儲能：全球能源轉(zhuǎn)型的壓艙石

    【銳眼看市】

    全球各國實現(xiàn)“碳中和”的過程就是清潔能源逐漸替代傳統(tǒng)化石能源的轉(zhuǎn)型過程，其中水能、風(fēng)能和太陽能被寄予的希望最大。

    從全球范圍看，目前儲能主要區(qū)分為傳統(tǒng)儲能與新型儲能，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。

    張銳

    受俄烏沖突的影響，今年歐洲能源價格持續(xù)攀升并導(dǎo)致居民電價飛速上漲，由此刺激戶用儲能需求激增，疊加美洲市場高速增長，使得海外儲能市場高景氣度顯現(xiàn)。據(jù)此，彭博新能源財經(jīng)（BNEF）做出最新預(yù)測，至2030年底全球累計部署的儲能裝機規(guī)模將激增，同時BNEF強調(diào)，本世紀(jì)20年代將是“儲能時代”。

    全球各國實現(xiàn)“碳中和”的過程就是清潔能源逐漸替代傳統(tǒng)化石能源的轉(zhuǎn)型過程，其中水能、風(fēng)能和太陽能被寄予的希望最大，但水資源存在著總量瓶頸約束，因此風(fēng)能和太陽能將扮演著稀釋傳統(tǒng)火電與創(chuàng)造未來綠電的最主要角色。不過，光能、風(fēng)能屬于不穩(wěn)定出力電源，如風(fēng)能出力日內(nèi)波動幅度最高可達(dá)80%，出力高峰出現(xiàn)在凌晨前后，午后到最低點，“逆負(fù)荷”特性非常明顯。光能日內(nèi)波動幅度更是達(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，夜間出力為0，峰谷特性鮮明。此外光能還易受天氣影響，天氣陰晴對光能的實際有功功率釋放的影響十分明顯。正是風(fēng)能和光能的波動性、間歇性與隨機性特征，導(dǎo)致了發(fā)電側(cè)的電力輸出不穩(wěn)定，也使電網(wǎng)側(cè)難以實現(xiàn)配電平衡，同時用戶側(cè)的需求也不能得到準(zhǔn)確而及時的響應(yīng)與滿足，整個電力系統(tǒng)的波動性明顯。

    但儲能則可以完全消除清潔能源轉(zhuǎn)化為綠電的后顧之憂。一方面，在風(fēng)能、太陽能充足或者是用電低谷時段將富余能源收儲起來，而在動力能源進入低潮或用電高峰時段則將儲備的能源釋放出來，這樣可以確保每一個單位的清潔能源得到充分利用與開發(fā)，最大程度地放大消納風(fēng)能、光能的效果；另一方面，將風(fēng)能、光能等儲存起來，既可以大大減少和屏蔽后續(xù)天氣因素的意外干擾，從而增強發(fā)電側(cè)輸電的連續(xù)性與穩(wěn)定性。同時，借助于儲能，電網(wǎng)側(cè)（企業(yè)）可在供電側(cè)旺盛時低價購進電力，用電側(cè)需求旺盛時高價售出電力，在進行削峰填谷的同時，也大大提高電網(wǎng)系統(tǒng)的靈活性；另外，無論是發(fā)電側(cè)還是電網(wǎng)側(cè)抑或是用戶側(cè)，運用儲能所得的電力都可以在電力緊缺與電價走高時通過電力交易市場有償讓渡出去并從中獲利，這無疑可以顯著增強儲能主體的積極性，引導(dǎo)儲能資源的開發(fā)與使用進入良性化的軌道。綜合評判，清潔能源對化石能源的替代力度越強，電力供求的平衡性難度越大，但運用儲能則可全程出清清潔能源的替代風(fēng)險，甚至儲能可以看作是能源轉(zhuǎn)型的壓艙石。

    從全球范圍看，目前儲能主要區(qū)分為傳統(tǒng)儲能與新型儲能，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。抽水儲能是運用機械泵力設(shè)備將水從低處抽到高處，需要時進行水力發(fā)電；而電化學(xué)儲能是借助大功率與高性能電池正負(fù)極進行儲電與放電，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發(fā)電。從全球裝機規(guī)模和市場份額看，目前抽水儲能累計裝機規(guī)模最大，電化學(xué)儲能累計裝機規(guī)模位列第二，而壓縮空氣儲能項目的落地布局占比位列第三。

    雖然抽水儲能是目前最主要的儲能方式，且無論是技術(shù)積累還是商業(yè)模式都較為成熟，但抽水儲能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，而且資源稟賦有限與成本較高。相比之下，電化學(xué)儲能基本不受外部條件干擾，響應(yīng)速度快，建設(shè)項目靈活，而更重要的是，作為目前布局最廣泛的電化學(xué)儲能品種，鋰電儲能不僅工藝成熟，而且成本降低的邊際趨勢越來越顯著，從而帶動了整個鋰電儲能成本的下降。按照BNEF測算，2022年全球鋰電儲能成本約為1.66美元/瓦時，預(yù)計2025年將降至約1.29美元/瓦時。這樣，電化學(xué)儲能最終取代抽水儲能的主導(dǎo)地位似乎不可避免。數(shù)據(jù)顯示，截至2021年底，全球抽水儲能的累計裝機規(guī)模同比下降了4.1%，而電化學(xué)儲能的占比提高至12.2%，累計裝機規(guī)模為25.4GW，同比增長了67.7%。

    再就電化學(xué)儲能而言，目前鋰離子電池的市場份額超過90%，不過，另一個作為充當(dāng)儲能載體的鈉電池可能后來居上。數(shù)據(jù)顯示，鈉元素在地殼中占比高達(dá)2.75%，并且遍布全球，而相比之下鋰元素僅為0.0065%，主要分布于美洲。同時反映在價格上，鈉的價格只有0.29美元/公斤，而鋰價格目前約為21.5美元/公斤，鈉電池的原材料成本相比鋰電池要低30%-40%。另外，鈉離子電池在-20℃的低溫環(huán)境中可以實現(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，項目落地與場景應(yīng)用更具有靈活性，因此鈉電池取代鋰電池將是大勢所趨，同樣的結(jié)論也適用于壽命更長、安全性更高以及資源豐富的釩電池等新型電池身上。

    相比于電化學(xué)儲能，雖然壓縮空氣儲能的規(guī)?；潭纫偷枚啵聡?、美國其實早已開始商業(yè)化開發(fā)與應(yīng)用，最初主要利用低谷低質(zhì)電，將空氣壓縮并儲存于大型儲氣洞穴中，在用電高峰，高壓空氣從儲氣洞穴釋放，同燃料燃燒后驅(qū)動膨脹機發(fā)電，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展空間。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)，如蓄熱式壓縮空氣儲能系統(tǒng)、等溫壓縮空氣儲能系統(tǒng)以及液化空氣儲能系統(tǒng)等。目前來看，新型壓縮空氣儲能在功能、成本、壽命和性能等各方面均已同抽水儲能基本相當(dāng)，同時還彰顯出了規(guī)模大、壽命長、無污染、長時效與靈活性等優(yōu)勢，是極具發(fā)展?jié)摿Φ膬δ芗夹g(shù)。

    無論是抽水儲能、電化學(xué)儲能抑或是壓縮空氣儲能，都相應(yīng)組成了一個緊密關(guān)聯(lián)且完整的產(chǎn)業(yè)鏈條。上游有原材料和生產(chǎn)設(shè)備；中游有由電池組、電池管理系統(tǒng)（主管電池狀態(tài)）、能量管理系統(tǒng)（主管能量調(diào)度）以及儲能變流器（主管電流轉(zhuǎn)換）等組成的儲能項目建設(shè)與集成系統(tǒng)，下游有儲能產(chǎn)品安裝以及終端用戶等。對于全球主要經(jīng)濟體來說，不僅要爭奪產(chǎn)業(yè)鏈的高端話語權(quán)，如產(chǎn)品與項目的標(biāo)準(zhǔn)控制，更要搶奪產(chǎn)業(yè)鏈的貿(mào)易增值，如產(chǎn)品與技術(shù)服務(wù)的輸出能力，以及為保護本國產(chǎn)業(yè)與產(chǎn)品的準(zhǔn)入壁壘設(shè)置等，因此，看似基于人類“碳中和”共同愿景的新型儲能其實也難免打上競爭性符號。

    掃描全球，一些主要的儲能推動與應(yīng)用國家在政策機制上一般都會通過提供補貼、投資稅收減免等措施來支持儲能市場發(fā)展。在美國，聯(lián)邦政府推出的投資稅抵免（ITC）政策支持高于5千瓦時的儲能系統(tǒng)獲得最高30%的ITC退稅，同時自發(fā)電激勵計劃（SGIP）對用戶側(cè)分布式儲能的補貼延長至2026年，更好的儲能技術(shù)法案（BEST）對今后五年內(nèi)儲能技術(shù)研究、開發(fā)和示范方面的創(chuàng)新提供10億美元資金支持。在德國，不僅取消了《可再生能源法》（EEG）對光伏裝機量須達(dá)到52GW的補貼限制，而且將國內(nèi)電力消費者為清潔能源激勵措施支付的EEG稅自2021年始減少每千瓦時0.25歐元，到2023年將再下降0.0625歐元。在日本，經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省今年特地劃出約9830萬美元的預(yù)算，為裝設(shè)鋰離子電池的家庭和商戶提供66%的費用補貼；在英國，除了取消了49兆瓦的儲能牌照上限外，還設(shè)立共計12.46億英鎊的“工業(yè)戰(zhàn)略挑戰(zhàn)基金”和“凈零創(chuàng)新組合基金”對儲能技術(shù)給予專項援助與支持。

    受到多方競爭性力量的集合與撬動，全球儲能已經(jīng)進入放量的規(guī)?；斓?。數(shù)據(jù)顯示，2021年，全球新增投運儲能項目裝機規(guī)模18.3GW，同比增長9%，至2021年底，全球已投運儲能項目累計裝機規(guī)模209.4GW。根據(jù)研究機構(gòu)HISMarkit公司的預(yù)測，2022年全球部署的儲能系統(tǒng)總裝機容量將超過12GW。值得注意的是，在全球儲能格局中，美國、中國與歐洲三大頭部方陣異常明顯，三者囊括了全球儲能裝機量的80%，且未來這一趨勢還會進一步強化。

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