全球各國實(shí)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(chǔ)能主要區(qū)分為傳統(tǒng)儲(chǔ)能與新型儲(chǔ)能,前者主要是指抽水儲(chǔ)能,后者則包括電化學(xué)儲(chǔ)能以及壓縮空氣儲(chǔ)能等。
受俄烏沖突的影響,今年歐洲能源價(jià)格持續(xù)攀升并導(dǎo)致居民電價(jià)飛速上漲,由此刺激戶用儲(chǔ)能需求激增,疊加美洲市場高速增長,使得海外儲(chǔ)能市場高景氣度顯現(xiàn)。據(jù)此,彭博新能源財(cái)經(jīng)(BNEF)做出最新預(yù)測,至2030年底全球累計(jì)部署的儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模將激增,同時(shí)BNEF強(qiáng)調(diào),本世紀(jì)20年代將是“儲(chǔ)能時(shí)代”。
全球各國實(shí)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(dòng)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(diǎn),“逆負(fù)荷”特性非常明顯。光能日內(nèi)波動(dòng)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(shí)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(dòng)性、間歇性與隨機(jī)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(shí)現(xiàn)配電平衡,同時(shí)用戶側(cè)的需求也不能得到準(zhǔn)確而及時(shí)的響應(yīng)與滿足,整個(gè)電力系統(tǒng)的波動(dòng)性明顯。
但儲(chǔ)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(shí)段將富余能源收儲(chǔ)起來,而在動(dòng)力能源進(jìn)入低潮或用電高峰時(shí)段則將儲(chǔ)備的能源釋放出來,這樣可以確保每一個(gè)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(chǔ)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(qiáng)發(fā)電側(cè)輸電的連續(xù)性與穩(wěn)定性。同時(shí),借助于儲(chǔ)能,電網(wǎng)側(cè)(企業(yè))可在供電側(cè)旺盛時(shí)低價(jià)購進(jìn)電力,用電側(cè)需求旺盛時(shí)高價(jià)售出電力,在進(jìn)行削峰填谷的同時(shí),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(yùn)用儲(chǔ)能所得的電力都可以在電力緊缺與電價(jià)走高時(shí)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(qiáng)儲(chǔ)能主體的積極性,引導(dǎo)儲(chǔ)能資源的開發(fā)與使用進(jìn)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(qiáng),電力供求的平衡性難度越大,但運(yùn)用儲(chǔ)能則可全程出清清潔能源的替代風(fēng)險(xiǎn),甚至儲(chǔ)能可以看作是能源轉(zhuǎn)型的壓艙石。
從全球范圍看,目前儲(chǔ)能主要區(qū)分為傳統(tǒng)儲(chǔ)能與新型儲(chǔ)能,前者主要是指抽水儲(chǔ)能,后者則包括電化學(xué)儲(chǔ)能以及壓縮空氣儲(chǔ)能等。抽水儲(chǔ)能是運(yùn)用機(jī)械泵力設(shè)備將水從低處抽到高處,需要時(shí)進(jìn)行水力發(fā)電;而電化學(xué)儲(chǔ)能是借助大功率與高性能電池正負(fù)極進(jìn)行儲(chǔ)電與放電,壓縮空氣儲(chǔ)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(chǔ)藏在高壓密封設(shè)施內(nèi),在用電高峰釋放出來驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。從全球裝機(jī)規(guī)模和市場份額看,目前抽水儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模最大,電化學(xué)儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模位列第二,而壓縮空氣儲(chǔ)能項(xiàng)目的落地布局占比位列第三。
雖然抽水儲(chǔ)能是目前最主要的儲(chǔ)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(chǔ)能受到地理位勢空間的嚴(yán)格限制,不僅啟動(dòng)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(chǔ)能基本不受外部條件干擾,響應(yīng)速度快,建設(shè)項(xiàng)目靈活,而更重要的是,作為目前布局最廣泛的電化學(xué)儲(chǔ)能品種,鋰電儲(chǔ)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(dòng)了整個(gè)鋰電儲(chǔ)能成本的下降。按照BNEF測算,2022年全球鋰電儲(chǔ)能成本約為1.66美元/瓦時(shí),預(yù)計(jì)2025年將降至約1.29美元/瓦時(shí)。這樣,電化學(xué)儲(chǔ)能最終取代抽水儲(chǔ)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(chǔ)能的累計(jì)裝機(jī)規(guī)模同比下降了4.1%,而電化學(xué)儲(chǔ)能的占比提高至12.2%,累計(jì)裝機(jī)規(guī)模為25.4GW,同比增長了67.7%。
再就電化學(xué)儲(chǔ)能而言,目前鋰離子電池的市場份額超過90%,不過,另一個(gè)作為充當(dāng)儲(chǔ)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(shí)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,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(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(chǔ)能,雖然壓縮空氣儲(chǔ)能的規(guī)?;潭纫偷枚?,但德國、美國其實(shí)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(chǔ)存于大型儲(chǔ)氣洞穴中,在用電高峰,高壓空氣從儲(chǔ)氣洞穴釋放,同燃料燃燒后驅(qū)動(dòng)膨脹機(jī)發(fā)電,只是傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能依賴化石燃料、依賴天然儲(chǔ)氣洞穴的短板制約了擴(kuò)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(chǔ)能技術(shù),如蓄熱式壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)、等溫壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)以及液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)等。目前來看,新型壓縮空氣儲(chǔ)能在功能、成本、壽命和性能等各方面均已同抽水儲(chǔ)能基本相當(dāng),同時(shí)還彰顯出了規(guī)模大、壽命長、無污染、長時(shí)效與靈活性等優(yōu)勢,是極具發(fā)展?jié)摿Φ膬?chǔ)能技術(shù)。
無論是抽水儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能抑或是壓縮空氣儲(chǔ)能,都相應(yīng)組成了一個(gè)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(chǔ)能變流器(主管電流轉(zhuǎn)換)等組成的儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)與集成系統(tǒng),下游有儲(chǔ)能產(chǎn)品安裝以及終端用戶等。對于全球主要經(jīng)濟(jì)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(xiàng)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(hù)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(chǔ)能其實(shí)也難免打上競爭性符號(hào)。
掃描全球,一些主要的儲(chǔ)能推動(dòng)與應(yīng)用國家在政策機(jī)制上一般都會(huì)通過提供補(bǔ)貼、投資稅收減免等措施來支持儲(chǔ)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(shí)的儲(chǔ)能系統(tǒng)獲得最高30%的ITC退稅,同時(shí)自發(fā)電激勵(lì)計(jì)劃(SGIP)對用戶側(cè)分布式儲(chǔ)能的補(bǔ)貼延長至2026年,更好的儲(chǔ)能技術(shù)法案(BEST)對今后五年內(nèi)儲(chǔ)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(jī)量須達(dá)到52GW的補(bǔ)貼限制,而且將國內(nèi)電力消費(fèi)者為清潔能源激勵(lì)措施支付的EEG稅自2021年始減少每千瓦時(shí)0.25歐元,到2023年將再下降0.0625歐元。在日本,經(jīng)濟(jì)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(fèi)用補(bǔ)貼;在英國,除了取消了49兆瓦的儲(chǔ)能牌照上限外,還設(shè)立共計(jì)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(chǔ)能技術(shù)給予專項(xiàng)援助與支持。
受到多方競爭性力量的集合與撬動(dòng),全球儲(chǔ)能已經(jīng)進(jìn)入放量的規(guī)?;斓?。數(shù)據(jù)顯示,2021年,全球新增投運(yùn)儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模18.3GW,同比增長9%,至2021年底,全球已投運(yùn)儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模209.4GW。根據(jù)研究機(jī)構(gòu)HISMarkit公司的預(yù)測,2022年全球部署的儲(chǔ)能系統(tǒng)總裝機(jī)容量將超過12GW。值得注意的是,在全球儲(chǔ)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(chǔ)能裝機(jī)量的80%,且未來這一趨勢還會(huì)進(jìn)一步強(qiáng)化。
(作者系中國市場學(xué)會(huì)理事、經(jīng)濟(jì)學(xué)教授)
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原標(biāo)題:證券時(shí)報(bào)刊文談儲(chǔ)能:全球能源轉(zhuǎn)型的壓艙石