機超過(guo)40GWh，其中(zhong)大儲占比90%以上;2024年(nian)中(zhong)國(guo)儲能新(xin)增(zeng)裝(zhuang)機超過(guo)70GWh。

表6中國儲能裝機規模測算

二、彌補電網缺陷+各級政府補貼，美國大儲領跑全球

美(mei)(mei)國是全球(qiu)最(zui)大(da)的(de)大(da)儲(chu)(chu)市場，結構上(shang)也以大(da)儲(chu)(chu)為(wei)主導。根(gen)據BNEF，美(mei)(mei)國2022年電(dian)化(hua)學(xue)儲(chu)(chu)能新(xin)增(zeng)(zeng)裝機(ji)4.99GW/13.58GWh，其(qi)中大(da)儲(chu)(chu)新(xin)增(zeng)(zeng)裝機(ji)3.5GW，占裝機(ji)總功率的(de)88.2%。戶用、工商(shang)業分別占比(bi)(bi)8.6%和3.2%。2022年在光伏(fu)降速背(bei)景下繼續高增(zeng)(zeng)長(chang)，前三季度美(mei)(mei)國儲(chu)(chu)能新(xin)增(zeng)(zeng)裝機(ji)達3.57GW(10.67GWh)，同比(bi)(bi)增(zeng)(zeng)102%(93%)。從滲透(tou)率來看，2022Q3新(xin)增(zeng)(zeng)裝機(ji)光儲(chu)(chu)滲透(tou)率已達31.5%(其(qi)中地(di)面51.1%，分布式(shi)27.2%)，去(qu)年同期2021Q3光儲(chu)(chu)滲透(tou)率21.2%(地(di)面26.3%，分布式(shi)9%)。根(gen)據Berkeley Lab，美(mei)(mei)國儲(chu)(chu)能項目備案(an)正(zheng)在不斷加速，截至(zhi)2022年11月底總備案(an)為(wei)22.53GW去(qu)年同期水平為(wei)13.13GW同比(bi)(bi)增(zeng)(zeng)長(chang)71.6%。

全國(guo)范圍(wei)內，美(mei)國(guo)的(de)ITC稅收抵(di)(di)免政策進行了延長和抵(di)(di)免比(bi)例的(de)提(ti)(ti)高(gao)。2022年(nian)8月，美(mei)國(guo)《通脹削(xue)減法案》發布(bu)ITC新政，在儲能(neng)方面的(de)主要政策為延長ITC十年(nian)和提(ti)(ti)升基(ji)礎抵(di)(di)免比(bi)例。核心區別1：過去儲能(neng)只能(neng)跟(gen)著光伏配套享(xiang)(xiang)受，新政中(zhong)獨(du)立大儲或戶儲均(jun)可(ke)享(xiang)(xiang)受;核心區別2：過去最高(gao)抵(di)(di)稅比(bi)例為26%，無額(e)外補償條(tiao)款，新政中(zhong)最高(gao)比(bi)例提(ti)(ti)高(gao)到70%。

除了全國(guo)(guo)范圍內的(de)(de)政(zheng)策(ce)，各州(zhou)也出臺了眾多鼓勵(li)政(zheng)策(ce)。加(jia)州(zhou)、內華(hua)(hua)達(da)州(zhou)、弗羅里達(da)州(zhou)等17州(zhou)出臺了明(ming)晰的(de)(de)儲能(neng)補貼制(zhi)度。加(jia)州(zhou)的(de)(de)SGIP政(zheng)策(ce)補貼力度大，持續(xu)時間(jian)長，加(jia)州(zhou)成(cheng)(cheng)為美國(guo)(guo)儲能(neng)裝(zhuang)機增(zeng)長最(zui)快的(de)(de)州(zhou)。2020年(nian)，內華(hua)(hua)達(da)州(zhou)發(fa)布了NV儲能(neng)激勵(li)政(zheng)策(ce)，最(zui)高每瓦(wa)時0.5美元的(de)(de)非戶(hu)用儲能(neng)補貼，對非戶(hu)用儲能(neng)經濟性(xing)有較大提升，內華(hua)(hua)達(da)州(zhou)2021年(nian)成(cheng)(cheng)為美國(guo)(guo)分州(zhou)儲能(neng)裝(zhuang)機前五。

表7美國各州儲能激勵政策

表8美國儲能裝機規模測算

美國(guo)2023年儲能(neng)新增(zeng)裝(zhuang)機(ji)(ji)約為36GWh，大儲占比接近(jin)90%，預計2024年儲能(neng)裝(zhuang)機(ji)(ji)60GWh，大儲占比84%。

三、高居民電價仍將維持，歐洲戶儲穩步成長

短(duan)期(qi)來(lai)看(kan)(kan)，目前歐(ou)(ou)洲短(duan)期(qi)居(ju)民(min)(min)(min)(min)電(dian)價(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)仍(reng)(reng)處(chu)于高位。歐(ou)(ou)洲采取居(ju)民(min)(min)(min)(min)電(dian)價(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)長協(xie)機制(zhi)，2023年新簽居(ju)民(min)(min)(min)(min)電(dian)價(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)合(he)約明顯(xian)(xian)漲價(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)。以德(de)國為(wei)(wei)例(li)，2022年及以前居(ju)民(min)(min)(min)(min)電(dian)價(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)合(he)約價(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)格穩定(ding)在(zai)20-30歐(ou)(ou)分/kWh，因此2022年批發(fa)電(dian)價(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)的大(da)幅上(shang)漲并(bing)未傳(chuan)導至居(ju)民(min)(min)(min)(min)端，但(dan)2023年新簽合(he)約電(dian)價(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)大(da)幅上(shang)漲，電(dian)價(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)平均(jun)為(wei)(wei)50歐(ou)(ou)分/kWh以上(shang)，同比提高80-120%。從長期(qi)來(lai)看(kan)(kan)，歐(ou)(ou)洲居(ju)民(min)(min)(min)(min)電(dian)價(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)仍(reng)(reng)將處(chu)于較(jiao)高水平。盡管歐(ou)(ou)洲電(dian)價(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)回落顯(xian)(xian)著，但(dan)可再(zai)生能(neng)源(yuan)發(fa)電(dian)的不穩定(ding)性勢必推高電(dian)價(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)。俄(e)烏沖突前，德(de)國批發(fa)電(dian)價(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)在(zai)10歐(ou)(ou)分/kWh，但(dan)居(ju)民(min)(min)(min)(min)電(dian)價(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)接近30歐(ou)(ou)分/kWh，主(zhu)要是(shi)各種稅費(fei)(綠(lv)色能(neng)源(yuan)附(fu)加費(fei)、生態稅等)占比超(chao)過50%，且為(wei)(wei)了補(bu)貼綠(lv)電(dian)仍(reng)(reng)在(zai)持續增(zeng)加。長期(qi)看(kan)(kan)，即使歐(ou)(ou)洲批發(fa)電(dian)價(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)回落到俄(e)烏沖突前，整體居(ju)民(min)(min)(min)(min)電(dian)價(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)仍(reng)(reng)將維(wei)持在(zai)20-40歐(ou)(ou)分/kWh。

圖19德國居(ju)民電價結(jie)構(圖源：EMBER)

表9歐洲儲能裝機規模測算

05

碳中和遠景下的儲能發展展望

在實(shi)(shi)現(xian)(xian)碳中(zhong)和的(de)(de)(de)(de)未(wei)來(lai)，電(dian)(dian)(dian)(dian)力部(bu)(bu)門作為碳排(pai)放(fang)占比最高的(de)(de)(de)(de)部(bu)(bu)門將發(fa)(fa)生(sheng)革(ge)命性的(de)(de)(de)(de)改變。可再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)將支撐(cheng)幾乎整個社(she)會的(de)(de)(de)(de)用電(dian)(dian)(dian)(dian)量(liang)，為了(le)實(shi)(shi)現(xian)(xian)電(dian)(dian)(dian)(dian)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)發(fa)(fa)生(sheng)與消納的(de)(de)(de)(de)同(tong)時性，既能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)作為電(dian)(dian)(dian)(dian)源，也能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)作為電(dian)(dian)(dian)(dian)器的(de)(de)(de)(de)儲(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)，將得(de)到(dao)極大(da)的(de)(de)(de)(de)發(fa)(fa)展(zhan)。展(zhan)望未(wei)來(lai)，儲(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)分(fen)布(bu)將遍布(bu)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)側、電(dian)(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)側和用電(dian)(dian)(dian)(dian)側，發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)側儲(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)將賦(fu)予可再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)源電(dian)(dian)(dian)(dian)站超越火電(dian)(dian)(dian)(dian)站的(de)(de)(de)(de)靈(ling)活(huo)性，電(dian)(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)側儲(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)與智慧電(dian)(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)建(jian)設將實(shi)(shi)現(xian)(xian)精準的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)力供需匹配(pei)，用電(dian)(dian)(dian)(dian)側儲(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)將提高家庭和企(qi)業的(de)(de)(de)(de)供電(dian)(dian)(dian)(dian)穩定性，甚(shen)至形成“光(guang)伏+儲(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)”自(zi)發(fa)(fa)自(zi)用、各戶獨立的(de)(de)(de)(de)離網(wang)(wang)模式。從儲(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)技術上看，抽水蓄能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)仍將是儲(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)重要組成部(bu)(bu)分(fen)，電(dian)(dian)(dian)(dian)化學儲(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)等(deng)可實(shi)(shi)現(xian)(xian)日內的(de)(de)(de)(de)靈(ling)活(huo)調節，飛輪儲(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)等(deng)技術可實(shi)(shi)現(xian)(xian)電(dian)(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)極短時間(jian)內的(de)(de)(de)(de)調頻，壓(ya)縮(suo)空氣(qi)儲(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)、氫儲(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)將作為長時儲(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)，實(shi)(shi)現(xian)(xian)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)量(liang)跨日乃至跨季度的(de)(de)(de)(de)匹配(pei)。至此(ci)，整個電(dian)(dian)(dian)(dian)力從產生(sheng)到(dao)運(yun)輸到(dao)儲(chu)存、使(shi)用的(de)(de)(de)(de)環節將不再(zai)涉及(ji)碳的(de)(de)(de)(de)排(pai)放(fang)，電(dian)(dian)(dian)(dian)力部(bu)(bu)門減碳將為碳中(zhong)和提供最強大(da)的(de)(de)(de)(de)助(zhu)力。