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新型储能技术调和「间歇性能源」供电波动

随着可再生能源在整体能源结构中所占份额的增加，电力供应的间歇性和可调度性问题正在成为脱碳电网的核心问题。储能的意义在于，在清洁能源输出功率高时，将多余电力转换为其他能源形式加以储存，并在输出功率下降时释放，以弥补电力缺口。一些学者认为，当渗透率低于电网需求的20％，可再生能源通常不会严重改变经济状况；当渗透率超过20％，储能变得极其重要。

△ 储能使得负荷转移成为可能，从而提高供电效率（来源：EOS）

能量存储技术来通常能被归为以下几种类型——机械存储（e．g． 飞轮，压缩空气）、热能存储（e．g． ）、化学能存储、电化学能存储（e．g． 电池）和电能存储。能量储存往往意味着将能量从难以储存的形式转换为更方便或更经济地储存形式。可充电电池储存化学能，易转化为电能；水电大坝将能量作为重力势能储存在水库中；化石燃料储存远古生物从阳光中获得的能量。

△ 储能技术分类（来源：European Commission）

能量存储设施的主要技术特征通常以容量、功率和响应时间三大维度衡量。一些技术能够实现短期能量存储，例如飞轮或电池，而另一些技术则能延长存储时长，例如储氢。截至目前，大容量储能仍由抽水蓄能水电主导。抽水蓄能的限制在于较高的地形（高度差）要求，极高的占地面积和相对较低的功率。

△ 2015年储能技术放电时间及容量比较（来源：RMIT University School of Engineering）

△ 2018年储能技术放电时间及容量比较（来源：化学工业出版社）

相比之下，电池存储的优势在于其模块化和分布式的部署方式。不过，成本高昂、寿命有限使得电池被视为可调度电源的“弱替代品” 。此外，电池无法填补可再生能源长达数天、数周甚至数月的供电间隙。Varun Sivaram认为，储氢具有较大潜力——太阳能生产的多余电力能够将水分子分解成氧气和氢气。

西安交通大学教授何雅玲认为，相较于电化学和机械能存储技术，热能存储技术在使用寿命、成本和安全性方面具有优势，具有推广潜力。其中，显热储热成本较低、技术成熟，但是储热能力有限，潜热储热储热能力较强，但是目前受限于储热材料材料选择；热化学储热储热能力较大，但是技术尚未成熟。

尽管如此，截至目前，得益于价格竞争力和供应链成熟度方面占有优势，电池仍在新型储能市场占据主导地位。电池技术进步——尤其是锂离子电池的成本下降，正在推动储能市场发展。2021 年，磷酸铁锂（LFP）在固定存储的应用中首次超过镍锰钴（NMC）化学品。BNEF预计，电池在新型储能市场的主导地位将至少持续至本世纪30年代，“2021年至2030年，全球新增储能容量将超过日本2020年总发电量，中美两国将主导储能市场，二者全球储能装置占比在2030年将超五成”。

△ 2010年－2035年锂离子电池价格变化及预测（来源：BNEF）

今年以来，持续高涨的大宗商品价格加剧了电池储能成本压力。在此背景下，BNEF将2022年美国储能部署规模预测下调29％至5．4GW／11．7GWh。

△ 2022年美国储能部署预测规模降幅高达29％（来源：BNEF）

事实上，在今年4月在纽约举行的BNEF峰会上，Trina Storage北美市场负责人Trina Storage指出，早在通胀危机之前，储能行业便面临供应链限制——由于产业市场规模导致的订单体量差异，顶级电池制造商倾向于优先考虑电动汽车客户而不是储能系统客户。

△ 锂离子电池需求结构（来源：BNEF）

中国正在制定规则以吸引基于电池的新能源存储设施投资以加速脱碳进程。自新冠疫情爆发以来，中国固定存储市场增长迅速。一项BNEF于2020年开展的关于固定存储系统电池供应商原产国的调查结果显示，中国固定存储系统电池全球市占率从2019年的35％攀升至2020年的69％，同期，第二大原产国韩国市占率从39％萎缩至22％，美国市占率从17％收缩至3％，这一占比在日本更是从9％骤降至微不足道的2％。

△ 2019年和2020年固定存储系统电池市场结构（来源：BNEF）

除了公共事业规模（Utility－Scale）储能，建于住宅和商业等客户端分布式电池也被纳入储能装置范围内。BNEF认为，到2030年，基于家庭和企业的储能将占全球储能装置的四分之一。截至目前，德国和日本为该领域主要市场。

△ 基于功率输出计算的委托储能结构（来源：BNEF）

值得注意的是，V2G（Vehicle－to－grid），即车电联网，能够使电动汽车——电池电动汽车（BEV）、插电式混合动力汽车（PHEV）以及氢燃料汽车，作为本地化储能单位向电网销售需求响应服务。不过，由于V2G需要配备诸如双向逆变器等专用硬件，电池充电周期数有限，增长的循环次数可能导致电池退化并且影响电池寿命。因此，V2G的经济可行性取决于电池磨损是否超过其创造的经济效益。

整体而言，储能技术的成本效益将是克服可再生能源供电波动的关键。

后能源危机时代，能源依赖带来的危机心态，以及清洁能源不断凸显的价格竞争力，或将加速西方经济体脱碳进程。随着清洁能源在供电系统中的渗透率持续提升，电网调峰和电力储能需求势必随之增加，而这将为中国光伏储能制造厂商带来更为巨大的产业机遇。

△ 2010年－2021年清洁能源发电成本降幅（来源：IRENA）

△ 可再生能源与化石燃料发电价格（来源：IRENA）

参考资料：

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：

Reuters． 2022． Analysis： Forget showering， it＇s eat or heat for shocked Europeans hit by energy crisis． ［online］ Available at：

BBC． 2022． Why are global gas prices so high？． ［online］ Available at：

Australian Financial Review． 2022． US utilities halt coal power closures in clean energy setback． ［online］ Available at：

European Commission． 2017． Energy storage – the role of electricity． ［online］ Available at：

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       原文标题 : 「气荒」西欧，押注新型储能和虚拟电厂