擁抱儲能的曆史性機遇
來(lái)源: 浏覽人(rén)數(shù):13880 時(shí)間(jiān):2021/08/20
為(wèi)了完成《巴黎氣候協定》的目标,全球多(duō)數(shù)國家(jiā)已經明(míng)确了碳中和(hé)時(shí)間(jiān),基本設定為(wèi)2050年,碳中和(hé)目标堅定。中國預計(jì)于2030年前實現碳達峰,2060年前實現碳中和(hé),過渡時(shí)間(jiān)僅30年,較發達國家(jiā)更為(wèi)激進,意味着我們在節能減排的力度上(shàng)将會(huì)進一步加強。從能源供應角度看,當前全球能源供應仍以煤、石油、天然氣等化石能源為(wèi)主,截至2018年化石能源供應量占全球能源總供應量的80%以上(shàng),可(kě)再生(shēng)能源供應量尚不足20%。從碳排放的角度,發電(diàn)供熱、交通(tōng)運輸、工業生(shēng)産以及農業等是主要碳排放來(lái)源,占碳排放總量的80%左右。碳中和(hé)目标要求終端能源消費中提升電(diàn)力占比,為(wèi)實現碳中和(hé),至2050年,終端能源消費中電(diàn)力占比将從現在的20%提升至50%以上(shàng),而煤、石油和(hé)天然氣的消費占比将大(dà)幅下降。預計(jì)到2050 年全球發電(diàn)量中可(kě)再生(shēng)能源占比将超90%,其中風電(diàn)、光伏等可(kě)再生(shēng)能源占比将從10%提升至60%以上(shàng)。
中國是全球電(diàn)力生(shēng)産第一大(dà)國,發電(diàn)量約占全球發電(diàn)量總額的四分之一。而由于我國一直以來(lái)"富煤、缺油、少(shǎo)氣”的能源資源禀賦,決定了煤電(diàn)是我國長期不可(kě)或缺的主力電(diàn)源和(hé)基礎電(diàn)源。從中國電(diàn)源結構看,截至目前(2020年),火(huǒ)電(diàn)裝機容量占比超過60%,發電(diàn)量占比約70%。風光發電(diàn)裝機容量占比24.3%(2014 年為(wèi)8.8%),發電(diàn)量占比9.5%(2014 年為(wèi)3.2%)。“碳中和(hé)”目标推動我國能源結構加速轉型,憑借光伏發電(diàn)的成本(全球光伏發電(diàn)成本在過去十年累計(jì)下降了近90%)和(hé)低(dī)碳優勢,未來(lái)光伏發電(diàn)有(yǒu)望取代火(huǒ)電(diàn)成為(wèi)中國的第一大(dà)電(diàn)源。
碳中和(hé)遠期目标下,發電(diàn)端清潔能源占比提升和(hé)用電(diàn)端電(diàn)氣化比例提升是長期趨勢。
我國的電(diàn)網是世界上(shàng)電(diàn)壓等級最高(gāo)、輸送容量最大(dà)、線路長度最長的電(diàn)網,電(diàn)網的穩定性要求極高(gāo)。最細微的供需失衡也會(huì)導緻電(diàn)網的頻率波動,當供給大(dà)于需求則導緻頻率上(shàng)升,供給小(xiǎo)于需求則導緻頻率下降,同時(shí)電(diàn)網的頻率隻能限定在極小(xiǎo)的範圍內(nèi)波動。在傳統能源(火(huǒ)電(diàn))時(shí)代,煤電(diàn)和(hé)燃機擔當靈活性資源的角色,實時(shí)調節電(diàn)力的供需“天平”保證電(diàn)網穩定。相比傳統能源,風電(diàn)光伏具有(yǒu)天然波動性和(hé)不可(kě)預測性,當風光新能源大(dà)規模開(kāi)發并接入電(diàn)網後,其出力(理(lǐ)解為(wèi)發電(diàn))的天然波動性與間(jiān)歇性将對電(diàn)網的安全穩定與調節能力提出巨大(dà)挑戰,新能源(電(diàn)動)車(chē)的爆發也加大(dà)了電(diàn)力消費側的波動性。在碳中和(hé)目标指引下,以風光新能源高(gāo)比例接入和(hé)新能源汽車(chē)爆發為(wèi)代表的電(diàn)力生(shēng)産和(hé)消費方式正在發生(shēng)深刻的變化,這些(xiē)變化使得(de)電(diàn)力系統供需兩側的波動性加大(dà),增大(dà)了電(diàn)網運行(xíng)調度的難度(以火(huǒ)電(diàn)為(wèi)主體(tǐ)的傳統電(diàn)網系統無法同時(shí)處理(lǐ)電(diàn)源側與用電(diàn)側兩端的高(gāo)度波動),對電(diàn)網系統提出了嚴峻考驗。
自1882年人(rén)類發明(míng)交流電(diàn)以來(lái),電(diàn)力已經深刻改變了這個(gè)世界,傳統觀念中電(diàn)能最顯著的特點是産銷實時(shí)特性,絕大(dà)部分電(diàn)能在生(shēng)産出的那(nà)一刻就需要被使用,而無法被儲存。儲能的出現讓電(diàn)力可(kě)以被存儲,可(kě)以看做(zuò)是“電(diàn)力倉庫”,儲能就是指将電(diàn)能轉化為(wèi)其他形式的能量存儲起來(lái),并在需要時(shí)轉化,通(tōng)過電(diàn)力時(shí)移維持電(diàn)網平衡。以光伏發電(diàn)系統為(wèi)例,由于光伏發電(diàn)受自然資源禀賦限制(zhì),出力曲線天然具有(yǒu)波動性、間(jiān)歇性,無法很(hěn)好地與需求曲線匹配,因此并網後容易加大(dà)電(diàn)網的消納負擔。加裝儲能後,儲能可(kě)通(tōng)過快速的充放電(diàn),在發電(diàn)功率低(dī)時(shí)放電(diàn),在功率高(gāo)時(shí)充電(diàn),調節電(diàn)源與負荷端的功率差,實現用電(diàn)與發電(diàn)的高(gāo)度匹配。儲能一方面在發電(diàn)側配套可(kě)以大(dà)幅提升新能源的并網友(yǒu)好性,減輕電(diàn)源側對電(diàn)網的負擔,另一方面可(kě)通(tōng)過調峰調頻等應用,參與電(diàn)力系統的整體(tǐ)調度,為(wèi)電(diàn)網系統提供關鍵的靈活調節能力。因此,儲能不僅使得(de)新能源成為(wèi)電(diàn)網友(yǒu)好型的優質電(diàn)源,還(hái)能幫助新能源實現多(duō)種價值,包括平滑出力曲線、提供輔助服務。可(kě)以說儲能是風光新能源發電(diàn)占比提升過程中必備的剛需資産。
從全球情況來(lái)看,2020年随着全球能源結構調整加速,大(dà)規模電(diàn)網及發電(diàn)側儲能應用驅動,行(xíng)業進一步迎來(lái)高(gāo)質量的增長,是新能源賽道(dào)上(shàng)景氣度很(hěn)高(gāo)的細分領域。中國、歐美及日韓是主要應用儲能的國家(jiā),是全球儲能系統規模化應用的主要推動者。以美國為(wèi)例,美國戶用光伏在過去10年中增勢兇猛,而另一方面美國儲能市場(chǎng)也伴随着地方政策性補助的實施以及風光發電(diàn)的發展蓬勃向前,戶用儲能伴随戶用光伏裝機量的上(shàng)升以及特斯拉PowerWall的普及進入高(gāo)速增長期,從全球新能源發展進度也能看出,新能源發電(diàn)滲透率的提升将加大(dà)對儲能端的需求。
從中國的情況來(lái)看,2021年是我國儲能的又一個(gè)大(dà)年,7月19日出台了《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》,再次明(míng)确儲能獨立市場(chǎng)地位,這是繼2017年産業發展指導意見後另一個(gè)系統的指導性文件,對電(diàn)力系統各環節儲能應用給予了規劃引導與保障支持,提出2025年30GW的累積裝機指标,明(míng)确到2030年實現新型儲能全面市場(chǎng)化發展,為(wèi)未來(lái)儲能産業發展指出了明(míng)确的路徑。指導意見是“十四五”時(shí)期的第一份儲能産業綜合性政策文件,對行(xíng)業發展重大(dà)利好。7月29日,國家(jiā)發改委印發《關于進一步完善分時(shí)電(diàn)價機制(zhì)的通(tōng)知》,提出合理(lǐ)拉大(dà)峰谷電(diàn)價價差,科學劃分峰谷時(shí)段,實施季節性電(diàn)價等,對電(diàn)化學等新型儲能而言,通(tōng)過用戶側的電(diàn)價給予支持,儲能就可(kě)以有(yǒu)更多(duō)應用場(chǎng)景,建立商業模式。8月10日,國家(jiā)發展改革委、國家(jiā)能源局發布《關于鼓勵可(kě)再生(shēng)能源發電(diàn)企業自建或購買調峰能力增加并網規模的通(tōng)知》,提出在電(diàn)網企業承擔可(kě)再生(shēng)能源保障性并網責任的基礎上(shàng),鼓勵發電(diàn)企業通(tōng)過自建或購買調峰儲能能力的方式,增加可(kě)再生(shēng)能源發電(diàn)裝機并網規模。儲能行(xíng)業各項政策的陸續出台,對行(xíng)業發展形成重大(dà)利好。
從儲能技(jì)術(shù)本身的發展來(lái)看,儲能技(jì)術(shù)主要分為(wèi)熱儲能、電(diàn)儲能與氫儲能,電(diàn)儲能又可(kě)分為(wèi)電(diàn)化學儲能和(hé)機械儲能(主要是抽水(shuǐ)蓄能)兩大(dà)流派。根據正負極材質的不同,電(diàn)化學儲能技(jì)術(shù)路線衆多(duō)(锂離子電(diàn)池、鉛蓄電(diàn)池與納硫電(diàn)池等),目前锂離子電(diàn)池優勢比較明(míng)顯。儲能系統的核心需求在于高(gāo)安全、長壽命和(hé)低(dī)成本。成本下降永遠是新能源普及的前提,對于儲能亦是如此。從成本的角度考慮,目前隻有(yǒu)鉛蓄電(diàn)池的度電(diàn)成本低(dī)于锂離子電(diàn)池,但(dàn)鉛蓄電(diàn)池能量密度與功率密度偏低(dī),無法适配需要快速放電(diàn)的調頻場(chǎng)景。除成本考量外,其他電(diàn)池技(jì)術(shù)路線亦在技(jì)術(shù)成熟度、能量效率方面有(yǒu)一定缺陷,因此綜合來(lái)看,目前锂離子電(diàn)池是比較适用電(diàn)化學存儲場(chǎng)景的技(jì)術(shù)路線。
按照正極材料的類型劃分,锂離子電(diàn)池又分為(wèi)磷酸鐵(tiě)锂和(hé)三元锂,其中,磷酸鐵(tiě)锂相對三元锂更适合儲能場(chǎng)景(2019年我國電(diàn)力系統儲能锂電(diàn)池出貨量中磷酸鐵(tiě)锂電(diàn)池占比達90%以上(shàng)),磷酸鐵(tiě)锂優勢在于熱穩定性強,材料結構穩定性高(gāo),因此安全可(kě)靠性、循環壽命及全周期成本優于三元锂電(diàn)池。雖然磷酸鐵(tiě)锂電(diàn)池能量密度低(dī)于三元锂電(diàn)池,但(dàn)相對動力系統,儲能系統對尺寸及重量設計(jì)要求低(dī),對沖了磷酸鐵(tiě)锂電(diàn)池在靈活性上(shàng)的劣勢。近幾年,随着锂電(diàn)池技(jì)術(shù)的快速升級,锂離子電(diàn)池包單價在過去十年下降了近90%以上(shàng),帶動電(diàn)化學儲能系統成本大(dà)幅下降,提高(gāo)整體(tǐ)經濟效益,是儲能快速規模化應用的重要驅動力。
在具體(tǐ)應用情況中,我國用電(diàn)負荷比較集中的是東南沿海地區(qū)的城市,而中西部地區(qū)的新能源光伏/風電(diàn)産出比較大(dà),在不能就地消納的情況下,發展“光伏/風電(diàn)+儲能”一體(tǐ)化協調電(diàn)站(zhàn),解決間(jiān)歇性、不穩定性發電(diàn)的消納問題,避免棄光、棄風造成資源浪費。另外,在用電(diàn)負荷比較大(dà)、比較集中的東南地區(qū),發展“分布式光伏/分散式風電(diàn)+儲能+電(diàn)動車(chē)充電(diàn)一體(tǐ)化”的多(duō)能互補電(diàn)站(zhàn),可(kě)以解決新能源汽車(chē)充電(diàn)站(zhàn)配電(diàn)容量不足,拓展電(diàn)動車(chē)反向送電(diàn)給電(diàn)網的新型儲能系統。這種多(duō)能協調+互補的“綜合能源服務”模式是未來(lái)的重要發展方向,經濟效益将非常可(kě)觀。
預計(jì)至2025年國內(nèi)發電(diàn)側、電(diàn)網側、用電(diàn)側以及國外用戶側對應的儲能需求将有(yǒu)較大(dà)的增長空(kōng)間(jiān),在這個(gè)過程中,若儲能成本進一步下降,預計(jì)更多(duō)需求将被激發,需求增加對市場(chǎng)空(kōng)間(jiān)的影(yǐng)響可(kě)能會(huì)遠超價格下降,屆時(shí)市場(chǎng)規模将進一步放大(dà)。電(diàn)化學儲能産業鏈主要分為(wèi)上(shàng)、中、下遊三個(gè)環節,上(shàng)遊主要包括電(diàn)池原材料及生(shēng)産設備供應商等,中遊主要為(wèi)電(diàn)池管理(lǐ)系統(含電(diàn)池模組和(hé)電(diàn)池管理(lǐ)系統)、儲能逆變器(qì)(PCS)、能量管理(lǐ)系統(EMS)以及其他硬件系統;下遊主要為(wèi)儲能系統集成商、安裝商以及終端用戶等。其中,電(diàn)池模組價值量最高(gāo)(60%)。電(diàn)芯質量(能量密度、循環次數(shù)、溫度适應性及安全性等),直接影(yǐng)響整個(gè)儲能系統的運行(xíng)與效率,因此也是決定儲能系統投資回報率的關鍵要素。儲能逆變器(qì)價值量排名第二(15-20%)。儲能逆變器(qì)技(jì)術(shù)原理(lǐ)與光伏逆變器(qì)類似,核心都是将可(kě)再生(shēng)能源産生(shēng)的直流電(diàn)轉化為(wèi)交流電(diàn)。但(dàn)儲能逆變器(qì)的功能更加多(duō)元,涉及系統充放電(diàn)、能量管理(lǐ)、離網運行(xíng)、無功能力及調頻等多(duō)項功能,強調支撐功能與靈活性,是儲能系統中具備智能化控制(zhì)能力的環節。
新能源汽車(chē)的戰火(huǒ)在中國市場(chǎng)已經燃起多(duō)時(shí),而在美國市場(chǎng),這把火(huǒ)也開(kāi)始越燒越旺。8月4日,美國白宮舉行(xíng)了一場(chǎng)以汽車(chē)電(diàn)動化為(wèi)主題的活動,在這場(chǎng)活動上(shàng),美國總統拜登簽署了一項行(xíng)政命令,目标是在2030年銷售的所有(yǒu)新車(chē)中,零排放的汽車(chē)(包括純電(diàn)、插混和(hé)燃料電(diàn)池車(chē))占新車(chē)銷售總份額的50%,正如白宮申明(míng)中提到的,全球汽車(chē)行(xíng)業正在加速向電(diàn)動化轉變,在全球碳中和(hé)的大(dà)背景下,新能源車(chē)代替燃油車(chē)以減輕碳排放壓力已經成為(wèi)全球共識。
能源是人(rén)類社會(huì)發展的基石和(hé)動力。人(rén)類對能源的需求牽引着能源技(jì)術(shù)的革新與革命,而能源技(jì)術(shù)的革新與革命又影(yǐng)響着人(rén)類的生(shēng)産模式、生(shēng)活方式和(hé)社會(huì)管理(lǐ),促進人(rén)類社會(huì)發展。展望未來(lái),世界能源發展将日益呈現出多(duō)元化、低(dī)碳化、智能化和(hé)分布式等特征。在未來(lái)的大(dà)國競争中,能源的安全是重要的基礎能力,為(wèi)此,世界各主要國家(jiā)都在部署能源戰略,競相占領能源戰略制(zhì)高(gāo)點,以争取掌握在未來(lái)競争中的主動權。在人(rén)類能源運用重大(dà)戰略機遇面前,在新能源爆發的當下,儲能這一重要方向正在迎來(lái)曆史性機遇。
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