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张国宝:储能影响未来能源大格局

来源:中国电力企业管理 日期:2015年3月12日 11:02

  当前,全球气候变化对国际能源形势产生了重要影响。可再生能源异军突起,高效、清洁、低碳已经成为世界新能源发展的主流方向。但风能、太阳能发电的间歇性和不可控是影响可再生能源发展的制约因素,2014年我国风电仍有15%~20%的弃风率。在解决可再生能源并网难的问题中,储能产业在市场中获得了发展的重要契机。例如,美国加利福尼亚州AB2514法案要求加州公共电力委员会(CPUC)从2012年3月1号开始着手确定由投资者拥有(IOU)的电力公司在2015年和2020年的电网储能目标。这项立法同时要求CPUC在2013年10月1号前接受所确定的储能目标。国有的电力公司也有相同的要求。根据这项法案确定了130万千瓦储能电站的目标。
  无论是项目数量还是装机规模,美国与日本仍然是最主要的储能示范应用国家,分别占40%和39%的全球装机容量份额。美国是储能发展较早的国家,目前拥有全球近半的示范项目,并且出现了若干已实现商业应用的储能项目。美国在锂离子电池制造及系统集成方面应用较多,同时配以大规模的政府资金支持。而日本在钠硫电池、液流电池和改性铅酸电池储能技术方面处于国际领先水平。2011年福岛核电站事故后,日本推动户用储能作为产业扶持的重点。2012年4月出台家庭储能系统补助金政策,在这项政策的支持下,2013年,越来越多的储能系统获得补助并投放市场。

  欧盟电网计划(EEGI)近期发布了《欧洲储能创新图谱》报告,对欧洲14个国家储能研究、开发与示范项目进行了统计分析。在过去5年,这些国家公共投资和受到欧盟委员会直接资助的项目总数达到391个,总投资额9.86亿欧元。德国在推动储能产业方面的动作较大,2013年和2014年2年共计划投资5000万欧元,对新购买储能系统的用户直接进行补贴,目前已有30兆瓦的项目获得补贴。由于这一储能补贴计划的出台,德国在未来5年的储能装机容量有望达到2吉瓦·时。

  根据欧洲市场调研机构EuPD的预测,德国对太阳能储蓄电池系统销售数量将从2013年的6000个上升为2018年的10万个以上,德国太阳能储蓄电池市场今后3年将会暴涨。澳大利亚矿业发达,许多工矿区是独立电网,柴油发电比例大,矿区、公共事业、家庭储能及分布式能源市场已开始全面布局,预计2030年有望达到3000兆瓦规模。马来西亚、印尼等东南亚国家已成为微电网的新兴市场。这些地区海岛众多,无电人口比例大,鉴于岛屿的地理因素和经济状况,微电网成为最佳的解决方式。

  到2013年12月底,我国累计运行、在建及规划的储能项目总量近60余个,装机规模超过80兆瓦,包括张北国家风光储输电站示范工程、宝清储能电站示范工程、宁夏吴忠太阳山风光储项目、辽宁卧牛石风电场全钒液流储能电站项目等。其中,分布式发电及微网型储能项目占的比重较大,如东福山岛风光储柴项目、南麂岛微网项目、西藏阿里光伏储能项目、青海玉树分布式光水蓄互补系统、三沙独立光伏智能微电网项目等。这些示范项目的实施,既有中国政府产业政策鼓励的因素,更主要是新能源发展对电网稳定的市场需求推动企业不得不建设储能装置。但我国目前还缺乏系统的鼓励储能发展的政策体系,主要靠企业自发建设,价格政策也不明朗,我国的储能产业面临技术、应用和市场机制的三重挑战。

  美国最大跨国电力公司AES公司在新建电厂时十分重视配套建设储能电厂。其在智利建设一座20万千瓦火电厂,要配套建设2万千瓦储能电站。储能电站投资高昂,为什么还要建设储能电站?他们的理由是,智利矿山用电需要稳定。该公司参与加州燃气轮机电站竞标,条件之一就是要配套建设10万千瓦左右的储能电站。而我国电力企业在投资风电、太阳能发电时,目前还很少主动去考虑建设储能电站。

  我国现阶段四个与新能源相关的重要领域,分布式发电与微网、辅助服务、用户侧需求响应和电动汽车并网系统开始涌现储能的商机与经济性。储能产业在我国还处于发展的初期阶段,随着可再生能源的快速发展,国内储能市场潜力巨大,中国将成为全球最大储能市场。虽然现阶段还没有与储能相关的政策体系和价格机制,但储能是一个新兴产业,已越来越受到政府能源部门和科技部门的关注和支持,应用示范的财政补贴也在逐步推进中。

  截至2013年底,中国已运行的储能项目装机规模达51.5兆瓦,较2012年增长了39%。快速增长涉及可再生能源并网、分布式发电及微网、电动汽车等多个方面。特别是分布式发电及微网领域,无电人口用电问题的解决、海岛可持续能源体系搭建、分布式光伏的启动,都为储能开启了大量商机。

  2013年底,全球共有40个风电储能项目(含运行、在建及规划中项目),装机量约241兆瓦,2/3的项目分布在欧美国家。其中美国的风电场储能装机规模占比最大,欧洲电池储能技术在风电场中的应用处于初级阶段,中国逐渐开始开展风电场储能示范项目。锂离子电池、先进铅酸电池、液流电池和钠硫电池是风电场储能中应用最多的四种技术,在项目数量、装机容量方面,份额都超过了80%。

  分布式发电及微网日益成为能源领域的应用热点之一,按照国家能源规划,到2020年,分布式发电的装机容量将达到2.1亿千瓦,占全国总装机的11%,而储能将是分布式发电微网的关键支撑技术。储能在分布式发电及微网中主要起到稳定系统输出、起到备用电源作用以及提高分布式发电系统调度灵活性。分布式发电及微网项目主要应用于社区、工业、商业、用户、偏远地区、军用等领域。其中,社区类的项目数量是最多的,占所有项目数量的50%,主要分布在美国和日本。其次是海岛和偏远地区类储能项目,分别占总项目数量的12%和9%,主要在中国和美国。

  美国是开展储能调频项目最多的国家,比较知名的项目有纽约州Stephentown20兆瓦储能电站、AES纽约州8兆瓦储能电站等。智利也开展了一些调频储能项目,如AES公司在智利北部电网投用的三个储能项目。中国也开始进行储能调频电站试点。2013年9月,中国第一个调频储能电站北京石景山热电厂电池储能项目正式投运。

  北美、欧洲、亚太地区是储能项目开展较多的地区。美国拥有全球近一半的示范项目,2013年投运了几个装机规模较大的项目,如AES位于Dayton市的40兆瓦调频项目、毛伊岛10兆瓦风电场项目等,使其全球装机规模首次超越日本,位居第一。欧洲近几年计划大力推动可再生能源发电,德国、英国、法国、西班牙等国相继在2013年开展了若干项目,涉及输配、智能城市、海岛微网等领域,特别是德国目前已有30兆瓦的项目获得补贴。日本储能项目装机容量仅次于美国,仅NGK公司的装机量就超过了300兆瓦。

  中国储能项目近两年发展较快,分别在可再生能源并网、分布式发电及微网以及电动汽车等领域部署了一些储能项目。从应用上看,按装机容量分,储能在可再生能源并网领域的比例最高,占51%,电力输配、分布式发电及微网以及辅助服务也是应用的重点领域,分别占比19%、8%及16%。伴随着中国的能源结构调整,储能技术市场成为了一片“蓝海”。中国风能、太阳能处处都有,但不是时时都有。瓶颈是储能,储能技术在其中起到了至为关键的作用。

  从技术上看,截至2013年,钠硫电池的装机比例仍旧最高,约占45%,其次是锂离子电池和铅蓄电池,分别占32%和12%。全钒液流电池也开始应用于风力发电、太阳能发电的调储。

  2013年,中国储能项目累计装机容量从2012年的47.7兆瓦上升至64.9兆瓦,增长率为36%。

  随着越来越多的示范项目在中国运行,预计到2020年,中国储能市场规模将达到约136.97吉瓦(其中包含抽水蓄能、储热等技术),占2020年全国发电总装机量1800吉瓦的7.6%。

  可再生能源是今后能源结构调整的方向,但只有储能问题解决了,我们才可能真正迈进可再生能源的时代。真正影响未来能源大格局的是储能技术,储能技术很可能就是下一个能源革命里面最重要的突破方向。

  现在各种储能电池技术层出不穷,美国前能源部长诺贝尔奖获得者朱棣文辞职后回到斯坦福大学研究加密锂电池。钠硫、铁铬、全钒、锌空、铝空等储能电池层出不穷。储能技术正出现爆发性增长态势。(本文刊载于《中国电力企业管理》(综合)2015年3期,作者系原国家能源局局长、国家能源委专家咨询委员会主任)


 

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