2021年,隨著以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略的確立,儲能在整個電力系統(tǒng)的戰(zhàn)略地位,正在得到進一步彰顯。
4月21日,國家發(fā)改委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)了《關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見(征求意見稿)》。對未來五年儲能的規(guī)模、發(fā)展機制等方面做出了明確。新的政策春風下,掣肘儲能行業(yè)發(fā)展的商業(yè)模式,也迎來新的歷史機遇期。
一、新型儲能技術有望在更多應用場景展現價值
按照能量的存儲方式,儲能技術可分為化學儲能(如鈉硫電池、液流電池、鉛酸電池、鋰電池等電化學儲能及氫儲能)、電磁儲能(如超導電磁儲能、超級電容器等)、物理儲能(如抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能)、儲熱(如顯熱、潛熱、化學儲熱)等。
據不完全統(tǒng)計,目前全球發(fā)展最成熟、裝機規(guī)模最大的儲能是抽水蓄能,電化學儲能緊隨其后。同時,以氫儲能技術、儲熱/冷技術、壓縮空氣儲能技術為代表的新型儲能技術也在越來越多的應用場景展現價值。
1、商業(yè)化應用的儲能技術
抽水蓄能技術是目前技術最成熟、應用最廣泛的能量型儲能技術,具有規(guī)模大、壽命長、運行費用低等優(yōu)點,具備調峰、調頻、黑啟動等功能,但其建設周期較長,且需要適宜的地理資源條件。抽水蓄能技術在我國的應用已較成熟。截至2020年年底,全國在運抽水蓄能電站總裝機容量3146萬千瓦,可開發(fā)站址資源約1.6億千瓦。
電化學儲能技術主要通過電池內部不同材料間的可逆電化學反應實現電能與化學能的相互轉化,電池類型主要有鋰離子電池、鉛蓄電池、液流電池和鈉硫電池等。電化學儲能響應速度快,主要作為功率型儲能技術應用。目前,電化學儲能應用已覆蓋電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié),能夠滿足多樣化的場景需求。全生命周期成本、安全問題是在推廣應用電化學儲能過程中應持續(xù)關注的問題。
一方面,儲能系統(tǒng)安全問題涉及儲能系統(tǒng)設計選型、生產制造、施工等多個環(huán)節(jié),需盡快推進儲能安全標準體系建設;另一方面,還需進一步完善市場機制和價格機制,確保儲能工程質量和安全。
2、新型儲能技術
近年來,隨著儲能產業(yè)的發(fā)展,多種新型儲能技術不斷突破,在越來越多的場景實現示范應用,主要有儲熱技術、氫儲能技術、電磁儲能和飛輪儲能等。
儲熱技術屬于能量型儲能技術,能量密度高、成本低、壽命長、利用方式多樣、綜合熱利用效率高,在可再生能源消納、清潔供暖及太陽能光熱電站儲能系統(tǒng)應用領域均可發(fā)揮較大作用。
近年來,備受關注的儲熱技術主要有熔融鹽儲熱技術和高溫相變儲熱技術。熔融鹽儲熱技術的主要優(yōu)點是規(guī)模大,方便配合常規(guī)燃氣機使用,主要應用于大型塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)和槽式光熱發(fā)電系統(tǒng)。
高溫相變儲熱技術具有能量密度高、系統(tǒng)體積小、儲熱和釋熱溫度基本恒定、成本低廉、壽命較長等優(yōu)點,也是目前研究的熱點。該技術適用于新能源消納、集中/分布式電制熱清潔供暖、工業(yè)高品質供熱供冷,同時可作為規(guī)?;膬嶝摵?,為電網提供需求側響應等輔助服務,目前已應用于民用供熱領域,并逐步向對供能有更高需求的工業(yè)供熱領域拓展。
氫儲能技術是通過電解水制取氫氣,將氫氣存儲或通過管道運輸,有用能需求時通過燃料電池進行熱(冷)電聯(lián)供的能源利用方式。該技術適用于大規(guī)模儲能和長周期能量調節(jié),是實現電、氣、交通等多類型能源互聯(lián)的關鍵。氫儲能技術主要包含電解制氫、儲氫及燃料電池發(fā)電技術。該技術可用于新能源消納、削峰填谷、熱(冷)電聯(lián)供,以及備用電源等諸多場景。
在國內,氫儲能技術目前還處于示范應用階段。全球能源互聯(lián)網研究院有限公司作為該技術的核心研發(fā)單位,正與各省級電力公司開展氫能技術聯(lián)合攻關,并在多地開展不同場景的示范應用,如和國網安徽電力在六安建設的國內首個兆瓦級固體聚合物電解水制氫及燃料電池發(fā)電示范項目,以及與國網浙江電力在臺州市椒江區(qū)大陳島建設的“綠氫”綜合能源系統(tǒng)示范工程等。
電磁儲能和飛輪儲能屬于功率型儲能技術。電磁儲能中,超導電磁儲能功率特性好,但能量密度較低、成本高;超級電容器功率密度高,充放電循環(huán)次數達十萬甚至數百萬次,但儲能密度較低,成本高。飛輪儲能壽命長,對環(huán)境無不良影響,但自放電率高、成本高。這些儲能技術離實現大規(guī)模商業(yè)應用尚有一段距離。
二、規(guī)?;瘍δ芗夹g將向多元化方向發(fā)展
綜合考慮技術成熟度與場景適用性,各種儲能技術將在不同應用領域發(fā)揮更大作用。
抽水蓄能技術已經比較成熟,在儲能應用中將持續(xù)保持高占比。電化學儲能技術響應速度快,可滿足多樣化場景需求,是電力行業(yè)發(fā)展的新焦點。儲熱技術相比其他儲能技術,在電供暖、電供熱、工業(yè)高溫供熱等熱能利用市場有更好的經濟性,同時在電力輔助服務市場及綜合能源服務等領域均有應用價值和市場空間。
氫儲能技術是極具發(fā)展?jié)摿Φ囊?guī)模化儲能技術,有望在可再生能源消納、電網削峰填谷、用戶冷熱電氣聯(lián)供等場合推廣應用。
隨著儲能技術研發(fā)的推進,以及市場機制的逐步完善,綜合經濟效益將是影響儲能技術大規(guī)模推廣的重要因素。未來,儲能材料會朝著低成本、高儲能密度、高循環(huán)穩(wěn)定性、長周期存儲的方向發(fā)展。儲能裝置的發(fā)展也將從關注單體設備效率、成本,轉向滿足差異性需求的高品質供能、儲用協(xié)調方向。規(guī)?;瘍δ芗夹g將從單純供能轉向兼顧電網輔助服務和綜合能源服務的多元化用能。儲能將為構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)提供有力支撐,助力碳達峰、碳中和目標實現。
我們如何看待2025年我國3000萬千瓦的新型儲能裝機規(guī)模?電網側獨立儲能電站容量電價機制又將為儲能行業(yè)帶來哪些商業(yè)模式創(chuàng)新?日前,記者采訪了中關村儲能產業(yè)技術聯(lián)盟秘書長劉為。
三、商業(yè)模式突圍
記者:日前,國家發(fā)改委、國家能源局發(fā)布了《關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見(征求意見稿)》(以下簡稱《新型儲能指導意見》)。《新型儲能指導意見》首次從國家層面明確和量化了儲能產業(yè)發(fā)展目標,預計到2025年實現新型儲能裝機規(guī)模將達到3000萬千瓦以上(30GW+)。您如何看待3000萬千瓦這個數字?儲能規(guī)模的擴張,為行業(yè)帶來哪些利好?
劉為:《新型儲能指導意見》首次從國家層面明確和量化了儲能產業(yè)發(fā)展目標,預計到2025年實現新型儲能裝機規(guī)模將達到3000萬千瓦以上(30GW+)。從2020年底的3.28GW到2025年的30GW,未來五年,新型儲能市場規(guī)模要擴大至目前水平的10倍,年均復合增長率超過55%。這一規(guī)??偭考霸鲩L速度,與中關村儲能產業(yè)技術聯(lián)盟發(fā)布的《儲能產業(yè)研究白皮書2021》中的預測大體一致。根據CNESA預測,保守場景下我們認為電化學儲能的復合增長率會保持在57%左右,理想場景下會超過70%,即到2025年的儲能裝機總量將分別達到35.5GW和55.8GW,可以預見無論是哪種場景,十四五期間儲能都將實現高速跨越式發(fā)展,以規(guī)模效應帶動產業(yè)實現全面市場化發(fā)展,到2030年,新型儲能裝機規(guī)?;緷M足新型電力系統(tǒng)相應需求,成為能源領域碳達峰、碳中和的關鍵支撐之一。我國新型儲能裝機規(guī)模目標的首次量化明確,極大提振了產業(yè)發(fā)展的信心,也為社會以及資本釋放了積極政策信號,將引導社會資本流入技術及產業(yè),為產業(yè)的規(guī)?;l(fā)展創(chuàng)造更加有利的外部環(huán)境。
記者:長期以來,儲能一直被成熟的商業(yè)模式所掣肘,由政策驅動轉為市場驅動,也成為儲能行業(yè)必須跨過的門檻?!缎滦蛢δ苤笇б庖姟访鞔_提出“建立電網側獨立儲能電站容量電價機制”,新的電價機制下,商業(yè)模式是否有望突破?
劉為:《新型儲能指導意見》首次提出建立電網側獨立儲能電站容量電價機制。對標抽水蓄能,首次明確提出容量電價,對于建立新型儲能價格機制具有里程碑式的意義。容量電價機制的設立,在電力市場改革的過渡階段,對規(guī)模化儲能在系統(tǒng)中發(fā)揮的調節(jié)作用給與了價值出口,突破了儲能價格機制的政策瓶頸,也為后續(xù)建立容量市場打下了基礎。隨著各地政策的實施,將極大地促進獨立儲能電站構建新的商業(yè)模式。
記者:近年來,儲能逐步深度參與電力市場交易,特別是輔助服務市場中,儲能應用場景也日趨多元化。相對于火電調峰調頻,儲能參與輔助服務市場的優(yōu)勢在哪里?《新型儲能指導意見》落地后,儲能參與輔助服務市場將面臨怎樣的機遇期?
劉為:調峰方面,我國煤電機組的調峰能力不足,目前純凝煤電機組調峰能力大約50%,熱電聯(lián)機組調峰能力只有約30%。與燃煤發(fā)電機組相比,燃氣機組啟停時間短,響應速度快,不受最小出力約束,可作為最佳的調峰電源,但中國天然氣對外依存度超過45%,投資成本約為3300元/kW,度電成本較高。
調頻方面,火電機組調頻存在響應時滯長、機組爬坡速率低,只有1~3%/min,電池儲能可以在2s內完成指定功率輸出,從調節(jié)速率角度,儲能調頻效果平均可達燃氣機組2.5倍、燃煤機組25倍。
在成熟的歐美電力市場,儲能往往能夠在電力輔助服務市場獲得2-9種疊加收益。我國的電力市場化改革正在進行的過程中,當前各區(qū)域和地方電力市場規(guī)則基本解決了儲能參與輔助服務市場的身份問題,初步掃除了參與市場交易的阻力。但是,輔助服務儲能應用仍面臨很多問題和挑戰(zhàn):比如需要確定輔助服務調用需求,公開市場規(guī)模預期,在效益最優(yōu)的原則下公平調用儲能系統(tǒng)提供服務并參與市場競爭。全面遵循按效果付費機制,利用市場規(guī)則反映儲能靈活調節(jié)能力價值。按照“誰收益,誰承擔”和“誰肇事,誰承擔”的原則,合理分攤支付輔助服務費用,市場考核機制和分攤機制實現有效整合?!缎滦蛢δ苤笇б庖姟愤M一步明確了儲能獨立市場主體地位,對儲能參與各類電力市場的準入條件、交易機制和技術標準提出了研究制定的要求,為儲能實現多重收益給與了身份保障,明確了執(zhí)行路徑,將極大地促進儲能在輔助服務市場發(fā)現價值,并促進未來與電力現貨市場深度融合,實現綠色能源電能量價格和使用綠色能源所需輔助服務費用的合理疏導,形成市場長效機制。
四、儲能戰(zhàn)略機遇期
記者:當前,我國儲能電站的投資回報周期大致情況如何?隨著《新型儲能指導意見》的逐步落地實施,儲能投資哪些領域將迎來新風口?
劉為:國內,受政策波動大、機制不健全、商業(yè)模式不成熟等因素影響,各類儲能電站投資回報不容樂觀:可再生能源側,大部分地區(qū)尚未實現新能源平價上網,新能源配套建設儲能進一步惡化了經濟性,無論是單一可再生能源場站配套儲能還是“共享儲能”模式,新能源配套儲能缺乏商業(yè)模式和價格傳導機制;火儲聯(lián)合調頻領域,不同地區(qū)調頻項目的差異性比較大,經濟效益普遍較好(比如廣東3年內可收回成本),但面臨政策調整頻繁、補償標準下降風險;電網側儲能投資成本比較高,主要采取經營租賃、合同能源管理模式展開,儲能資產不計入輸配電價,也不能從輔助服務領域回收成本,經濟性受到較大影響;用戶側儲能市場化程度最高,主要靠峰谷價差獲利,但收益來源單一,在北京、江蘇、廣東等工商業(yè)峰谷電價價差大的省份,經濟性相對較好。
隨著《新型儲能指導意見》的發(fā)布,對資本市場釋放了強烈的政策信號。加之各類儲能商業(yè)模式在不斷創(chuàng)新,比如獨立儲能電站、共享儲能電站等模式,對吸引各類資本加碼儲能賽道,將起到非常積極的促進作用。風險投資機構、天使投資比較關注各類技術創(chuàng)新公司,如物理儲能壓縮空氣、飛輪等,化學儲能鋰電、液流電池、鈉離子電池、固態(tài)電池等,以及集成技術公司,而銀行、融資租賃方對各類儲能應用項目的債權融資也顯示出更高的積極性。
記者:隨著《新型儲能指導意見》實施,儲能企業(yè)需要做哪方面的準備?對此,您有怎樣的建議?
劉為:隨著《新型儲能指導意見》的發(fā)布,地方政府也將陸續(xù)出臺細則性政策文件,“十四五”期間儲能將迎來最好的發(fā)展窗口期,儲能企業(yè)如何抓住歷史機遇,在競爭中勝出,一方面要持續(xù)練好內功,在技術指標、產品性能方面不斷提升,從項目實踐運行中總結經驗,不斷反哺產品研發(fā),做好技術迭代,差異化技術做的好的企業(yè)必能嶄露頭角;另一方面企業(yè)要把安全這個核心點做好做扎實,適當提高安全準入標準,杜絕出現影響整個行業(yè)的重大事故,應在堅守安全底線的基礎上,通過技術的優(yōu)越性實現成本最低,推動實現風儲和光儲平價進程,率先做到平價者必將在市場競爭中勝出;最后,企業(yè)要深入研究各類細分應用場景,積極探索、構建創(chuàng)新商業(yè)模式,積極整合上下游各方資源,比如與資本方、業(yè)主方等各參與方的利益聯(lián)動起來實現共贏。
原標題:儲能在新型電力系統(tǒng)中的技術路徑、應用場景和商業(yè)模式