日前,挪威可再生能源投資商Magnora公司和加拿大阿爾伯塔投資管理公司分別宣布進(jìn)軍英國(guó)電池儲(chǔ)能市場(chǎng)。儲(chǔ)能是解決風(fēng)、光等可再生能源系統(tǒng)波動(dòng)性、間歇性問題的有效技術(shù)。隨著全球加速邁向碳中和、逐步提高可再生能源占比,儲(chǔ)能也迎來了快速發(fā)展的機(jī)遇期。
新型儲(chǔ)能支撐能源綠色轉(zhuǎn)型
未來10年全球儲(chǔ)能市場(chǎng)有望強(qiáng)勁增長(zhǎng)
大力發(fā)展可再生能源、提高可再生能源占比,是全球應(yīng)對(duì)氣候變化、實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵途徑之一。相比于傳統(tǒng)化石能源,可再生能源發(fā)電普遍存在間歇性、波動(dòng)性等問題,需要依靠?jī)?chǔ)能技術(shù)來進(jìn)行調(diào)節(jié),發(fā)展儲(chǔ)能成為各國(guó)能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵支撐。
近年來,隨著各國(guó)紛紛提出碳中和目標(biāo),全球儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展局面,由商業(yè)化初期向規(guī)?;l(fā)展轉(zhuǎn)變。據(jù)中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟(CNESA)全球儲(chǔ)能項(xiàng)目庫(kù)統(tǒng)計(jì),2021年,全球新增投運(yùn)電力儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模18.3吉瓦,同比增長(zhǎng)185%。其中,新型儲(chǔ)能新增投運(yùn)規(guī)模最大,首次突破10吉瓦,達(dá)到10.2吉瓦,是2020年的2.2倍。
與此同時(shí),全球儲(chǔ)能技術(shù)也迎來飛速發(fā)展。新型儲(chǔ)能技術(shù)中,鋰離子電池技術(shù)發(fā)展最快,目前所占市場(chǎng)份額最大;全釩液流電池、壓縮空氣儲(chǔ)能已具備大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化條件;鈉離子電池、鉛碳電池、鋅基液流電池等也已初步具備產(chǎn)業(yè)化條件。
隨著電池組成本繼續(xù)下降、可再生能源滲透率不斷提高,以及對(duì)儲(chǔ)能等靈活性資源的需求增加,未來10年全球儲(chǔ)能市場(chǎng)有望強(qiáng)勁增長(zhǎng)。彭博新能源財(cái)經(jīng)今年3月發(fā)布的報(bào)告預(yù)計(jì),從2022年到2030年,全球儲(chǔ)能市場(chǎng)將以30%的復(fù)合年均增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。2030年全球新增儲(chǔ)能裝機(jī)容量將達(dá)到58吉瓦,是2021年創(chuàng)紀(jì)錄值(10吉瓦)的近6倍。該機(jī)構(gòu)表示,盡管供應(yīng)鏈限制在短期內(nèi)抑制了儲(chǔ)能部署,但更多市場(chǎng)開始將電池用于大容量應(yīng)用領(lǐng)域,如輔助服務(wù)和削峰填谷等。
中美引領(lǐng)全球儲(chǔ)能市場(chǎng)增長(zhǎng)
中國(guó)將持續(xù)主導(dǎo)亞太儲(chǔ)能市場(chǎng)發(fā)展
美國(guó)、中國(guó)引領(lǐng)全球儲(chǔ)能市場(chǎng)的發(fā)展。CNESA統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,2021年兩國(guó)新增儲(chǔ)能裝機(jī)容量分別占全球的34%和24%。彭博新能源財(cái)經(jīng)預(yù)計(jì),2022—2030年,美國(guó)和中國(guó)仍將是全球最大的兩個(gè)儲(chǔ)能市場(chǎng)。
當(dāng)前,美國(guó)是全球最大、增速最快的儲(chǔ)能市場(chǎng)。國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心國(guó)際技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所指出,美國(guó)政府從配置目標(biāo)、財(cái)政支持、技術(shù)研發(fā)等方面出臺(tái)政策鼓勵(lì)儲(chǔ)能項(xiàng)目的研發(fā)、示范與應(yīng)用,其中投資稅收抵免(ICT)政策激勵(lì)取得的效果較為明顯。美國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)經(jīng)過多年發(fā)展,已形成清晰的技術(shù)路線和有效的商業(yè)模式,市場(chǎng)化機(jī)制成熟,經(jīng)濟(jì)性快速提高。伍德麥肯茲7月28日發(fā)布的《全球儲(chǔ)能展望》表示,未來10年美國(guó)仍將是儲(chǔ)能市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者,到2031年美國(guó)將成為年均部署27吉瓦儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能市場(chǎng)。
在中國(guó),儲(chǔ)能政策和市場(chǎng)環(huán)境是促進(jìn)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。近一年多來,從國(guó)家到地方各層面密集出臺(tái)了一系列儲(chǔ)能利好政策。例如,今年3月21日,國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局發(fā)布《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》,提出到2025年,新型儲(chǔ)能從商業(yè)化初期向規(guī)?;l(fā)展轉(zhuǎn)變,到2030年,實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能全面市場(chǎng)化發(fā)展。
當(dāng)前,國(guó)內(nèi)大規(guī)模儲(chǔ)能項(xiàng)目陸續(xù)啟動(dòng),儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)步迅猛。同時(shí),調(diào)峰、調(diào)頻輔助服務(wù)和峰谷電價(jià)套利是當(dāng)前中國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能最主要的收益渠道,儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的良好局面。伍德麥肯茲表示,受到《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》推動(dòng),中國(guó)將持續(xù)主導(dǎo)亞太儲(chǔ)能市場(chǎng),預(yù)計(jì)到2031年需求將超過400吉瓦時(shí)。
歐洲是僅次于美國(guó)和中國(guó)的全球第三大儲(chǔ)能市場(chǎng)。盡管《全球儲(chǔ)能展望》顯示,由于該地區(qū)電網(wǎng)規(guī)模市場(chǎng)難以穩(wěn)定、需求滯后,預(yù)計(jì)到2031年其儲(chǔ)能需求僅為159吉瓦時(shí),但由于歐盟REPowerEU計(jì)劃將推動(dòng)歐盟可再生能源供應(yīng)占比增加,預(yù)計(jì)歐盟儲(chǔ)能市場(chǎng)也將受到進(jìn)一步推動(dòng)。
探索商業(yè)模式保障儲(chǔ)能安全
儲(chǔ)能安全問題成為全球共同面對(duì)的難題
在儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時(shí),國(guó)內(nèi)外儲(chǔ)能安全事故也在不斷發(fā)生。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),截至6月3日,今年全球共發(fā)生17起儲(chǔ)能安全事故,大多數(shù)是鋰離子電池儲(chǔ)能事故,引起了社會(huì)對(duì)儲(chǔ)能安全的關(guān)切。儲(chǔ)能安全問題成為全球共同面對(duì)的難題。
“儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)在面對(duì)巨大發(fā)展機(jī)遇的同時(shí),也面臨著挑戰(zhàn)。”在6月底2022年中國(guó)(山東)儲(chǔ)能應(yīng)用安全與技術(shù)研討會(huì)上,中國(guó)能源研究會(huì)理事長(zhǎng)史玉波強(qiáng)調(diào),“首先就是應(yīng)用安全方面,要樹立儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)全生命周期、全產(chǎn)業(yè)鏈安全意識(shí),強(qiáng)化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范引領(lǐng)和安全保障作用,加快制定新型儲(chǔ)能安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),規(guī)范行業(yè)管理,強(qiáng)化安全風(fēng)險(xiǎn)防范。”
隨著儲(chǔ)能市場(chǎng)的商業(yè)前景越來越好,越來越多金融機(jī)構(gòu)進(jìn)入儲(chǔ)能領(lǐng)域,這些新的市場(chǎng)參與者推動(dòng)了對(duì)創(chuàng)新商業(yè)模式的需求,比如創(chuàng)新的“儲(chǔ)能即服務(wù)”模式。中國(guó)能源研究會(huì)儲(chǔ)能專委會(huì)主任、中科院工程熱物理所研究員陳海生近日表示,盡管目前各地在探索新的商業(yè)模式,但從全國(guó)范圍來看,已建儲(chǔ)能項(xiàng)目大多還未形成穩(wěn)定合理的收益模式,能夠獲得調(diào)峰、調(diào)頻以及容量補(bǔ)償?shù)榷嘀厥找娴氖袌?chǎng)機(jī)制細(xì)則尚為空白。
作為全球最大的儲(chǔ)能市場(chǎng),美國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)已具備規(guī)模化和經(jīng)濟(jì)效應(yīng),其發(fā)展經(jīng)驗(yàn)具有一定的借鑒價(jià)值。國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心國(guó)際技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所研究表明,在美國(guó)電力市場(chǎng)中,新型儲(chǔ)能主要通過提供調(diào)頻輔助服務(wù)獲得收益。
美國(guó)較為完善的電力市場(chǎng)機(jī)制,為儲(chǔ)能參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)獲得經(jīng)濟(jì)收益創(chuàng)造了良好的條件。2007年以來,美國(guó)已發(fā)布多項(xiàng)法案確定儲(chǔ)能參與容量、能量及輔助服務(wù)市場(chǎng)的準(zhǔn)入身份。(記者 李小松)
儲(chǔ)能技術(shù)駛?cè)氪笠?guī)模長(zhǎng)時(shí)與本征安全賽道
日前,內(nèi)蒙古自治區(qū)政府發(fā)布《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的實(shí)施意見》,提出儲(chǔ)能須占新能源裝機(jī)容量15%以上,且儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)要求4個(gè)小時(shí)以上。正式揭開了大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)快速發(fā)展的新篇章。與此同時(shí),科技部下發(fā)的《“十四五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“儲(chǔ)能與智能電網(wǎng)技術(shù)”重點(diǎn)專項(xiàng)2022年度項(xiàng)目申報(bào)指南》中也提出,儲(chǔ)能技術(shù)時(shí)長(zhǎng)持續(xù)4個(gè)小時(shí)以上,將作為一項(xiàng)重要的考核指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)收。由此可見,大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展正在駛?cè)肟燔嚨馈?br />
儲(chǔ)能開啟成長(zhǎng)新篇章
隨著可再生能源發(fā)電量從25%增加到50%—60%,火電調(diào)峰占比將逐步下降,大規(guī)模低成本的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能方案,作為可以靈活多變的處理方式,未來在替代火力發(fā)電調(diào)峰中將發(fā)揮中流砥柱的作用。
多種儲(chǔ)能技術(shù)協(xié)同發(fā)展
今年6月7日,由國(guó)家發(fā)展改革委辦公廳、國(guó)家能源局綜合司聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于進(jìn)一步推動(dòng)新型儲(chǔ)能參與電力市場(chǎng)和調(diào)度運(yùn)用的通知》指出,要堅(jiān)持以市場(chǎng)化方式形成價(jià)格,持續(xù)完善調(diào)度運(yùn)行機(jī)制,發(fā)揮儲(chǔ)能技術(shù)優(yōu)勢(shì),提升儲(chǔ)能總體利用水平;6月29日,國(guó)家能源局發(fā)布的《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求(2022年版)(征求意見稿)》指出:“中大型儲(chǔ)能電站不得使用三元鋰電池、鈉硫電池,不宜采用梯次利用動(dòng)力電池”,首次將儲(chǔ)能系統(tǒng)的本征安全屬性作為一項(xiàng)重要參考指標(biāo)拋向市場(chǎng)。儲(chǔ)能安全該如何構(gòu)建?“低成本”與“本征安全”能否在大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能中兼得?將考驗(yàn)?zāi)茉葱袠I(yè)決策者與地方政府產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線選擇規(guī)劃的智慧。
儲(chǔ)能技術(shù)于2021年正式邁入商業(yè)化元年,其中地方政府對(duì)儲(chǔ)能的熱情持續(xù)高漲。截至今年6月,共有20多個(gè)省區(qū)市先后發(fā)布新型儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)規(guī)劃相關(guān)實(shí)施細(xì)則。新型儲(chǔ)能在提高效率、降低成本、延長(zhǎng)使用壽命以及提高安全性方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。鋰電池儲(chǔ)能、液流電池、壓縮空氣等多種新型儲(chǔ)能技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)化進(jìn)程都在顯著提速。
今年以來,鋰電池價(jià)格一路飆升,主要原材料碳酸鋰鹽價(jià)格突破50萬元/噸,創(chuàng)歷史新高。鋰電池的儲(chǔ)能初裝成本也從1400元/千瓦時(shí)快速攀升至2000元/千瓦時(shí)以上。隨著壓縮空氣與液流電池規(guī)模化成本持續(xù)降低,行業(yè)商業(yè)性選擇拐點(diǎn)即將到來。
壓縮空氣儲(chǔ)能是目前唯一能與抽水蓄能相媲美的大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)物理儲(chǔ)能技術(shù),被喻為“新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器”,具有規(guī)模大、適用性強(qiáng)、效率高、成本低、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。盡管國(guó)內(nèi)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)在2005年才開始發(fā)展,研究起步較晚,但進(jìn)步十分迅速,在2016年就已建立了示范工程項(xiàng)目,技術(shù)已處于全球領(lǐng)先水平。2021年8月,以中科院工程熱物理所陳海生研究員為代表的壓縮空氣儲(chǔ)能團(tuán)隊(duì),在山東肥城建成了國(guó)際首套10兆瓦鹽穴先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能商業(yè)示范電站,并正式并網(wǎng)發(fā)電商業(yè)運(yùn)行,系統(tǒng)效率達(dá)60.7%。隨后國(guó)際首套100兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能國(guó)家示范項(xiàng)目也在張家口建設(shè)完工,系統(tǒng)效率也有了新的突破。
液流電池儲(chǔ)能具有本征安全、充放電循環(huán)壽命長(zhǎng)、電解液可循環(huán)使用、生命周期經(jīng)濟(jì)性好及環(huán)境友好等特點(diǎn),這些年受到學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。液流電池系統(tǒng)的輸出功率通常在數(shù)百瓦至數(shù)百兆瓦,儲(chǔ)能容量在數(shù)百千瓦時(shí)至數(shù)百兆瓦時(shí)范圍,適合需要大規(guī)模、大容量、長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能裝備的應(yīng)用場(chǎng)合。
目前,全釩液流電池成熟度最高,商業(yè)化進(jìn)程最快,國(guó)內(nèi)外參與其研究開發(fā)的機(jī)構(gòu)與企業(yè)較多。如以專家張華明、李先鋒為代表的中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所(大連化物所),以產(chǎn)品研發(fā)為代表的北京普能世紀(jì)科技有限公司,國(guó)外如日本住友電氣工業(yè)株式會(huì)社(住友電工)、北美UET等,都在全釩液流電池方面進(jìn)行了長(zhǎng)期的研發(fā)和探索。隨著近年國(guó)內(nèi)外對(duì)儲(chǔ)能市場(chǎng)開發(fā)的重視以及釩價(jià)格的下降,一大批全釩液流電池示范項(xiàng)目在世界范圍內(nèi)建成。2019年,大連液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰電站國(guó)家示范項(xiàng)目開建,總體規(guī)模200兆瓦/800兆瓦時(shí);今年5月,液流電池儲(chǔ)能示范項(xiàng)目成功接入大連電網(wǎng),正式并網(wǎng)投運(yùn),技術(shù)與市場(chǎng)日趨成熟。美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)數(shù)據(jù)顯示,2021年全球釩產(chǎn)量10.7萬噸,中國(guó)產(chǎn)量為7.3萬噸,占比68%。未來吉瓦級(jí)別的訂單勢(shì)必會(huì)進(jìn)一步催生釩礦的開采與使用需求,可以看到以攀鋼釩鈦為首的企業(yè)正在持續(xù)穩(wěn)定地增加釩的供應(yīng)量,以確??梢愿先找嫱⒌氖袌?chǎng)需求。
鐵鉻液流電池作為一項(xiàng)原材料成本更加低廉的液流電池技術(shù),近期也受到大家的關(guān)注。國(guó)電投“容和一號(hào)”于今年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),單條產(chǎn)線可年產(chǎn)5000臺(tái)30千瓦級(jí)電池堆。以中國(guó)石油大學(xué)(北京)徐春明院士團(tuán)隊(duì)為代表的鐵鉻液流電池研發(fā)團(tuán)隊(duì),近年來也相繼攻克了鐵鉻液流電池存在負(fù)極的析氫、正負(fù)極電解液交叉污染、鉻氧化還原性差的問題,相關(guān)技術(shù)也聯(lián)合中海儲(chǔ)能科技(北京)有限公司即將在北京昌平完成“中海一號(hào)”的建設(shè)。鐵鉻液流電池這項(xiàng)技術(shù)路線近年來正在持續(xù)升溫,而未來隨著化工行業(yè)綠電、綠氫、綠氨示范項(xiàng)目相繼突破,伴隨著可再生能源快速發(fā)展的第二次化工電氣化浪潮撲面而來,新的應(yīng)用場(chǎng)景也將為液流電池儲(chǔ)能解鎖全新的使用模式。
氫儲(chǔ)能發(fā)展前景廣闊
氫能作為能量密度最高的能源,因其綠色、高效、應(yīng)用范圍廣的優(yōu)勢(shì),已成為全球最具有發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉础淇梢猿休d大功率的富余電能輸出,很適合作為大容量風(fēng)電、光伏電站的儲(chǔ)能介質(zhì)。與其他能源相比,氫能在提取和應(yīng)用等方面具有更明顯的優(yōu)勢(shì),除了可以從傳統(tǒng)的化石能源中提取之外,還可以從可再生能源中進(jìn)行提取。
近年來,氫儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)逐漸凸顯。不少業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,氫儲(chǔ)能已具備大規(guī)模推廣的基礎(chǔ)條件。但氫儲(chǔ)能存在儲(chǔ)氫壓力容器容易發(fā)生氫脆現(xiàn)象等弊端,且氫氣的運(yùn)輸和儲(chǔ)存成本很高。未來隨著固態(tài)儲(chǔ)氫、規(guī)?;娊馑?、光解水制氫、氫氣低壓儲(chǔ)運(yùn)等技術(shù)的突破,核心材料成本進(jìn)一步下降,氫能有望打破現(xiàn)階段發(fā)展的桎梏,迎來歷史性發(fā)展機(jī)遇。
當(dāng)前,新能源和可再生能源裝機(jī)比例迅速增加,推動(dòng)新型儲(chǔ)能高質(zhì)量規(guī)?;l(fā)展迫在眉睫。在“30·60”背景下,國(guó)家愈發(fā)重視儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展,越來越多的新型儲(chǔ)能已逐漸加入我國(guó)儲(chǔ)能系統(tǒng)當(dāng)中,為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、推進(jìn)能源革命、實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)提供了重要支撐。(徐泉 中國(guó)石油大學(xué)(北京)碳中和未來技術(shù)學(xué)院副院長(zhǎng))
原標(biāo)題:全球加速拓展儲(chǔ)能藍(lán)海