環(huán)球熱消息：全球儲能的演進(jìn)趨勢

在全球儲能需求激增的刺激下，2022年前三季度美國新增儲能裝機(jī)規(guī)模接近7.0吉瓦，歐洲新增儲能裝機(jī)容量逼近6.0吉瓦，而同期中國新增儲能裝機(jī)規(guī)模更是放量增長超過7.0吉瓦，全球儲能市場高景氣度由此顯著提升。據(jù)國際能源署預(yù)測，未來5年全球儲能裝機(jī)容量將增長56%，到2026年達(dá)到270吉瓦以上。

能源轉(zhuǎn)型的定海神針

(資料圖片)

2050年或2060年是全球主要經(jīng)濟(jì)體為實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)所劃定的時(shí)間上限，以清潔能源替代傳統(tǒng)化石能源成為了不二的選擇，其中可以展示出強(qiáng)大替代功能與廣闊應(yīng)用前景的清潔能源主要有水能、氫能、太陽能與風(fēng)能，但是，水能不僅全球分布不平衡，而且資源稟賦數(shù)量十分有限；同時(shí)受制于技術(shù)條件的不成熟，氫能資源短期內(nèi)還不能做到大規(guī)模開發(fā)和利用。這樣，稀釋傳統(tǒng)火電與創(chuàng)造未來綠電并最終實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)的重任就落在了風(fēng)能與太陽能身上。

可是，風(fēng)能與太陽能雖然看上去取之不竭，但要真正用于發(fā)電，其自身的短板明顯。拿風(fēng)能而論，日內(nèi)出力波幅最高可達(dá)80%，凌晨前后是高峰，午后便減弱到最低點(diǎn)，“逆負(fù)荷”特性異常明顯；同樣，光能日內(nèi)波動幅度更是高達(dá)100%，正午達(dá)到當(dāng)日波峰，正午前后均呈均勻回落態(tài)勢，夜間出力降至零，峰谷特性鮮明；不僅如此，光能還易受天氣擾動，天氣陰晴對光能的實(shí)際有功功率釋放的影響十分強(qiáng)烈，每日的實(shí)際有功功率也具有一定隨機(jī)性。正是風(fēng)能和光能的波動性、間歇性與隨機(jī)性所形成的不穩(wěn)定的出力電源極易導(dǎo)致發(fā)電側(cè)的電力輸出不均勻和不連續(xù)，電網(wǎng)側(cè)也難以平衡發(fā)電側(cè)與用戶側(cè)的電力供求，整個(gè)電力系統(tǒng)的波動性劇烈，社會生產(chǎn)與民眾生活必然受到風(fēng)險(xiǎn)波及。

總體評判，清潔能源對化石能源的替代力度越強(qiáng)，綠電的輸出功率就越大，但同時(shí)電力供求的平衡難度也將明顯提升，對此，只有借助儲能的力量機(jī)制才能將風(fēng)能、光能等清潔能源轉(zhuǎn)化為綠電的風(fēng)險(xiǎn)降到最小。客觀上說，在沒有收納之前，風(fēng)能與光能都處于閑置與過剩狀態(tài)，但通過收儲，無形的能源就變成了有價(jià)值的資源，特別是當(dāng)動力能源不足或者用電側(cè)需求量增大時(shí)，將儲備的能源釋放出去并轉(zhuǎn)化為電力，每一個(gè)單位的風(fēng)能、光能便得到了充分利用與開發(fā)；與此同時(shí)，將風(fēng)能、光能儲存起來，既可以大大減少后續(xù)天氣因素的意外干擾，增強(qiáng)發(fā)電側(cè)輸電的連續(xù)性與穩(wěn)定性，并且借助于儲能，電網(wǎng)側(cè)（企業(yè)）可在供電側(cè)旺盛時(shí)及時(shí)購進(jìn)電力，用電側(cè)需求旺盛時(shí)迅疾售出電力，削峰填谷，還可大大提高電網(wǎng)系統(tǒng)的靈活性，實(shí)踐過程中也能夠高效消納清潔能源的電力，防止因供求失衡而倒逼出“棄風(fēng)棄光”的行為。

還值得強(qiáng)調(diào)的是，無論是發(fā)電側(cè)還是電網(wǎng)側(cè)抑或是用戶側(cè)，借助于儲能還可以獲得較為理想的溢價(jià)收益，即當(dāng)電力峰谷狀態(tài)出現(xiàn)導(dǎo)致電價(jià)走高時(shí)，三者可以通過綠電交易市場有償讓渡出富余儲電并從中獲利，由此便可大大增強(qiáng)各儲能主體的積極性，最終形成“儲能—發(fā)電—交易—增值—再儲能”的商業(yè)市場閉環(huán)與良性循環(huán)機(jī)制，同時(shí)促進(jìn)電力供求的平衡，清潔能源替代傳統(tǒng)能源的轉(zhuǎn)型風(fēng)險(xiǎn)便可得到有效稀釋與消除，從這個(gè)意義而言，我們可以將儲能視為能源轉(zhuǎn)型的定海神針。

新型儲能后來居上

按照儲能所依賴的資源工具及其性能，全球各國的儲能主要分為傳統(tǒng)儲能與新型儲能兩種，前者主要是指抽水儲能，后者則包括電化學(xué)儲能以及壓縮空氣儲能等。抽水儲能是利用電力負(fù)荷低谷時(shí)的電能抽水至上水庫，在電力負(fù)荷高峰期再放水至下水庫發(fā)電；電化學(xué)儲能是借助大功率與高性能電池正負(fù)極進(jìn)行儲電與放電，壓縮空氣儲能則主要利用電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)的剩余電力壓縮空氣，并將其儲藏在高壓密封設(shè)施內(nèi)，在用電高峰釋放出來驅(qū)動燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。目前來看，全球范圍內(nèi)抽水蓄能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模最大，電化學(xué)儲能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模次之，壓縮空氣儲能處于緩慢擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)。

抽水儲能不僅歷史悠久，技術(shù)積累與商業(yè)模式也較為成熟，但作為最主要的儲能方式，抽水儲能卻受到地理位勢空間的嚴(yán)格限制，不僅啟動速度慢、建設(shè)周期長，而且資源稟賦有限、成本較高，相比之下，電化學(xué)儲能受到的外部因素影響較少，項(xiàng)目啟動與建設(shè)靈活，且響應(yīng)速度較快，而更重要的是，作為目前布局最廣泛的電化學(xué)儲能方式，鋰電儲能不僅工藝成熟，而且成本降低的邊際趨勢越來顯著。數(shù)據(jù)顯示，截至2021年底，全球抽水儲能的累計(jì)裝機(jī)規(guī)模首次低于90%，同比下降了4.1%，而電化學(xué)儲能的占比提高至12.2%，累計(jì)裝機(jī)規(guī)模為25.4吉瓦，同比增長了67.7%，且基于電化學(xué)儲能的靈活性以及其對人口集中區(qū)的高適配性，未來伸展的空間還將更廣泛。

進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn)，目前鋰電池儲能的市場份額全球超過了90%，但數(shù)據(jù)顯示，鈉元素儲量豐富，在地殼中占比高達(dá)2.75%，并遍布全球，而相比之下，鋰元素僅為0.0065%，主要分布于美洲；反映在價(jià)格上，鈉的價(jià)格只有0.29美元/公斤，而鋰價(jià)格目前約為21.5美元/公斤，受到影響，鈉電池的原材料成本相比鋰電池要低30%~40%；不僅如此，鈉離子電池在-20℃的低溫環(huán)境中可以實(shí)現(xiàn)90%以上的放電保持率，-40℃低溫下可放出70%以上的容量，高溫80℃還能循環(huán)充放使用，項(xiàng)目落地與場景應(yīng)用更具靈活性，因此鈉電池取代鋰電池將是大勢所趨；另外，釩電池壽命在10年以上，循環(huán)次數(shù)可超過萬次，且不會發(fā)生熱失控、燃燒和爆炸，全球已探明的釩金屬儲量多達(dá)2200萬噸，釩電池儲能同樣可能后來居上。

與電化學(xué)儲能相比，壓縮空氣儲能的規(guī)模化程度盡管低得多，但如同抽水儲能一樣，壓縮空氣儲能也有相當(dāng)長的歷史，德國、美國很早就利用洞穴（巖石洞穴、鹽洞、廢棄礦井等）進(jìn)行空氣壓縮儲能，只是傳統(tǒng)壓縮空氣儲能依賴化石燃料、依賴天然儲氣洞穴的短板制約了擴(kuò)展空間，而針對相關(guān)瓶頸因素，世界各國都積極研發(fā)新型壓縮空氣儲能技術(shù)，包括等溫壓縮空氣儲能系統(tǒng)、液化空氣儲能系統(tǒng)、恒壓壓縮空氣儲能系統(tǒng)等。目前來看，新型壓縮空氣儲能系統(tǒng)效率逼近75%，項(xiàng)目造價(jià)720~850美元/千瓦，與抽水蓄能相當(dāng)，同時(shí)還有壽命長、清潔無污染、儲能周期不受限制、不依賴化石燃料及地理?xiàng)l件等優(yōu)勢，未來可能大顯身手。

放量擴(kuò)身與主流趨勢

數(shù)據(jù)顯示，至2021年底，全球已投運(yùn)儲能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模209.4吉瓦，其中2021年新增投運(yùn)儲能項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模18.3吉瓦，同比增長185%。進(jìn)入2022年，受到地緣政治因素的影響，歐洲能源價(jià)格不斷走高，由此推動當(dāng)?shù)仉妰r(jià)接續(xù)創(chuàng)出歷史新高，同時(shí)，由大宗商品價(jià)格上漲所引致的成本推動式通貨膨脹也抬高了全球企業(yè)與居民的傳統(tǒng)能源消費(fèi)成本，由此刺激儲能需求井噴式增長。市場研究機(jī)構(gòu)HIS Markit公司指出，未來5年全球儲能新增需求量將達(dá)到630吉瓦時(shí)，受到牽引，全球儲能規(guī)模化與商業(yè)化程度勢必繼續(xù)放大。而更值得關(guān)注的是，在總量規(guī)模擴(kuò)張的同時(shí)，未來全球儲能還將顯示出幾條十分清晰的脈絡(luò)與趨勢。

其一，新型儲能占比越來越大。在2021年全球新增投運(yùn)儲能項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模中，新型儲能的新增投運(yùn)規(guī)模首次突破10吉瓦，達(dá)到10.3吉瓦，同比增長119%，至2021年底，全球新型儲能累計(jì)裝機(jī)約25吉瓦，同比增長約68%，在全部儲能裝機(jī)中的占比提高到12%。依據(jù)美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室發(fā)布的研究報(bào)告，到2030年，作為新型儲能最主要成本的電池儲能系統(tǒng)，成本將持續(xù)和快速地大幅降低，直到2050年下降速度才有可能放緩，由此將引發(fā)新型儲能的加速擴(kuò)面壯身。目前美國已經(jīng)完全停止新建抽水蓄能發(fā)電設(shè)施，基于節(jié)約與保護(hù)水資源的目的，全球主要經(jīng)濟(jì)體有望率先跟進(jìn)，傳統(tǒng)儲能最終將退出市場。

其二，頭部效應(yīng)越來越顯著。截至2021年底，美國、中國與歐洲三大主要經(jīng)濟(jì)體在全球已投運(yùn)儲能項(xiàng)目的占比分別為34%、24%和22%，合計(jì)占比高達(dá)80%，并且這種頭部方陣趨勢還會繼續(xù)強(qiáng)化。BNEF（彭博新能源財(cái)經(jīng)）預(yù)計(jì)，未來五年，美國儲能系統(tǒng)新增裝機(jī)規(guī)模復(fù)合增速將達(dá)118.3%，中國速度更快，增幅為174.3%，歐洲則為76.3%。

其三，應(yīng)用場景越來越迥異。按照應(yīng)用領(lǐng)域的不同，儲能可以分為表前儲能和表后儲能，其中表前儲能可以分為發(fā)電側(cè)儲能與電網(wǎng)側(cè)儲能，表后儲能則包括由工商業(yè)儲能與家庭儲能的用戶側(cè)儲能。基于電網(wǎng)建設(shè)的剛性需求、成熟的商業(yè)模式以及政策補(bǔ)貼的重心傾斜，美國的儲能主要表現(xiàn)為表前儲能，未來五年相應(yīng)的儲能裝機(jī)規(guī)模年化復(fù)合增速高達(dá)125%；同樣，源于發(fā)電側(cè)政策要求下的強(qiáng)制配儲，中國未來新增儲能也主要集中于表前儲能，相應(yīng)的儲能新增裝機(jī)年化復(fù)合增速有望達(dá)到190%；除中美之外，歐洲、日本以及澳大利亞等主要儲能國家和地區(qū)的新增儲能則集中體現(xiàn)為表后儲能，尤其是歐洲地區(qū)特殊的屋頂結(jié)構(gòu)，外加長期高電價(jià)的制約，分布式的光伏+戶儲（家庭儲能）將是極其重要的儲能主體，未來五年整個(gè)歐洲表后儲能裝機(jī)年化復(fù)合增速可達(dá)142%，其中戶儲增速有望超過150%。

其四，長時(shí)儲能越來越突出。目前全球新型儲能所提供的服務(wù)響應(yīng)需求一般為4小時(shí)，有的甚至更短，但隨著未來超長時(shí)間尺度和中長時(shí)間尺度儲能技術(shù)和高比例可再生能源主動支持技術(shù)的進(jìn)步，長時(shí)儲能（時(shí)長10小時(shí)以上甚至以天為單位）將成為行業(yè)主要發(fā)展趨勢，同時(shí)，按照美國能源部發(fā)起的Energy Earthshots計(jì)劃，未來十年內(nèi)可將長時(shí)儲能的成本降低90%，長時(shí)儲能更會進(jìn)一步凸顯出商業(yè)應(yīng)用的優(yōu)勢，與此相對應(yīng)，可支持長時(shí)儲能的壓縮空氣儲能等新型儲能的覆蓋面有望加速擴(kuò)展。

其五，儲能安全性越來越受到重視。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，過去10年全球儲能安全事故已發(fā)生50余起，而今年韓國SK能源公司電池儲能大樓發(fā)生的火災(zāi)給市場再次敲響了警鐘，儲能安全問題成為全球共同面對的難題。為此，建立儲能技術(shù)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)體系，限制低價(jià)低質(zhì)競爭，明確儲能安全主體責(zé)任，完善相關(guān)安全制度規(guī)范等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)議題也將快速提到國際社會關(guān)注與各國政府決策的前臺。

（作者系中國市場學(xué)會理事、經(jīng)濟(jì)學(xué)教授）

標(biāo)簽： 儲能系統(tǒng) 儲能安全 儲能技術(shù) 清潔能源