儲能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

摘 要：儲能是能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)，北美、歐洲各國為了促進(jìn)儲能產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，制訂并實施了許多鼓勵性政策和補(bǔ)貼。中國儲能領(lǐng)域的技術(shù)、市場、政策、立法、標(biāo)準(zhǔn)、監(jiān)管等產(chǎn)業(yè)基本要素尚不成熟，如何促進(jìn)國內(nèi)儲能產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展值得深入思考。在未來能源格局中，儲能產(chǎn)品與服務(wù)將全面覆蓋交通、建筑和工業(yè)三大用能領(lǐng)域，電化學(xué)儲能技術(shù)將成為主流儲能技術(shù)，綜合能源服務(wù)與智慧能源技術(shù)將成為未來能源企業(yè)的基本配置，與儲能相結(jié)合的電力將取代傳統(tǒng)能源成為新時代最重要的國際貿(mào)易商品之一。目前，儲能產(chǎn)業(yè)集中度不高，基礎(chǔ)與核心技術(shù)研發(fā)投入不足，大型能源企業(yè)需要做好前瞻布局，把握產(chǎn)業(yè)全局、引領(lǐng)市場方向，注重儲能技術(shù)儲備，適時開發(fā)超大規(guī)模化學(xué)儲能技術(shù)，承擔(dān)起可再生能源時代能源安全保障任務(wù)。

近十幾年來，隨著能源轉(zhuǎn)型的持續(xù)推進(jìn)，作為推動可再生能源從替代能源走向主體能源的關(guān)鍵，儲能技術(shù)受到了業(yè)界的高度關(guān)注。2019年，全球儲能增速放緩，呈理性回落態(tài)勢，為儲能未來發(fā)展留下了調(diào)整空間。儲能產(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、儲能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

儲能涉及領(lǐng)域非常廣泛，根據(jù)儲能過程涉及的能的形式，可將儲能技術(shù)分為物理儲能和化學(xué)儲能。物理儲能是通過物理變化將能儲存起來，可分為重力儲能、彈力儲能、動能儲能、儲冷儲熱、超導(dǎo)儲能和超級電容器儲能等幾類。其中，超導(dǎo)儲能是唯一直接儲存電流的技術(shù)?；瘜W(xué)儲能是通過化學(xué)變化將能儲存于物質(zhì)中，包括二次電池儲能、液流電池儲能、氫儲能、化合物儲能、金屬儲能等，電化學(xué)儲能則是電池類儲能的總稱(表1)。

當(dāng)可再生能源成為市場主流之后，能源保障成為新的挑戰(zhàn)，無論是規(guī)模化后儲能技術(shù)自身的安全性與能量密度，還是災(zāi)害發(fā)生后由儲能配置引發(fā)次生災(zāi)害的可能性，目前已有的各項儲能技術(shù)都還達(dá)不到承擔(dān)超大規(guī)模能源戰(zhàn)略儲備的水平。從能量密度角度分析，未來最具可能性的超大規(guī)模儲能技術(shù)方向是純化學(xué)儲能，如氫儲能、甲醇儲能、金屬儲能等。大型能源公司在開發(fā)超大規(guī)模儲能技術(shù)方面具有一定資源優(yōu)勢，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，儲能產(chǎn)業(yè)政策各具特色。儲能產(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)儲能成本下降和規(guī)模應(yīng)用;儲能應(yīng)用較廣泛時，政府通常鼓勵儲能企業(yè)深入?yún)⑴c輔助服務(wù)市場，以實現(xiàn)多重價值。

2.1 北美以政策和補(bǔ)貼鼓勵發(fā)展分布式儲能

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

美國加利福尼亞州計劃到2030年部署裝機(jī)容量達(dá)11~19GW的電池儲能系統(tǒng)，建議采用持續(xù)放電時間為6~8小時的鋰離子電池;紐約州計劃到2030年部署裝機(jī)容量為3GW的儲能系統(tǒng);馬薩諸塞州確定2025年實現(xiàn)裝機(jī)容量達(dá)到1GW的儲能目標(biāo);弗吉尼亞州明確目標(biāo)，2035年部署3.1GW儲能系統(tǒng)，2050年實現(xiàn)100% 可再生能源，用戶必須從第三方儲能系統(tǒng)獲得超過1/3(35%)的儲能容量;內(nèi)華達(dá)州、新澤西州和俄勒岡州也制定了儲能目標(biāo)。各州還采取激勵措施支持儲能部署：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)域部署戶用儲能系統(tǒng)提供1000美元/(kW·h)資助。

在美國儲能市場處于領(lǐng)先地位的各州正在審查將儲能設(shè)備連接到電網(wǎng)的可行性，將儲能系統(tǒng)作為未來強(qiáng)大電網(wǎng)的關(guān)鍵組成部分，并對互聯(lián)過程中儲能系統(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)研和對話。

稅收方面，美國政府為鼓勵綠色能源投資，2016年出臺了投資稅收減免(Investment Tax Credit，ITC)政策，提出先進(jìn)儲能技術(shù)都可以申請投資稅收減免，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)電激勵計劃(SGIP)是美國歷時最長且最成功的分布式發(fā)電激勵政策之一，用于鼓勵用戶側(cè)分布式發(fā)電。儲能也被納入SGIP的支持范圍，儲能系統(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，對促進(jìn)分布式儲能發(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(OEB)發(fā)布規(guī)劃以促進(jìn)包括儲能項目在內(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)揮儲能潛力。阿爾伯塔省計劃在2030年實現(xiàn)30%的電力由可再生能源供應(yīng)。

2.2 歐洲主要國家儲能部署已趨飽和，政策偏重引導(dǎo)新需求

歐洲電力市場的發(fā)展方向明確：更多的可再生能源、更便宜的儲能系統(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個成員國成功實現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。對部署天然氣和柴油峰值發(fā)電設(shè)施的審查更加嚴(yán)格，儲能系統(tǒng)部署備受青睞。

補(bǔ)貼和光伏是歐洲儲能產(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儲能系統(tǒng)參與輔助服務(wù)市場，為區(qū)域電力市場提供高價值服務(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)儲能市場，意大利實施了補(bǔ)貼及減稅政策。

歐盟制定了歐洲能源目標(biāo)，旨在2050年實現(xiàn)“凈零”溫室氣體排放，因此需要大量部署儲能系統(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，儲能將在其中起到重要作用。歐洲在儲能部署上先行一步，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)前歐洲儲能市場接近飽和，儲能發(fā)展放緩。

德國政府高度重視能源轉(zhuǎn)型，近10年一直致力于推動本國能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型變革。為推動儲能市場發(fā)展，德國采取一系列措施，包括逐年下降上網(wǎng)電價補(bǔ)貼、高額零售電價、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能補(bǔ)貼等。2017年，為了鼓勵新市場主體參與二次調(diào)頻和分鐘級備用市場，市場監(jiān)管者簡化了參與兩個市場的申報程序，為電網(wǎng)級儲能應(yīng)用由一次調(diào)頻轉(zhuǎn)向上述二次調(diào)頻和分鐘級備用等兩個市場做準(zhǔn)備。

此外，德國政府部署了大量電化學(xué)儲能、儲熱、制氫與燃料電池研發(fā)和應(yīng)用示范項目，使儲能技術(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)帷?a href="http://msthinker.com/news/article-206.html" target="_blank">沼氣熱電聯(lián)產(chǎn)、儲熱儲冷及熱泵等多能聯(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)證及鉑金評級的低能耗綠色建筑，提供靈活性的儲能電站和智能管理負(fù)荷的微電網(wǎng)等。整個園區(qū)成為集低碳城市理念展示、科技創(chuàng)新平臺為一體的產(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踐”獎，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)儲能相關(guān)政策及電力市場規(guī)則的修訂工作。政府將儲能定義為其工業(yè)戰(zhàn)略的一個重要組成部分，制定了一系列推動儲能發(fā)展的行動方案，明確儲能資產(chǎn)的定義、屬性、所有權(quán)及減少市場進(jìn)入障礙等，為儲能市場的大規(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以上儲能項目的政府審批程序，消除電網(wǎng)規(guī)模儲能系統(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能的發(fā)展。

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

亞洲儲能項目裝機(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》對儲能做出部署，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)用于小型電動汽車使續(xù)航里程達(dá)到700km以上。日本政府除了對戶用儲能提供補(bǔ)貼，新能源市場的政策導(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，對配電網(wǎng)或微電網(wǎng)使用電池進(jìn)行獎勵等。為鼓勵新能源走進(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)，日本政府采用激勵措施鼓勵住宅采用儲能系統(tǒng)，對實施零能耗房屋改造的家庭提供一定補(bǔ)貼。

中國的儲能產(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，到2024年，中國儲能部署基數(shù)將增加25倍，儲能功率和儲電量分別達(dá)到12.5GW和32.1GW·h，將成為亞太地區(qū)最大的儲能市場。政府在儲能領(lǐng)域的積極政策激勵是促進(jìn)行業(yè)快速發(fā)展的主要原因，也是儲能部署的主要推動力。

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)布光儲計劃、電動汽車發(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)啟動儲能技術(shù)在電動汽車、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)推動儲能在大規(guī)?？稍偕茉搭I(lǐng)域的應(yīng)用，政府主要通過激勵措施，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，支持儲能系統(tǒng)部署。