德國儲能發(fā)展現(xiàn)狀及對中國的借鑒意義

1、 德國儲能發(fā)展現(xiàn)狀及對中國的借鑒意義 能源轉(zhuǎn)型對于減少碳排放至關(guān)重要。2020年上半年，德國可再生能源占該國凈發(fā)電量的比例已超過55%。因此，為解決和平衡可再生能源占比不斷提高情 況下帶來的電力波動性、間歇性這一問題，我們亟需創(chuàng)新的解決方案和商業(yè) 模式。近年來，德國儲能市場十分活躍，尤其是在支持電力市場輔助服務(wù)和 家庭應(yīng)用方面更是如此。該研究報告聚焦于儲能這一重要主題。報告描述了儲能在德國所發(fā)揮的作用 以及支持其發(fā)展的政策框架，并提供了不同儲能應(yīng)用的具體案例。1 執(zhí)行摘要過去幾年，在可再生能源和儲能技術(shù)成本降低的雙重推 動下，儲能行業(yè)發(fā)展相當(dāng)迅速，尤其是得益于迅猛發(fā)展 的電動汽車電池技術(shù)。儲能

2、是促進(jìn)能源系統(tǒng)實現(xiàn)氣候中性轉(zhuǎn)型的重要驅(qū)動因 素，同時儲能還可以與其他能夠提升高比例可再生能源 電力系統(tǒng)靈活性的技術(shù)相結(jié)合，例如電網(wǎng)擴(kuò)容、需求響 應(yīng)和能源效率技術(shù)。抽水蓄能系統(tǒng)和熱儲能系統(tǒng)與集中式太陽能電站相結(jié) 合，已顯示出通過大容量儲能提供靈活性的能力。通過 提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和優(yōu)化輸配電網(wǎng)，電池儲能系統(tǒng)以及尚未 得到廣泛應(yīng)用的儲能技術(shù)如壓縮空氣儲能越來越多地顯示出在提升靈活性方面所作出的貢獻(xiàn)。電池儲能不僅在 大規(guī)模應(yīng)用中意義重大，在電表后端需求側(cè)這一小規(guī)模 應(yīng)用領(lǐng)域的作用同樣不容忽視，其市場也在不斷擴(kuò)大。 儲能系統(tǒng)在德國越來越普及，一方面是由于德國電價較 高；另一方面，光伏與儲電相結(jié)合降低了自發(fā)自

3、用的發(fā) 電成本，因此獨立用戶對儲能相關(guān)的解決方案很感興 趣。但是，這一發(fā)展趨勢必須是有利于電網(wǎng)優(yōu)化的，否 則就必然要求電網(wǎng)的大規(guī)模擴(kuò)容。在本報告第四章中，我們將選擇15個儲能系統(tǒng)的應(yīng)用案 例（其中大部分是德國案例）進(jìn)行詳細(xì)分析。表1展示 了入選案例分屬的類別：本報告詳細(xì)地探討了三個商業(yè)案例：大規(guī)模儲能對電網(wǎng) 頻率調(diào)整的貢獻(xiàn)、利用儲能系統(tǒng)優(yōu)化光伏電力自發(fā)自 用、儲能參與電力現(xiàn)貨市場。儲能在能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型方面發(fā)揮著重要作用。然而，大規(guī)模儲能容量并不一定是成功實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的先決條件。 在德國，良好的輸電線路和與鄰國的良好互聯(lián)保證了足 夠的容量用以平衡大部分間歇性可再生能源。雖然與未 來情景下的發(fā)電和輸

4、電相比，儲能的能源總量很小，但 是儲能可以緩解電網(wǎng)擴(kuò)容的壓力，使轉(zhuǎn)型過程更加平穩(wěn)和高效。在電網(wǎng)擴(kuò)容面臨公眾接受度問題的地區(qū)，情況 尤其如此。在比德國小，且與鄰國之間的互聯(lián)線路不夠 理想的國家，例如，島國或處于外圍的國家如葡萄牙， 儲能的價值會進(jìn)一步凸顯。對于領(lǐng)土面積大的國家來 說，情況也是如此。在這些國家中，由于可再生電力必 須遠(yuǎn)距離輸送，因此輸電網(wǎng)絡(luò)的成本更高。當(dāng)前，針對靈活性利用的監(jiān)管框架非常復(fù)雜多樣。相關(guān) 規(guī)定并非始終一致，而且分散在各種法律法規(guī)當(dāng)中。因 此，監(jiān)管框架和電網(wǎng)使用費(fèi)用機(jī)制的改進(jìn)必不可少，從 而鼓勵靈活性利用，以便電網(wǎng)受益。但是儲能系統(tǒng)的價格仍然高于其他靈活性方案。因此， 降

5、低成本是提高儲能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益的最重要前提。除了 研發(fā)以外，標(biāo)準(zhǔn)化對于提高儲能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益也非常重 要。標(biāo)準(zhǔn)化是批量生產(chǎn)的先決條件，并有助于加快技術(shù) 知識傳播和創(chuàng)新。除了經(jīng)濟(jì)效益外，安全性在電池等儲 能系統(tǒng)中也發(fā)揮著重要作用。標(biāo)準(zhǔn)化可以為產(chǎn)品安全性 提高做出重要貢獻(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)化還涉及其他方面（例如安 裝、驗收、并網(wǎng)、處置），這些方面也與儲能技術(shù)的發(fā) 展有關(guān)。從國際上來看，標(biāo)準(zhǔn)化可以避免在貿(mào)易中出現(xiàn) 技術(shù)壁壘，從而降低市場準(zhǔn)入門檻。2 簡介：德國儲能發(fā)展在中國，可再生能源的快速發(fā)展增加了傳統(tǒng)電廠和整個 電力系統(tǒng)對靈活性的需求。棄風(fēng)棄光仍一直是中國面臨 的一個挑戰(zhàn)，雖然近年棄風(fēng)棄光問題有所改善，但是中

6、國電力部門仍需更多的靈活性。2016年中國全年棄風(fēng)率 高達(dá)17%12，甘肅等省份全年棄風(fēng)率甚至高達(dá)40%。 在采取了一系列措施后，到2019年，年棄風(fēng)率和棄光率 分別降至4%和2%。當(dāng)前，提高電力靈活性的措施主要是 針對火電廠。但在消費(fèi)側(cè)和輸電側(cè)，在引入平衡電力市 場試點和計劃引入針對需求響應(yīng)措施的經(jīng)濟(jì)激勵措施方 面，靈活性潛力也變得越來越重要。尤其重要的是，設(shè) 計針對靈活性的經(jīng)濟(jì)激勵機(jī)制，即通過電力市場和交 易所、平衡電力市場或通過網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的干預(yù)（例如再 調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)阻塞/并網(wǎng)管理），來改善靈活性的相應(yīng)機(jī) 制。儲能系統(tǒng)在中國也發(fā)揮著重要作用。截至2018年底，中 國的抽水蓄能電站已達(dá)約30吉

7、瓦，電化學(xué)儲能（電池儲 能）達(dá)到1吉瓦。中國政府計劃推進(jìn)電池儲能設(shè)施擴(kuò)大 規(guī)模，以進(jìn)一步推動可再生能源并網(wǎng)。然而，除了初始 投資高或資本成本高以及技術(shù)難度大（生命周期、安全 要求）以外，價格、市場以及針對儲能利用的支持機(jī)制 方面在未來發(fā)展中仍然面臨挑戰(zhàn)。2.1 電力部門的靈活性需求不斷增長可再生能源在能源系統(tǒng)中的占比提高使每小時發(fā)電模式 發(fā)生變化。如果發(fā)電依靠風(fēng)能和太陽輻射，則會導(dǎo)致 發(fā)電過程中的波動性增加，而波動必須加以平衡。靈活 性的定義如下：“電力系統(tǒng)旨在確保發(fā)電和用電在時間 和空間上時刻保持平衡。電力系統(tǒng)的靈活性代表了電力 系統(tǒng)能夠在多大程度上根據(jù)需求調(diào)整發(fā)電和用電，從而 以具有成本效

8、益的方式保持系統(tǒng)穩(wěn)定。靈活性是指電力 系統(tǒng)在面臨供需急劇波動的情況下，保持持續(xù)供電的能 力?！?通常情況下，可再生能源的比例不斷提高，每小時發(fā)電 量變化會增加。但是，波動幅度和對靈活性的需求取決 于可再生能源類型以及不同可再生能源技術(shù)的組合。光 伏電站非常適合太陽能輻射充足的地區(qū)，并且光伏并網(wǎng) 具有日波動和季節(jié)性波動特征。風(fēng)電并網(wǎng)量與風(fēng)速呈高 度相關(guān)關(guān)系，在各種可再生能源類型當(dāng)中，風(fēng)電每小時 并網(wǎng)曲線是最不規(guī)律的。因此，風(fēng)電場和光伏電站的并 網(wǎng)量很難預(yù)測，所以電力系統(tǒng)中發(fā)電計劃在很大程度上 取決于并網(wǎng)量預(yù)測，而并網(wǎng)量預(yù)測應(yīng)盡可能做到精確無 誤。但是，即使預(yù)測水平有所提高，仍然需要靈活性技 術(shù)，

9、以便快速增加或減少發(fā)電量或用電需求。然而，也 有一些非波動性可再生能源。在世界范圍內(nèi)，水電是一 種非常普遍的可再生能源，發(fā)電出力幾乎恒定。不過， 在一些夏季氣候干燥的國家，水電的季節(jié)性波動比風(fēng)電 大（葡萄牙風(fēng)電相當(dāng)穩(wěn)定，但水電在夏季波動很大）。 生物質(zhì)能可控性很好，如今在歐洲和北美得到廣泛使 用，地?zé)岷吞柲軣犭姀S與儲能相結(jié)合也可以保證電力 供應(yīng)恒定，不同技術(shù)的組合使用會決定最終的發(fā)電模 式，并決定在平衡波動時采用何種技術(shù)或概念。圖1 顯 示了2020年7月德國每小時的發(fā)電量，從中可以清楚地 看到陸上風(fēng)電和光伏的波動性。在德國的能源結(jié)構(gòu)中， 可再生能源占比達(dá)到43%（圖2）；到2030年，預(yù)計

10、這一 比例將超過65，到2050年，電力系統(tǒng)基本全部使用可 Figure 1 再生能源。除了供電方面的波動外，每小時用電需求也有所變化。 因此，不僅電力供應(yīng)需要預(yù)測，電力需求也必須預(yù)測， 供需必須得到平衡。未來隨著電動汽車或熱泵等新技術(shù)逐步取代化石燃料技術(shù)，預(yù)計電力需求將增加。同時， 能效的提升也將顯著減少電力需求。因此，一個地區(qū)的 年電力需求和每小時需求模式也會發(fā)生變化。2.2 提升電力市場靈活性的方案提升能源系統(tǒng)的靈活性有多種方案。表2列出了這些方 案，并簡要說明了方案目標(biāo)。顯然能夠滿足靈活性需求 的方案不止一種。大多數(shù)情況下，不同能源系統(tǒng)會有不 同需求，因此，平衡供需需要綜合運(yùn)用多種方案

11、。儲能 是眾多方案中的重要一類，其中包括部門耦合方案。 一些應(yīng)用情景需要快速響應(yīng)，因此需要響應(yīng)時間短的 技術(shù)。然而在其他情況下，則需要保證靈活性提供的 持續(xù)時間，因此這些靈活性方案必須具有運(yùn)行時間長、 效率高的特點。在圖3中，靈活性方案按典型運(yùn)行時間 排列。此外，調(diào)度方向已給定。正向調(diào)度指需求超過供 應(yīng)，因此必須減少需求或增加供應(yīng)，以維持系統(tǒng)平衡。 反向調(diào)度指供大于求，因此必須減少發(fā)電量或增加可控 負(fù)荷的需求此外，還有一些非技術(shù)因素可以改善靈活性，例如提高 預(yù)測能力或改進(jìn)非歧視性市場設(shè)計（表3）。例如，市 場設(shè)計在建立合適的框架條件中發(fā)揮著重要的作用，在 這些框架條件下可以廣泛采用靈活性方案。

12、監(jiān)管框架應(yīng) 為非歧視性能源市場準(zhǔn)入提供便利，并確保投資安全。因此，可再生能源的推廣必須與支持使用靈活性方案的 市場設(shè)計一起進(jìn)行。市場設(shè)計方案不僅可以影響對靈活 技術(shù)的投資，而且可以促進(jìn)國際貿(mào)易，從而改善整個系 統(tǒng)的靈活性（參見3）。由于大市場區(qū)域具有不同的地質(zhì)和大氣條件，因此，在 大市場區(qū)域內(nèi)，可再生能源并網(wǎng)波動可以得到更好的平 衡，鄰國（或相鄰省份）的密切合作在提供靈活性方面 發(fā)揮著重要作用。鄰國之間的能源政策協(xié)調(diào)一致，可以 給雙方帶來好處，因為這樣可以確保彼此提供的靈活性 相互支持，從而提高供電安全性和系統(tǒng)穩(wěn)定性。但是， 在政策層面開展合作的同時，必須確保實際電網(wǎng)容量和互聯(lián)線路步伐一致。然

13、而，初步經(jīng)驗表明，延長電網(wǎng)線 路、發(fā)展電廠和可再生能源很少或完全不被當(dāng)?shù)毓?接受，德國的某些地區(qū)就是如此。因此，企業(yè)和政界人 士都有義務(wù)在早期階段使公民參與到有關(guān)能源轉(zhuǎn)型的交 流討論中。在這一過程中不僅要向居民和廣大公眾提供 信息，還應(yīng)使公民參與實施過程，并認(rèn)真考慮他們的意 見。3 德國和全球儲能系統(tǒng)/技術(shù)的現(xiàn)狀在簡要介紹了儲能系統(tǒng)（重點是儲電）的典型應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)特點之后，本章將概述全球和歐洲儲能系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā) 展趨勢。最后一節(jié)將聚焦德國的具體情況。3.1 儲能系統(tǒng)的典型應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)特點本節(jié)僅簡要概述儲能系統(tǒng)。更多詳細(xì)信息，請參見參考 文獻(xiàn)6至14。儲能系統(tǒng)的區(qū)別如下（參見圖4）： 放電

14、時間：- 短時間（幾秒/分/小時）- 長時間（幾天或幾周） 應(yīng)用范圍：- 電能質(zhì)量和不間斷電源- 輸配電網(wǎng)支持和負(fù)荷轉(zhuǎn)移- 大容量電力系統(tǒng)管理 儲能技術(shù)：特別是：- 抽水蓄能系統(tǒng)- 電化學(xué)儲能系統(tǒng)（尤其是電池儲能系統(tǒng)）- 抽水蓄能系統(tǒng)以外的機(jī)械儲能系統(tǒng)（尤其是壓縮 空氣儲能、飛輪等）- 化學(xué)儲能（特別是電制氫，電轉(zhuǎn)合成燃料/化學(xué) 物，一般是電轉(zhuǎn)X）關(guān)于典型儲電應(yīng)用領(lǐng)域更詳細(xì)的分類，請參見圖58 。附件A.1中也使用此分類，對所選案例研究進(jìn)行區(qū)分。參考文獻(xiàn)8也展示了有關(guān)儲電系統(tǒng)成本的詳細(xì)介 紹。這些儲能系統(tǒng)發(fā)展迅速，最突出的是基于鋰離 子電池的電池儲能系統(tǒng)（圖6）。到2030年，電池儲能成本與2

15、018年相比平均可以減少一半，甚至可 減少至原來的三分之一（12）。3.2 儲能系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢全球情況圖7展示了截至2019年2月各地區(qū)和國家的兆瓦級儲電項 目概況（包括在運(yùn)項目和計劃建設(shè)項目）。其中，美國領(lǐng)先，其次是歐盟各國（尤其是英國、德國）、澳大利 亞、日本、中國和韓國）。根據(jù)國際能源署儲能追蹤報告11，2019年以來，儲能 系統(tǒng)（不包括抽水蓄能系統(tǒng)）的實際建設(shè)量自2019年以 來首次下降（圖表8）。值得注意的是，韓國市場受到 技術(shù)問題的影響，儲能系統(tǒng)建設(shè)與安全法規(guī)（電池起 火）相沖突。根據(jù)國際能源署報告11，2020年的新冠 疫情危機(jī)很可能加劇這些影響，因為電池生產(chǎn)包括從電 池、

16、組件到包裝和安裝在內(nèi)的供應(yīng)鏈特別復(fù)雜。圖9顯示了鋰離子電池在儲電中的主要作用，其次是熱 儲能，特別是集中式太陽能電站+熔融鹽儲能有所增 加。處理風(fēng)電和太陽能發(fā)電造成的電力過剩是利益相關(guān)方安 裝儲電設(shè)施的主要原因（圖10），但是電網(wǎng)調(diào)頻和其他 系統(tǒng)服務(wù)也是建設(shè)儲電設(shè)施的原因。美國能源部全球儲能數(shù)據(jù)庫(DOE Global Energy Storage Database) 9 給出了全球各項目的詳細(xì)的數(shù) 據(jù)。歐洲情況圖13對近期歐洲范圍內(nèi)的儲能系統(tǒng)進(jìn)行了概述，并建立 了歐洲儲能設(shè)施詳細(xì)信息數(shù)據(jù)庫。其中顯示，歐盟的大 部分儲能（占現(xiàn)有功率的90%以上）屬于抽水蓄能（圖 11中的淺藍(lán)色部分），具有容量

17、大和功率大的特點。機(jī)械儲能達(dá)8萬兆瓦，其中近5萬兆瓦處于在運(yùn)狀態(tài)，其余 處于規(guī)劃或建設(shè)階段。此外，還包括約1500兆瓦的非常 規(guī)儲能方案，例如壓縮空氣儲能。電化學(xué)儲能規(guī)模累 計達(dá)8000兆瓦，其中約1200兆瓦處于在運(yùn)狀態(tài)，處于規(guī) 劃/建設(shè)階段的電化學(xué)儲能為6000兆瓦（圖12）。已取 消700兆瓦，未在圖中列出。在在運(yùn)電化學(xué)儲能系統(tǒng)方 面，英國和德國處于領(lǐng)先地位；在規(guī)劃儲能容量方面， 愛爾蘭和西班牙頗為突出。該分析及圖14還表明，表后 儲能在進(jìn)一步增長（圖8和圖13）。2020年3月發(fā)布的歐洲儲能市場監(jiān)測報告（4.0版） （EMMES4.0）14指出，就歐洲整體而言（類似于全球 總體情況），

18、2019年儲能市場發(fā)展有所放緩，但預(yù)計會 有進(jìn)一步發(fā)展（需要妥善地應(yīng)對最近爆發(fā)的新冠疫情危 機(jī)）。根據(jù)歐洲儲能市場監(jiān)測報告（4.0版），大 規(guī)模儲能的主要回報形式是向電網(wǎng)運(yùn)營商提供調(diào)頻服務(wù) 和其他輔助服務(wù)，而不是大量儲電和放電。由于此前發(fā) 展最快的國家（例如英國和德國等）的調(diào)頻備用市場趨 于飽和，電池系統(tǒng)直接接入電網(wǎng)，表前部分發(fā)展放緩。 這些市場當(dāng)中的價格已從2015年的16歐元/兆瓦時降至 2019年的6歐元/兆瓦時，這說明市場出現(xiàn)放緩。本報告 給出了英國電池商業(yè)應(yīng)用的新案例，從調(diào)頻到批發(fā)，從 平衡機(jī)制到日間交易和日內(nèi)交易。德國在德國，電網(wǎng)級電池和家用電池正在迅速發(fā)展，后者的 甚至發(fā)展更快（

19、圖14）。請注意：2019年和2020年的數(shù) 字是預(yù)測值，并不反映最新的發(fā)展情況。大型電池發(fā)展 的主要驅(qū)動力是因為它們有益于一次備用市場（見4.3 節(jié)例子）。由于一次備用市場價格下跌（使得這些市場 暫時對于投資者的吸引力下降），“表前”應(yīng)用目前有 所放緩。表后項目，特別是工商業(yè)部門的表后項目正在迅速發(fā) 展。這一趨勢在德國和英國兩大大型儲能市場表現(xiàn)最為 明顯，這兩個市場都存在調(diào)頻市場飽和的現(xiàn)象。不僅僅 中小型企業(yè)出現(xiàn)這一趨勢，更為重要的是，容量為1兆 瓦時到幾兆瓦時的大型工業(yè)儲能設(shè)施也呈現(xiàn)這一趨勢。 與電網(wǎng)儲能設(shè)施相比，表后項目的運(yùn)營商在選擇商業(yè)模式時具有更大的靈活性。這里的重點是提供削峰服務(wù)，

20、 從而為用戶節(jié)省接入電網(wǎng)的成本和網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用。對于那些 需要額外應(yīng)急電力服務(wù)且對電力質(zhì)量要求高的公司來 說，其意義更加明顯，因為在此基礎(chǔ)上可以增加其他應(yīng) 用，從而提高盈利能力。必要時，還可以提供其他網(wǎng)絡(luò) 服務(wù)，例如與整合商一起，將規(guī)模較小的儲能設(shè)施捆綁 在一起，提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)?？傊?，電網(wǎng)級電池和家用電池都在快速發(fā)展。與家用電 池相比，電網(wǎng)級電池的發(fā)展放緩的兩個主要原因是，一 方面，如上所述，一次備用市場的價格下跌，這降低了 商業(yè)案例的吸引力；另一方面，自發(fā)自用和購電之間價 格差很大，導(dǎo)致自發(fā)自用替代購電的成本很高，且反送 入電網(wǎng)的電力的價格僅為從電網(wǎng)購電價格的十分之一（ 請參閱第4.3節(jié)，家用電池的

21、商業(yè)案例）。4 儲能系統(tǒng)應(yīng)用案例4.1 儲能案例的選擇在本節(jié)中，我們將詳細(xì)分析15個儲能系統(tǒng)的應(yīng)用案例， 其中主要是德國案例。案例的選擇與分布如圖4。這些 案例大致涉及三大類，主要覆蓋目前市場上十分活躍的 技術(shù)： 機(jī)械儲能（重點關(guān)注占主導(dǎo)地位的抽水蓄能）。 電化學(xué)儲能（大規(guī)模和小規(guī)模儲能方案，以及電 動汽車向電網(wǎng)提供服務(wù)的方案）。 化學(xué)儲能，專注于基于氫氣（電制氫）和合成氣 體的即將到來的創(chuàng)新性儲能方案。4.2 15個案例的應(yīng)用、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)特征下表給出了15個儲能案例的基本情況。本節(jié)描述的入選儲能技術(shù)突出其技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性特征及其應(yīng)用，圖108給出了 這些技術(shù)所屬的類別。有關(guān)這些案例的詳細(xì)信息，請

22、參見文末附件。4.3 德國儲電利用的商業(yè)模式和市場模式當(dāng)前儲能（特別是電池儲能）的應(yīng)用領(lǐng)域包括提供多種服務(wù)，但是重點集中在向電網(wǎng)提供輔助服務(wù)以及增加太陽能光 伏的自發(fā)自用（特別是與電動交通領(lǐng)域的部門耦合）。本節(jié)將介紹這兩個領(lǐng)域的儲能商業(yè)案例。這些領(lǐng)域當(dāng)中存在大量活躍的參與者，包括電池儲能系 統(tǒng)供應(yīng)商。此外，公用事業(yè)公司、汽車制造商和能源密 集型產(chǎn)業(yè)在德國市場上都很活躍，他們利用大型電池儲 能系統(tǒng)或回收電池或電動汽車備用電池作為控制能源市 場的一次備用。比如，Sonnen公司通過了利用小型電池提供一次備用容 量的資格預(yù)審15。該公司的虛擬電廠包含數(shù)千個獨立 的儲能系統(tǒng)，這些系統(tǒng)遍布全國，每個系統(tǒng)

23、都可以用來 為單個家庭提供用能管理。Sonnen公司的虛擬電廠在歐 洲擁有約3萬個電池系統(tǒng)，每個系統(tǒng)容量在5到15千瓦 時之間。整個電網(wǎng)的容量高達(dá)300兆瓦時，能為12萬家 庭供電大約一小時。此外，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)波動時，這些電 池能夠獨立地連接成一個大型虛擬電池。每個電池都有 不同的充電狀態(tài)，大量電池整合在一起，整合后的容量 從1兆瓦起不等，提供給能源市場。如果電網(wǎng)頻率偏離 50hz，儲能系統(tǒng)能夠按需在幾秒鐘內(nèi)自動向電網(wǎng)供電或從電網(wǎng)充電。目前，作為一次平衡電源的主要是大量排 放二氧化碳的電廠；這些聯(lián)網(wǎng)的家庭儲能系統(tǒng)正在加快 德國從電網(wǎng)中剝離這些電廠的步伐。小型儲能系統(tǒng)的業(yè) 主可獲得一項特別指定的電

24、價：作為提供儲存容量的回 報，他們可獲得一定數(shù)量的免費(fèi)電力。因此，對于電池 業(yè)主來說，使用可再生能源更具經(jīng)濟(jì)效益。這些方案也 已在鄰近的歐洲國家付諸實施。市場參與者已經(jīng)開發(fā)或參與了分布式電池儲能系統(tǒng)的更 多應(yīng)用情景，包括分布式電池儲能提供再調(diào)度服務(wù)、利 用電池儲能系統(tǒng)優(yōu)化批發(fā)電力市場上的購電。除了這些 應(yīng)用外，目前還有其他已公布的許多其他商業(yè)模式，這 得益于數(shù)字化和人工智能的進(jìn)步。這些案例包括客戶對 客戶交易，即生產(chǎn)者和消費(fèi)者直接進(jìn)行電力交易或者借 助儲能設(shè)施進(jìn)行電力交易?；谄脚_的方案也經(jīng)常被討 論，即儲能設(shè)施可以作為一種靈活性資源供應(yīng)，以促進(jìn) 區(qū)域阻塞管理或區(qū)域市場營銷。提供一次備用的商業(yè)

25、案例過去幾年中，德國已有50多個用于調(diào)頻的大型電池項目 落地實施（圖15 ）。在一次備用市場中使用儲電的主要動力是:一次備用的 容量價格高。2018年德國季度支付的一次備用容量價格 達(dá)每季度35000歐元/兆瓦（每年14000歐元/兆瓦），但在2020年降至每季度不到15000歐元/兆瓦（每年60000 歐元/兆瓦）（圖15 ）。15兆瓦/20兆瓦時大型電池的成本估算在400至600歐元/ 千瓦時之間，整個系統(tǒng)的總投資為800萬至1200萬歐元 （大約每兆瓦約60萬歐元，請參閱表6）。按照當(dāng)前的 投資水平，年度總成本（包括保養(yǎng)成本和資本成本）將達(dá)到55000歐元，如果可以降低電池成本，到203

26、5年， 成本將有所下降。根據(jù)2019年調(diào)頻備用的收益（每年 每兆瓦約66000歐元），投資這種電池系統(tǒng)是有利可圖 的。自發(fā)自用光伏商業(yè)案例通過部署電池系統(tǒng)優(yōu)化光伏自發(fā)自用的一大動因是，相 比于從電網(wǎng)購電而言，用戶用電成本可以降低。2019年居民終端用戶一般購電價格為30歐分/千瓦時，其中也 包括高比例的稅費(fèi)（見圖17）。部署家用電池系統(tǒng)可以提高屋頂光伏設(shè)備的自發(fā)自用水 平，從而減少從電網(wǎng)當(dāng)中的購電量。近年來，隨著德國 固定上網(wǎng)電價大幅下降，自發(fā)自用的吸引力越來越大。特別是擁有電動汽車（EV）的家庭，可以通過部署電池 系統(tǒng)來增加自發(fā)自用的比例（請參閱表7）。在電池系統(tǒng)成本大幅下降至不到700歐元

27、/千瓦時的背景 下，到2021年，與未部署電池的系統(tǒng)相比，部署電池系 統(tǒng)的總用電成本較低。一個電力需求4000千瓦時的普通 家庭，加上一輛電動汽車3280千瓦時的額外用電需求， 每年需要支付2375歐元的電費(fèi)（見表8）。對于這樣的 家庭來說，安裝5千瓦的光伏系統(tǒng)是有利可圖的，因為與從電網(wǎng)購電相比，自發(fā)自用的用電成本更低，每年的 電費(fèi)將減少到2030歐元。自用剩余的3100千瓦時的電力 以3美分/千瓦時的低價送入電網(wǎng)。使用電池儲能增加自 發(fā)自用的比例，每年可將居民家庭電費(fèi)減少到2012歐 元?，F(xiàn)貨市場參與的商業(yè)案例長期以來，蓄水電站長期以來一直是德國電力系統(tǒng)的一 部分，它們利用批發(fā)市場上的價差獲

28、利。同樣的商業(yè)模 式對于電池系統(tǒng)也適用，但這種商業(yè)模式過去未曾實際應(yīng)用，因為電池儲能的投資要比其他方案高得多，且現(xiàn) 貨市場的價差也有所降低（圖18）。未來價差的發(fā)展取決于幾個因素，例如燃料價格和二氧 化碳價格、可用發(fā)電容量和電網(wǎng)容量的變化。在某些時 段化石能源機(jī)組仍作為邊際發(fā)電機(jī)組并決定價格，且在 二氧化碳價格較高的情況下，預(yù)計價差可以達(dá)到最高 值。同樣，在容量不足且需求彈性非常低的情況下，可 能會出現(xiàn)高價差?？紤]到未來電池成本，此商業(yè)案例的經(jīng)濟(jì)性將有所提 高，但是只有在電池壽命進(jìn)一步延長或價差進(jìn)一步增 加時，這一商業(yè)模式才會有利可圖。以現(xiàn)貨市場運(yùn)行1 兆瓦/1兆瓦時電池儲能為例，2019年的

29、收入為9125歐 元，但每年的成本為84000歐元。隨著未來電池成本的 降低，總成本每年可降至41000歐元，但仍無法盈利（ 表9）。5 儲能在德國能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮的作用以及德國的儲能支持政策本章簡要介紹德國當(dāng)前的儲能支持政策和措施，進(jìn)一步分析儲能設(shè)施對德國聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)管理局所發(fā)揮的重要作用和意 義，并指出在當(dāng)前復(fù)雜多樣的監(jiān)管框架內(nèi)提升電力靈活性所面臨的市場挑戰(zhàn)。德國儲能資助項目德國聯(lián)邦政府的“儲能資助倡議”為開發(fā)儲能系統(tǒng)提供 資金。自2012年以來，該倡議已向約250個項目提供了 約兩億歐元的資助。這項倡議資助的項目包括家用電池 和兆瓦級儲能系統(tǒng)。此外，也包括可再生能源電力電解 制氫的長期儲能項目

30、。這項資助倡議的重點涵蓋風(fēng)電制 氫系統(tǒng)、配電網(wǎng)中的電池應(yīng)用和儲熱系統(tǒng)等。即使在資 助倡議結(jié)束后，“聯(lián)邦政府能源研究項目”也將繼續(xù)對 這些項目進(jìn)行資助。將來會有更多資金投入到以可再生 能源為主的供電系統(tǒng)中儲能系統(tǒng)的使用優(yōu)化研究中。具有戰(zhàn)略性重要意義的資助領(lǐng)域包括： 儲電（電池、壓縮空氣儲能、虛擬儲能、冷凝器、 飛輪以及抽水蓄能） 材料儲能（將任意量的電能轉(zhuǎn)換為氫氣和甲烷、地 質(zhì)儲能、高效釋放存儲材料中的電能） 儲熱（針對太陽能光熱電站的材料和設(shè)計原則以及 概念，供應(yīng)樓宇使用或者輸入供熱管網(wǎng)）綜合領(lǐng)域（分布式儲能設(shè)施的管理、制造工藝、系 統(tǒng)分析和儲能設(shè)施的公眾接受度）分布式儲能系統(tǒng)可從德國復(fù)興信貸

31、銀行獲得補(bǔ)貼。自 2013年初以來，太陽能儲能系統(tǒng)項目就可通過德國復(fù)興 信貸銀行的貼息貸款進(jìn)行融資。德國復(fù)興信貸銀行為此 提供低息貸款和還款補(bǔ)貼。德國復(fù)興信貸銀行這一推廣 項目“可再生能源儲罐”項目已于2018年12月31日結(jié)束 18，但是，聯(lián)邦各州和城市層面仍然對購買光伏儲能 設(shè)備提供支持18。電池對電動出行項目具有重要的戰(zhàn)略意義。此外，固定 式儲能系統(tǒng)也將受益于這一發(fā)展趨勢：2017年10月，歐 盟委員會與成員國和相關(guān)行業(yè)企業(yè)企業(yè)一起，共同創(chuàng)立 了歐洲電池聯(lián)盟。其目的是以可持續(xù)的電池單元為核 心，在歐洲創(chuàng)造一條具有競爭力、可持續(xù)的創(chuàng)新性價值 鏈。根據(jù)預(yù)測，從2025年起，電池市場的價值每年

32、能達(dá) 到2500億歐元。據(jù)保守估計，僅歐盟就需要在歐洲設(shè)立 至少20家“千兆級工廠”（大型電池制造廠）。各方必 須共同努力，盡快為該領(lǐng)域吸引足夠的投資。德國儲能的監(jiān)管框架雖然直接補(bǔ)貼對市場的早期培育有益，但對于儲能基于 商業(yè)模式的市場化來說，比補(bǔ)貼更重要的是監(jiān)管框架。 德國能源署在其一項電網(wǎng)靈活性研究19中對此進(jìn)行了 詳細(xì)分析。這項研究關(guān)注的是怎樣通過幾種應(yīng)用情景的 結(jié)合（實現(xiàn)多用途），使靈活性技術(shù)的使用得到優(yōu)化。 此處的優(yōu)化不僅指商業(yè)價值優(yōu)化，同時也意味著電網(wǎng)服 務(wù)的優(yōu)化。該研究從運(yùn)營商的角度給出了三種應(yīng)用情 景：用戶相關(guān)的應(yīng)用情景、以市場為導(dǎo)向的應(yīng)用情景和 以網(wǎng)絡(luò)服務(wù)為導(dǎo)向的應(yīng)用情景。該研

33、究選取了六個案例：探討監(jiān)管框架優(yōu)化對提高運(yùn)營 商經(jīng)濟(jì)效益的貢獻(xiàn)程度，以及對電網(wǎng)運(yùn)營優(yōu)化的幫助作 用。這些具有示范性意義的案例和其體現(xiàn)的多用途特 點，結(jié)合監(jiān)管優(yōu)化，向電廠運(yùn)營商和電網(wǎng)運(yùn)營商展示通 過哪些方式提高其商業(yè)價值： 案例1：低壓電網(wǎng)中的電動出行領(lǐng)域產(chǎn)消者主要利 用電動汽車通勤。在多用途案例中，車用電池儲電 還用于電力現(xiàn)貨市場交易，以平衡電力供需，為電 網(wǎng)提供服務(wù)。 案例2：低壓電網(wǎng)中產(chǎn)消者相互連接成智能社區(qū)， 合作利用社區(qū)儲能設(shè)施（電池），盡可能減少外部 購電。在多用途模式下，儲能設(shè)施還用于電力現(xiàn)貨 市場交易，以平衡電力供需，為和電網(wǎng)提供服務(wù)。 案例3：低壓電網(wǎng)中的漸進(jìn)式自我優(yōu)化系統(tǒng)，由

34、光 伏系統(tǒng)和熱泵組成，通過電池儲能盡可能減少外部 電力輸入。在多用途模式下，儲能設(shè)施還可參與電 力現(xiàn)貨市場交易，以平衡電力供需，保證電網(wǎng)中電 力供應(yīng)不中斷。 案例4：高壓電網(wǎng)市場當(dāng)中的系統(tǒng)運(yùn)營商利用電制 熱系統(tǒng)，銷售熱力和燃料（部門耦合概念）。在 多用途模式下，電熱轉(zhuǎn)換站還參與電力現(xiàn)貨市場交 易，平衡電力供需，為電網(wǎng)提供服務(wù)。 案例5：中壓電網(wǎng)中的配電網(wǎng)運(yùn)營商建設(shè)并利用儲 能設(shè)施，減少電網(wǎng)擴(kuò)容需求。在多用途模式下， 儲能設(shè)施還用于電力現(xiàn)貨市場交易，以平衡電力供 需，為電網(wǎng)提供服務(wù)。 案例6：中壓電網(wǎng)中的系統(tǒng)運(yùn)營商在光伏電站現(xiàn)場 運(yùn)營儲能設(shè)施，提供平衡電力。在多用途模式下， 儲能設(shè)施還用于電力現(xiàn)

35、貨市場交易，服務(wù)電網(wǎng)。儲能系統(tǒng)法規(guī)的最新完善消除了非歧視性市場參與方面 存在的障礙。法規(guī)調(diào)整后，儲能設(shè)備與其他發(fā)電機(jī)組具 有相同地位，因此，當(dāng)他們使用電網(wǎng)電力時無需支付電 網(wǎng)使用費(fèi)。此外，還應(yīng)進(jìn)一步修改法規(guī)，以允許電網(wǎng)運(yùn) 營商使用儲能設(shè)施，優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)營并降低電網(wǎng)擴(kuò)容成 本。法律和法規(guī)要求的調(diào)整可以使靈活性從經(jīng)濟(jì)性角度得到 優(yōu)化利用。當(dāng)前，關(guān)于靈活性使用的監(jiān)管框架非常復(fù)雜 多樣20。相關(guān)規(guī)定不完全統(tǒng)一，且分散于諸多現(xiàn)有法 律法規(guī)當(dāng)中，例如，德國能源經(jīng)濟(jì)法案、可再生 能源法、熱電聯(lián)產(chǎn)法案以及電網(wǎng)費(fèi)用條例。一方面，顯然當(dāng)前的監(jiān)管框架沒有提供適當(dāng)?shù)募畲胧?和機(jī)會，讓靈活的電網(wǎng)用戶使用電網(wǎng)時既滿足需求

36、又與 電網(wǎng)兼容。另一方面，電網(wǎng)運(yùn)營商缺乏足夠精確的手段 來激發(fā)或使用靈活性。因此，必須進(jìn)一步完善電網(wǎng)收費(fèi)制度，以激勵電力靈 活運(yùn)用，為電網(wǎng)服務(wù)。電網(wǎng)收費(fèi)的主要任務(wù)是在電網(wǎng) 用戶之間分?jǐn)偩W(wǎng)絡(luò)費(fèi)用，做到既公平，又考慮到每個 用戶的貢獻(xiàn)。當(dāng)前，電網(wǎng)成本當(dāng)中的剛性價格部分并未 考慮電網(wǎng)現(xiàn)狀（白天的阻塞問題）以及與電網(wǎng)相關(guān)的靈 活性使用。調(diào)整電網(wǎng)收費(fèi)并在電網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)中引入動態(tài) 變化元素（費(fèi)用隨時間變化/隨負(fù)荷變化）有助于提升 靈活性，從而優(yōu)化電網(wǎng)現(xiàn)狀。應(yīng)該建立一個靈活性產(chǎn)品 市場。電網(wǎng)運(yùn)營商提供的靈活性產(chǎn)品和由此所獲得的經(jīng) 濟(jì)回報可以鼓勵電廠運(yùn)營商利用其靈活性，優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn) 行。由此，電廠運(yùn)營商就可以增加

37、電網(wǎng)購電和或向電網(wǎng) 饋電，這和他們僅僅根據(jù)市場行情做出的決定可能不 同。進(jìn)一步開發(fā)電網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)可以消除不必要的管控效 果，從而可以鼓勵電力的靈活應(yīng)用。稅收、費(fèi)用分?jǐn)偤?征收抑制靈活性使用，并阻礙如電轉(zhuǎn)熱等技術(shù)的商業(yè) 化利用。所謂的政府指導(dǎo)價（SIP）通常按每千瓦時收 取，而且不是動態(tài)變化的，即其中不包含任何隨時間或 負(fù)荷變化的價格要素。因此，調(diào)整稅費(fèi)分?jǐn)傮w系，使其 具有可用性，為激勵與電網(wǎng)相關(guān)的多種用途提供了進(jìn)一 步的起點?？傮w而言，通過如結(jié)合政府指導(dǎo)價，降低稅 費(fèi)復(fù)雜度是可取的。這有助于改善各種政府指導(dǎo)價帶來 的累積效應(yīng)這一復(fù)雜問題，同時，也有助于政策制定者 衡量能源政策調(diào)控效果是否符合預(yù)期

38、。6 德國的儲電規(guī)范（略）儲能系統(tǒng)的價格仍然高于其他電力靈活性方案。因此， 降低成本是提高儲能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益的最重要前提。除了 研發(fā)之外，標(biāo)準(zhǔn)化對于達(dá)成這一目的也非常重要。標(biāo)準(zhǔn) 化為批量生產(chǎn)創(chuàng)造了先決條件，并有助于加快技術(shù)知識 和創(chuàng)新成果的傳播。因此，標(biāo)準(zhǔn)化是大幅降低成本的關(guān) 鍵。除經(jīng)濟(jì)效益外，安全性在電池等儲能系統(tǒng)中也發(fā)揮著重 要作用。在這方面，標(biāo)準(zhǔn)化可以為提高產(chǎn)品安全性做出 重要貢獻(xiàn)。在國際上，標(biāo)準(zhǔn)化有助于避免技術(shù)性貿(mào)易壁 壘，從而降低市場準(zhǔn)入門檻。這有助于德國公司進(jìn)入世 界市場，并幫助他們獲得競爭優(yōu)勢。例如，2019年，大 型儲能系統(tǒng)的消防安全問題給韓國大型電池市場造成了 沖擊。在儲能系統(tǒng)

39、的各個細(xì)分領(lǐng)域當(dāng)中，已經(jīng)有大量規(guī)范存 在。2016年3月15日至16日，負(fù)責(zé)德國所有標(biāo)準(zhǔn)化事務(wù) 的德國標(biāo)準(zhǔn)化研究所、德國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（DIN）和德國電 氣電子和信息技術(shù)協(xié)會（VDE）聯(lián)合成立的德國DIN和 VDE電氣，電子和信息技術(shù)委員會（DKE）、德國工程師 協(xié)會（VDI）以及德國燃?xì)夂退畢f(xié)會（DVGW）的代表一 起提出了德國儲能標(biāo)準(zhǔn)化路線圖21。路線圖是由上述幾家機(jī)構(gòu)以及行業(yè)專家和科學(xué)家合作制定，并 確定了以下五個技術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)： 電化學(xué)儲能設(shè)備（例如電池） 化學(xué)儲能（例如，電轉(zhuǎn)氣） 機(jī)械儲能 儲熱 電儲能設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化路線圖旨在確定需要進(jìn)一步發(fā)展且具有戰(zhàn)略 意義的領(lǐng)域。因此，標(biāo)準(zhǔn)化路線

40、圖是儲能領(lǐng)域未來 的工作計劃。這是幫助德國在歐洲確立自身地位的重要 前提。該路線圖可為規(guī)則制定者評估未來項目提供指 南，也可供能源行業(yè)和公共部門使用，促進(jìn)儲能技術(shù)的 進(jìn)一步發(fā)展。在相關(guān)專家和公眾的參與下，標(biāo)準(zhǔn)化路 線圖正在不斷發(fā)展。 此處簡要概述與本報告最相關(guān)的五個技術(shù)領(lǐng)域中前三個 所面臨的主要問題。7 從中國的電力市場框架和政策背景看德國電力儲能持續(xù)推動儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，有助于中國構(gòu)建“清潔低碳、 安全高效”的現(xiàn)代能源體系、加快實現(xiàn)綠色能源轉(zhuǎn)型。 縱觀中國儲能行業(yè)，除抽水蓄能發(fā)展歷史較長、技術(shù)較 為成熟外，電化學(xué)儲能等新型電儲能產(chǎn)業(yè)經(jīng)過初期研發(fā) 示范階段，初步具備了規(guī)?；虡I(yè)化應(yīng)用的基礎(chǔ)；但 是，其發(fā)展應(yīng)用路徑還缺乏戰(zhàn)略頂層設(shè)計，規(guī)模布局缺 乏統(tǒng)籌科學(xué)規(guī)劃，商業(yè)模式、市場機(jī)制、政策體系和產(chǎn) 業(yè)服務(wù)體系尚不完善?？紤]新型電儲能行業(yè)仍處于發(fā)展 初期，囿于成本、市場機(jī)制等多方面因素，短時間內(nèi)尚 不具備在各領(lǐng)域、各地區(qū)全面鋪開、大規(guī)模應(yīng)用的條 件，但在一些需求突出、實施條件較好的地區(qū)，可因地 制宜，結(jié)合新能源消納、電力供應(yīng)保障等實際情況，開 展示范建設(shè)工作，推動新型電儲能在電力系統(tǒng)源、網(wǎng)、 荷各側(cè)共同發(fā)力，探索創(chuàng)新開發(fā)模式、商業(yè)模式、運(yùn)行