儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

發(fā)布日期:2023-11-29

核心提示:近十幾年來,隨著能源轉(zhuǎn)型的持續(xù)推進(jìn),作為推動(dòng)可再生能源從替代能源走向主體能源的關(guān)鍵,儲(chǔ)能技術(shù)受到了業(yè)界的高度關(guān)注。2019年
近十幾年來,隨著能源轉(zhuǎn)型的持續(xù)推進(jìn),作為推動(dòng)可再生能源從替代能源走向主體能源的關(guān)鍵,儲(chǔ)能技術(shù)受到了業(yè)界的高度關(guān)注。2019年,全球儲(chǔ)能增速放緩,呈理性回落態(tài)勢(shì),為儲(chǔ)能未來發(fā)展留下了調(diào)整空間。儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)在技術(shù)路線選擇、商業(yè)應(yīng)用與推廣、產(chǎn)業(yè)格局等方面仍存在很多不確定性。
1、儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

儲(chǔ)能涉及領(lǐng)域非常廣泛,根據(jù)儲(chǔ)能過程涉及的能的形式,可將儲(chǔ)能技術(shù)分為物理儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)能。物理儲(chǔ)能是通過物理變化將能儲(chǔ)存起來,可分為重力儲(chǔ)能、彈力儲(chǔ)能、動(dòng)能儲(chǔ)能、儲(chǔ)冷儲(chǔ)熱、超導(dǎo)儲(chǔ)能和超級(jí)電容器儲(chǔ)能等幾類。其中,超導(dǎo)儲(chǔ)能是唯一直接儲(chǔ)存電流的技術(shù)?;瘜W(xué)儲(chǔ)能是通過化學(xué)變化將能儲(chǔ)存于物質(zhì)中,包括二次電池儲(chǔ)能、液流電池儲(chǔ)能、氫儲(chǔ)能、化合物儲(chǔ)能、金屬儲(chǔ)能等,電化學(xué)儲(chǔ)能則是電池類儲(chǔ)能的總稱。

當(dāng)可再生能源成為市場(chǎng)主流之后,能源保障成為新的挑戰(zhàn),無論是規(guī)?;髢?chǔ)能技術(shù)自身的安全性與能量密度,還是災(zāi)害發(fā)生后由儲(chǔ)能配置引發(fā)次生災(zāi)害的可能性,目前已有的各項(xiàng)儲(chǔ)能技術(shù)都還達(dá)不到承擔(dān)超大規(guī)模能源戰(zhàn)略儲(chǔ)備的水平。從能量密度角度分析,未來最具可能性的超大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)方向是純化學(xué)儲(chǔ)能,如氫儲(chǔ)能、甲醇儲(chǔ)能、金屬儲(chǔ)能等。大型能源公司在開發(fā)超大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)方面具有一定資源優(yōu)勢(shì),可借此承擔(dān)大部分能源安全保障任務(wù)。

2、世界主要國家儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)政策與發(fā)展情況

隨著新能源產(chǎn)業(yè)的興起,儲(chǔ)能應(yīng)用日益受到世界各國的重視,由于各國技術(shù)發(fā)展階段不同,儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)政策各具特色。儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)初始階段,政府多采用稅收優(yōu)惠或補(bǔ)貼政策,促進(jìn)儲(chǔ)能成本下降和規(guī)模應(yīng)用;儲(chǔ)能應(yīng)用較廣泛時(shí),政府通常鼓勵(lì)儲(chǔ)能企業(yè)深入?yún)⑴c輔助服務(wù)市場(chǎng),以實(shí)現(xiàn)多重價(jià)值。

2.1 北美以政策和補(bǔ)貼鼓勵(lì)發(fā)展分布式儲(chǔ)能

近年來,美國各州關(guān)注儲(chǔ)能部署。美國能源和自然資源委員會(huì)推出的《更好的儲(chǔ)能技術(shù)法案》(BEST)修訂版由一系列儲(chǔ)能法案構(gòu)成,包括2019年《促進(jìn)電網(wǎng)儲(chǔ)能法案》《降低儲(chǔ)能成本法案》《聯(lián)合長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能法案》等,采購儲(chǔ)能系統(tǒng)流程、回收儲(chǔ)能系統(tǒng)材料(例如鋰、鈷、鎳和石墨)的激勵(lì)機(jī)制,以及聯(lián)邦能源管理委員會(huì)(FERC)制定的收回儲(chǔ)能系統(tǒng)部署成本的規(guī)則與流程。

美國加利福尼亞州計(jì)劃到2030年部署裝機(jī)容量達(dá)11~19GW的電池儲(chǔ)能系統(tǒng),建議采用持續(xù)放電時(shí)間為6~8小時(shí)的鋰離子電池;紐約州計(jì)劃到2030年部署裝機(jī)容量為3GW的儲(chǔ)能系統(tǒng);馬薩諸塞州確定2025年實(shí)現(xiàn)裝機(jī)容量達(dá)到1GW的儲(chǔ)能目標(biāo);弗吉尼亞州明確目標(biāo),2035年部署3.1GW儲(chǔ)能系統(tǒng),2050年實(shí)現(xiàn)100% 可再生能源,用戶必須從第三方儲(chǔ)能系統(tǒng)獲得超過1/3(35%)的儲(chǔ)能容量;內(nèi)華達(dá)州、新澤西州和俄勒岡州也制定了儲(chǔ)能目標(biāo)。各州還采取激勵(lì)措施支持儲(chǔ)能部署:俄勒岡州要求每家公用事業(yè)公司至少部署10MW·h 的儲(chǔ)能系統(tǒng)和1%的峰值負(fù)荷;加利福尼亞州將2020年部署裝機(jī)容量1325MW的目標(biāo)增加了500MW,并向儲(chǔ)能系統(tǒng)相關(guān)發(fā)電設(shè)施提供超5億美元的資助,為可能受到火災(zāi)影響的區(qū)域部署戶用儲(chǔ)能系統(tǒng)提供1000美元/(kW·h)資助。

在美國儲(chǔ)能市場(chǎng)處于領(lǐng)先地位的各州正在審查將儲(chǔ)能設(shè)備連接到電網(wǎng)的可行性,將儲(chǔ)能系統(tǒng)作為未來強(qiáng)大電網(wǎng)的關(guān)鍵組成部分,并對(duì)互聯(lián)過程中儲(chǔ)能系統(tǒng)部署有明確規(guī)定,以確保靈活性和響應(yīng)性。馬里蘭州、內(nèi)華達(dá)州、亞利桑那州和弗吉尼亞州都已采取措施,在互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)制定中解決儲(chǔ)能系統(tǒng)問題。明尼蘇達(dá)州、密歇根州和伊利諾伊州等就此展開了調(diào)研和對(duì)話。

稅收方面,美國政府為鼓勵(lì)綠色能源投資,2016年出臺(tái)了投資稅收減免(Investment Tax Credit,ITC)政策,提出先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)都可以申請(qǐng)投資稅收減免,可以通過獨(dú)立方式或并入微網(wǎng)和可再生能源發(fā)電系統(tǒng)等形式運(yùn)行。補(bǔ)貼方面,自發(fā)電激勵(lì)計(jì)劃(SGIP)是美國歷時(shí)最長(zhǎng)且最成功的分布式發(fā)電激勵(lì)政策之一,用于鼓勵(lì)用戶側(cè)分布式發(fā)電。儲(chǔ)能也被納入SGIP的支持范圍,儲(chǔ)能系統(tǒng)可獲得2美元/W 的補(bǔ)貼支持。SGIP至今經(jīng)歷多次調(diào)整和修改,對(duì)促進(jìn)分布式儲(chǔ)能發(fā)展發(fā)揮了重要作用。

加拿大許多地區(qū)緯度偏高,四季冰寒,儲(chǔ)能是其保障電力供應(yīng)的有效措施之一,應(yīng)用比較普遍。2018年4月,安大略省能源委員會(huì)(OEB)發(fā)布規(guī)劃以促進(jìn)包括儲(chǔ)能項(xiàng)目在內(nèi)的分布式能源開發(fā)。中立管理機(jī)構(gòu)獨(dú)立電力系統(tǒng)運(yùn)營公司(IESO)建議投資者重點(diǎn)關(guān)注能夠提供多重服務(wù)的細(xì)分領(lǐng)域,充分發(fā)揮儲(chǔ)能潛力。阿爾伯塔省計(jì)劃在2030年實(shí)現(xiàn)30%的電力由可再生能源供應(yīng)。

2.2 歐洲主要國家儲(chǔ)能部署已趨飽和,政策偏重引導(dǎo)新需求

歐洲電力市場(chǎng)的發(fā)展方向明確:更多的可再生能源、更便宜的儲(chǔ)能系統(tǒng)、更少的基本負(fù)荷,熱力和運(yùn)輸領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)電氣化。2019年,歐盟17個(gè)成員國成功實(shí)現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。對(duì)部署天然氣和柴油峰值發(fā)電設(shè)施的審查更加嚴(yán)格,儲(chǔ)能系統(tǒng)部署備受青睞。

補(bǔ)貼和光伏是歐洲儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最大推手。為了給可再生能源介入日益增高的歐洲電網(wǎng)做支撐,德國、荷蘭、奧地利和瑞士等國開始嘗試推動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)參與輔助服務(wù)市場(chǎng),為區(qū)域電力市場(chǎng)提供高價(jià)值服務(wù)。隨著分布式光伏的推廣,歐洲許多國家以補(bǔ)貼手段扶持本地用戶側(cè)儲(chǔ)能市場(chǎng),意大利實(shí)施了補(bǔ)貼及減稅政策。

歐盟制定了歐洲能源目標(biāo),旨在2050年實(shí)現(xiàn)“凈零”溫室氣體排放,因此需要大量部署儲(chǔ)能系統(tǒng)和其他靈活的可再生能源。到2040年,歐洲將擁有298GW的可變可再生能源發(fā)電能力,這需要裝機(jī)容量為118GW的靈活性發(fā)電設(shè)施來平衡系統(tǒng)波動(dòng),儲(chǔ)能將在其中起到重要作用。歐洲在儲(chǔ)能部署上先行一步,并獲得巨大成功,頻率響應(yīng)和其他電網(wǎng)服務(wù)已基本得到滿足,當(dāng)前歐洲儲(chǔ)能市場(chǎng)接近飽和,儲(chǔ)能發(fā)展放緩。

德國政府高度重視能源轉(zhuǎn)型,近10年一直致力于推動(dòng)本國能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型變革。為推動(dòng)儲(chǔ)能市場(chǎng)發(fā)展,德國采取一系列措施,包括逐年下降上網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)貼、高額零售電價(jià)、高比例可再生能源發(fā)電,以及德國復(fù)興信貸銀行提供的戶用儲(chǔ)能補(bǔ)貼等。2017年,為了鼓勵(lì)新市場(chǎng)主體參與二次調(diào)頻和分鐘級(jí)備用市場(chǎng),市場(chǎng)監(jiān)管者簡(jiǎn)化了參與兩個(gè)市場(chǎng)的申報(bào)程序,為電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能應(yīng)用由一次調(diào)頻轉(zhuǎn)向上述二次調(diào)頻和分鐘級(jí)備用等兩個(gè)市場(chǎng)做準(zhǔn)備。

此外,德國政府部署了大量電化學(xué)儲(chǔ)能、儲(chǔ)熱、制氫與燃料電池研發(fā)和應(yīng)用示范項(xiàng)目,使儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用成為能源轉(zhuǎn)型的支柱之一。例如,位于柏林市區(qū)西南的歐瑞府零碳能源科技園區(qū),占地面積5.5×104m2,共25幢建筑,建筑面積約16.5×104m2,園區(qū)80%~95%的能源從可再生能源中獲得,采用了一系列先進(jìn)的智能化能源管理,具體包括光伏、風(fēng)電、地?zé)?、沼氣熱電?lián)產(chǎn)、儲(chǔ)熱儲(chǔ)冷及熱泵等多能聯(lián)供模式,無人駕駛公交車和清掃機(jī)器人、無線充電及智能充電等高新技術(shù),獲得LEED能源性能標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證及鉑金評(píng)級(jí)的低能耗綠色建筑,提供靈活性的儲(chǔ)能電站和智能管理負(fù)荷的微電網(wǎng)等。整個(gè)園區(qū)成為集低碳城市理念展示、科技創(chuàng)新平臺(tái)為一體的產(chǎn)學(xué)研一體化的新能源和低碳技術(shù)產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈,智慧能源與零碳技術(shù)有機(jī)融合,2013年獲“聯(lián)合國全球城市更新最佳實(shí)踐”獎(jiǎng),成為德國能源轉(zhuǎn)型的創(chuàng)意靈感象征。

2016年以來,英國大幅推進(jìn)儲(chǔ)能相關(guān)政策及電力市場(chǎng)規(guī)則的修訂工作。政府將儲(chǔ)能定義為其工業(yè)戰(zhàn)略的一個(gè)重要組成部分,制定了一系列推動(dòng)儲(chǔ)能發(fā)展的行動(dòng)方案,明確儲(chǔ)能資產(chǎn)的定義、屬性、所有權(quán)及減少市場(chǎng)進(jìn)入障礙等,為儲(chǔ)能市場(chǎng)的大規(guī)模發(fā)展注入強(qiáng)心劑。英國政府提議,降低準(zhǔn)入機(jī)制,取消裝機(jī)容量50MW以上儲(chǔ)能項(xiàng)目的政府審批程序,消除電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)部署的重大障礙。另外取消了光伏發(fā)電補(bǔ)貼政策,客觀上刺激了戶用儲(chǔ)能的發(fā)展。

2.3 亞洲主要國家儲(chǔ)能分散部署為主,政策與補(bǔ)貼關(guān)注戶用與交通儲(chǔ)能

亞洲儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)主要分布在中國、日本、印度和韓國。2016年4月,日本政府發(fā)布《能源環(huán)境技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略2050》對(duì)儲(chǔ)能做出部署,提出研究低成本、安全可靠的快速充放電先進(jìn)電池技術(shù),使其能量密度達(dá)到現(xiàn)有鋰離子電池的7倍,成本降至1/10,應(yīng)用于小型電動(dòng)汽車使續(xù)航里程達(dá)到700km以上。日本政府除了對(duì)戶用儲(chǔ)能提供補(bǔ)貼,新能源市場(chǎng)的政策導(dǎo)向也十分積極。例如,要求公用事業(yè)太陽能獨(dú)立發(fā)電廠裝備一定比例的電池以穩(wěn)定電力輸出,要求電網(wǎng)公司在輸電網(wǎng)上安裝電池以穩(wěn)定頻率,對(duì)配電網(wǎng)或微電網(wǎng)使用電池進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)等。為鼓勵(lì)新能源走進(jìn)住戶,又要緩解分布式太陽能大量涌入帶來的電網(wǎng)管理挑戰(zhàn),日本政府采用激勵(lì)措施鼓勵(lì)住宅采用儲(chǔ)能系統(tǒng),對(duì)實(shí)施零能耗房屋改造的家庭提供一定補(bǔ)貼。

中國的儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)雖然起步較晚,但近幾年發(fā)展速度令人矚目。據(jù)伍德麥肯茲(Wood Mackenzie)預(yù)測(cè),到2024年,中國儲(chǔ)能部署基數(shù)將增加25倍,儲(chǔ)能功率和儲(chǔ)電量分別達(dá)到12.5GW和32.1GW·h,將成為亞太地區(qū)最大的儲(chǔ)能市場(chǎng)。政府在儲(chǔ)能領(lǐng)域的積極政策激勵(lì)是促進(jìn)行業(yè)快速發(fā)展的主要原因,也是儲(chǔ)能部署的主要推動(dòng)力。

印度2022年智能城市規(guī)劃中,將可再生能源的裝機(jī)目標(biāo)增加到175GW。為此,政府發(fā)布光儲(chǔ)計(jì)劃、電動(dòng)汽車發(fā)展目標(biāo)、無電地區(qū)的供電方案等。很多海外電池廠商在印度建廠,印度希望不斷提升電池制造能力,陸續(xù)啟動(dòng)儲(chǔ)能技術(shù)在電動(dòng)汽車、柴油替代、可再生能源并網(wǎng)、無電地區(qū)供電等領(lǐng)域的應(yīng)用。

韓國持續(xù)推動(dòng)儲(chǔ)能在大規(guī)??稍偕茉搭I(lǐng)域的應(yīng)用,政府主要通過激勵(lì)措施,例如為商業(yè)和工業(yè)用戶提供電費(fèi)折扣優(yōu)惠等方式,支持儲(chǔ)能系統(tǒng)部署。 

 
 
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