美國(guó)儲(chǔ)能市場(chǎng)專題報(bào)告

美國(guó)儲(chǔ)能市場(chǎng)專題報(bào)告導(dǎo)語(yǔ)美國(guó)設(shè)定2035年實(shí)現(xiàn)無(wú)碳發(fā)電，2050年實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。1美國(guó)儲(chǔ)能市場(chǎng)：電化學(xué)儲(chǔ)能成為增長(zhǎng)新引擎2050碳中和目標(biāo)確立，加速可再生能源發(fā)展美國(guó)設(shè)定2035年實(shí)現(xiàn)無(wú)碳發(fā)電，2050年實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。美國(guó)作為當(dāng)前世界第一大經(jīng)濟(jì)體，是一個(gè)碳排放大國(guó)。減少碳排放、加快能源轉(zhuǎn)型勢(shì)在必行。拜登在領(lǐng)導(dǎo)人氣候峰會(huì)上宣布，到2030年將美國(guó)的溫室氣體排放量較2005年降低50%，到2035年通過(guò)向可再生能源過(guò)渡實(shí)現(xiàn)無(wú)碳發(fā)電，到2050年實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)；并呼吁各國(guó)采取堅(jiān)決行動(dòng)，力爭(zhēng)將全球平均氣溫較工業(yè)化前水平提高控制在1.5攝氏度內(nèi)。各州政府也陸續(xù)提出100%可再生能源計(jì)劃，要求在2030-2050年間，逐漸達(dá)成100%清潔能源發(fā)電。美國(guó)可再生能源裝機(jī)容量大幅提升。為達(dá)成碳中和目標(biāo)，美國(guó)加速推進(jìn)電氣化計(jì)劃，推動(dòng)可再生能源成為發(fā)電主力。根據(jù)EIA統(tǒng)計(jì)，2020年，美國(guó)新增光伏裝機(jī)12.3GW，在疫情影響下仍達(dá)到了歷史最大容量增幅；新增風(fēng)電裝機(jī)17.1GW，可再生能源（包括風(fēng)能、水電、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能和地?zé)崮埽┊a(chǎn)生了創(chuàng)紀(jì)錄的8340億kWh的電力，約占美國(guó)總發(fā)電量的21%?？稍偕茉从惺芬詠?lái)首次超過(guò)核能（7900億kWh）和煤炭（7740億kWh）。儲(chǔ)能為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。隨著新能源裝機(jī)容量的不斷增加，其本身的波動(dòng)性、隨機(jī)性與間歇性給電網(wǎng)帶了極大的沖擊，導(dǎo)致了供需不匹配、波動(dòng)性大等問(wèn)題，影響了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。近年來(lái)隨著光伏、風(fēng)電裝機(jī)的進(jìn)一步增加，電網(wǎng)本身的調(diào)節(jié)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。儲(chǔ)能可以靈活應(yīng)用于供電側(cè)與用戶側(cè)，通過(guò)充放電進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以減小波動(dòng)性、平滑出力、存儲(chǔ)過(guò)量的光伏風(fēng)電資源，在提高新能源發(fā)電比例的同時(shí)，維持電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定，是能源轉(zhuǎn)型道路上的必經(jīng)之路。美國(guó)儲(chǔ)能發(fā)展迅速，加州引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展美國(guó)儲(chǔ)能裝機(jī)容量快速增加，其中加州是美國(guó)最大的儲(chǔ)能市場(chǎng)。根據(jù)BNEF統(tǒng)計(jì)，2020年全球儲(chǔ)能市場(chǎng)新增規(guī)模達(dá)到5.3GW/10.7GWh。根據(jù)WoodMackenzie和ESA統(tǒng)計(jì)，美國(guó)2020年新增儲(chǔ)能裝機(jī)量達(dá)1.46GW/3.48GWh，功率容量占全球市場(chǎng)27.5%，能量容量占全球市場(chǎng)32.5%。美國(guó)2020年電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)新增1.1GW/2.6GWh，是儲(chǔ)能裝機(jī)主要的增長(zhǎng)動(dòng)力，同比增長(zhǎng)207%。截至2020年底，美國(guó)累計(jì)儲(chǔ)能裝機(jī)量達(dá)到2.7GW/5.8GWh，同比增長(zhǎng)84%，成為全球僅次于韓國(guó)的第二大儲(chǔ)能市場(chǎng)。加州是美國(guó)最大的儲(chǔ)能市場(chǎng)，裝機(jī)容量占全美超60%。就電化學(xué)儲(chǔ)能而言，截至2020年12月，新增裝機(jī)量前五的州占美國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能功率容量的68%以上，其中加利福尼亞州的份額最大，裝機(jī)量566MW/930MWh，德克薩斯州、伊利諾伊州、馬薩諸塞州、夏威夷州和西弗吉尼亞周的功率容量均超過(guò)50MW。從儲(chǔ)能方式看，抽水蓄能仍然占據(jù)儲(chǔ)能市場(chǎng)主力，未來(lái)發(fā)展主力將集中在電化學(xué)儲(chǔ)能。根據(jù)美國(guó)能源部列示的儲(chǔ)能項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)，截至2020年12月，抽水蓄能占累計(jì)裝機(jī)量的92%，電化學(xué)儲(chǔ)能占比3%。電化學(xué)儲(chǔ)能中，鋰離子電池累計(jì)裝機(jī)占比65.9%。抽水蓄能仍占據(jù)儲(chǔ)能市場(chǎng)的主力，度電成本最低，但是它受到地理位置的約束，大多是1970年代和1980年代初安裝，2000年以后裝機(jī)容量極低。隨著技術(shù)的快速發(fā)展，電化學(xué)儲(chǔ)能成本降低，可靠性提高，從新增裝機(jī)容量來(lái)看，電化學(xué)儲(chǔ)能正逐漸成為發(fā)展主力。根據(jù)EIA統(tǒng)計(jì)，電化學(xué)儲(chǔ)能占據(jù)了目前美國(guó)儲(chǔ)能新增市場(chǎng)的90%以上，其中以鋰離子電池儲(chǔ)能為主，占據(jù)電化學(xué)儲(chǔ)能的90%以上。抽水蓄能累計(jì)裝機(jī)占比最高，2010年后新建放緩2020年美國(guó)抽水蓄能累計(jì)裝機(jī)占比九成左右，但新建放緩。根據(jù)NREL統(tǒng)計(jì)，截至2020年，累計(jì)裝機(jī)容量22.9GW，占美國(guó)儲(chǔ)能市場(chǎng)九成左右，主要用于提供4-16小時(shí)的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能。抽水蓄能利用負(fù)荷低谷時(shí)的電能將水抽到高處，負(fù)荷高峰時(shí)期在利用水的勢(shì)能發(fā)電，可用于調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、穩(wěn)定電壓、事故備用等，技術(shù)最為成熟、綜合效益高、裝機(jī)規(guī)模最大。但它存在三個(gè)較為明顯的缺點(diǎn)：1）建設(shè)受地理位置限制，且面臨長(zhǎng)距離輸電的問(wèn)題；2）電站初始投資大，高達(dá)數(shù)億美元，與風(fēng)光資源適配性差。美國(guó)在上世紀(jì)70-80年代建設(shè)了大量抽水蓄能電站，起步很早，裝機(jī)容量從1960年的0.2GW到2020年的22.9GW，復(fù)合增速8.22%。但是隨著美國(guó)對(duì)抽水蓄能電站的環(huán)境監(jiān)管日益嚴(yán)格，項(xiàng)目的審批和建設(shè)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10年左右，不確定性高，回收周期長(zhǎng)不被投資方看好，所以2000年以后幾乎沒(méi)有新電站建成。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，華盛頓眾議員凱茜·麥克莫里斯·羅杰斯和丹·紐豪斯提出一項(xiàng)法案，旨在進(jìn)一步加快抽水蓄能電站審批進(jìn)程，目前美國(guó)也在規(guī)劃新的抽水蓄能項(xiàng)目，根據(jù)DOE統(tǒng)計(jì)，美國(guó)在2015-2019年間，5家開(kāi)發(fā)商提交了許可證申請(qǐng)，F(xiàn)ERC（聯(lián)邦能源管理委員會(huì)）發(fā)放了兩個(gè)許可證。電化學(xué)儲(chǔ)能接棒，成為新的增長(zhǎng)動(dòng)力鋰電池儲(chǔ)能占據(jù)主要市場(chǎng)份額，鎳基、鉛酸電池早期應(yīng)用較多，正逐漸被鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池替代。根據(jù)Woodmac統(tǒng)計(jì)，2020年美國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能新增裝機(jī)容量1.1GW/2.6GWh，同比增長(zhǎng)207%，累計(jì)裝機(jī)容量2.7GW/5.8GWh。電化學(xué)儲(chǔ)能主要包括鎳基電池、鋰電池、鉛酸電池、鈉硫電池、液流電池等。其中，鎳基電池和鉛酸電池較早應(yīng)用于儲(chǔ)能，但受限于其本身性能，正逐漸被替代。根據(jù)EIA統(tǒng)計(jì)，鋰電池因其出色的循環(huán)次數(shù)、能量密度、響應(yīng)時(shí)間以及相對(duì)較低的成本占據(jù)了90%以上的市場(chǎng)。鈉硫電池能量和功率密度高，能量轉(zhuǎn)換效率高，是一項(xiàng)基于豐富材料的成熟技術(shù)，但其需要在高溫熔融環(huán)境下運(yùn)行，成本高昂，根據(jù)EIA統(tǒng)計(jì)，截至2019年底，有2%的裝機(jī)容量和4%的能量容量使用了鈉硫電池儲(chǔ)能。液流電池是一項(xiàng)新興技術(shù)，循環(huán)次數(shù)多，轉(zhuǎn)換效率高，但能量密度低。2016年，AvistaUtilities在華盛頓州安裝了第一個(gè)大型液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，截至2019年，大型儲(chǔ)能系統(tǒng)中約1%使用了液流電池。光儲(chǔ)共建將是未來(lái)儲(chǔ)能發(fā)展的增長(zhǎng)點(diǎn)。根據(jù)EIA統(tǒng)計(jì)，截至2020年底的累計(jì)裝機(jī)容量中，62%的電化學(xué)儲(chǔ)能是獨(dú)立運(yùn)行的，38%是與其他發(fā)電廠共建，其中30%是與風(fēng)電、光伏電廠共建，8%是與化石燃料電廠共建。未來(lái)光儲(chǔ)共建將是新增長(zhǎng)點(diǎn)，EIA根據(jù)在2021-2023期間計(jì)劃安裝的儲(chǔ)能形式，預(yù)測(cè)美國(guó)將安裝超過(guò)10GW的大型儲(chǔ)能系統(tǒng)，并將新能源+儲(chǔ)能的比例從30%提升到60%。目前美國(guó)用戶側(cè)儲(chǔ)能的滲透率較低，由于獨(dú)立住宅數(shù)量大，市場(chǎng)遠(yuǎn)未飽和，且用戶側(cè)儲(chǔ)能自發(fā)自用，經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)，用電可靠性增加，未來(lái)市場(chǎng)巨大。長(zhǎng)期來(lái)看，根據(jù)NREL預(yù)測(cè)，2050年美國(guó)儲(chǔ)能總裝機(jī)將超過(guò)200GW，雖然目前抽水蓄能占據(jù)了九成左右的市場(chǎng)，未來(lái)電化學(xué)儲(chǔ)能是主要的增長(zhǎng)動(dòng)力，其中當(dāng)前新增裝機(jī)以2h和4h儲(chǔ)能系統(tǒng)為主，未來(lái)逐漸向長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能發(fā)展，以4h和6h儲(chǔ)能系統(tǒng)為主。儲(chǔ)能成本會(huì)較大程度上影響未來(lái)儲(chǔ)能的發(fā)展。由于未來(lái)電化學(xué)儲(chǔ)能是主要增長(zhǎng)動(dòng)力，在預(yù)測(cè)儲(chǔ)能裝機(jī)容量時(shí)，NREL設(shè)置了基于三種不同的儲(chǔ)能電池成本情景?；谶m度的電池成本，2050年美國(guó)儲(chǔ)能裝機(jī)可以達(dá)到213GW，是當(dāng)下裝機(jī)容量的近十倍。而在低電池成本的情境下可以達(dá)到超380GW，高電池成本下達(dá)到132GW。不同的成本下，到2050年可以相差近250GW，可見(jiàn)電池成本會(huì)影響未來(lái)儲(chǔ)能的發(fā)展方向。2發(fā)展動(dòng)力：政策支撐疊加市場(chǎng)化成熟，加速行業(yè)發(fā)展

原因1：美國(guó)大力支持儲(chǔ)能行業(yè)的發(fā)展，ITC激勵(lì)效果明顯。聯(lián)邦政府于2006年提出ITC（聯(lián)邦投資稅收抵免）政策，鼓勵(lì)用戶安裝可再生能源發(fā)電系統(tǒng)，可以進(jìn)行一定的稅收抵免，目前ITC政策已經(jīng)推廣至新能源與儲(chǔ)能的混合項(xiàng)目，最高可以抵減30%的前期投資額，推動(dòng)了新能源配置儲(chǔ)能。2008年聯(lián)邦為儲(chǔ)能進(jìn)入電能批發(fā)市場(chǎng)提供制度保障，2013年提出輸電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商可以選擇從第三方直接購(gòu)買(mǎi)輔助服務(wù)以及電儲(chǔ)能提供輔助服務(wù)的結(jié)算機(jī)制。2018年FERC發(fā)布841號(hào)法案，要求系統(tǒng)運(yùn)行商消除儲(chǔ)能參與容量、能源和輔助服務(wù)市場(chǎng)的障礙，使得儲(chǔ)能可以以市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的方式參與電力市場(chǎng)。2020年，美國(guó)國(guó)家能源部正式推出儲(chǔ)能大挑戰(zhàn)路線圖，這是能源部針對(duì)儲(chǔ)能的首個(gè)綜合性戰(zhàn)略，要求到2030年建立并維持美國(guó)在儲(chǔ)能利用和出口方面的全球領(lǐng)導(dǎo)地位，建立起彈性、靈活、經(jīng)濟(jì)、安全的能源系統(tǒng)。2021年9月4日，美國(guó)能源部公布“長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能攻關(guān)”計(jì)劃（LongDurationStorageShot），宣布爭(zhēng)取在10年內(nèi)將儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)超過(guò)10小時(shí)的系統(tǒng)成本降低90%以上，美國(guó)能源部預(yù)算中將為儲(chǔ)能大挑戰(zhàn)計(jì)劃資助116億美元用于解決技術(shù)障礙。各州也陸續(xù)設(shè)立了相應(yīng)的儲(chǔ)能目標(biāo)，推動(dòng)儲(chǔ)能項(xiàng)目切實(shí)落地。加州早在2013年就要求IOU到2020年采購(gòu)1325MW儲(chǔ)能，并于2024年前運(yùn)營(yíng)。馬薩諸塞州要求2025年完成儲(chǔ)能目標(biāo)1000MWh，新澤西州到2030年儲(chǔ)能預(yù)計(jì)達(dá)到2000MWh，弗吉尼亞州到2035年達(dá)到3100MW。原因2：儲(chǔ)能市場(chǎng)化機(jī)制成熟，經(jīng)濟(jì)性快速提高。美國(guó)加快推進(jìn)儲(chǔ)能的市場(chǎng)化進(jìn)程，及時(shí)獲得相應(yīng)收益，目前已經(jīng)有了較為完善的市場(chǎng)機(jī)制。美國(guó)成熟的電力市場(chǎng)體系為儲(chǔ)能參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)獲得經(jīng)濟(jì)性創(chuàng)造了良好的條件。美國(guó)電力體系的市場(chǎng)化成熟，形成了由聯(lián)邦層面的FERC（美國(guó)聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會(huì)）和NERC（北美可靠電力公司）以及州層面的PUC（公用事業(yè)委員會(huì)）監(jiān)管的市場(chǎng)體系。美國(guó)的電力系統(tǒng)被劃分為東部網(wǎng)(EasternInterconnection)、西部網(wǎng)(WesternInterconnection)和德州網(wǎng)(ElectricReliabilityCouncilofTexas,ERCOT)三大區(qū)域電網(wǎng)。在電網(wǎng)內(nèi)劃分為多個(gè)區(qū)域市場(chǎng)。市場(chǎng)主體是RTO(區(qū)域傳輸組織)或ISO（獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)方）。RTO負(fù)責(zé)組織電力市場(chǎng)內(nèi)的電能買(mǎi)賣(mài)；ISO負(fù)責(zé)管理最終市場(chǎng)，組織平衡發(fā)電與用電負(fù)荷的實(shí)時(shí)市場(chǎng)。電力的發(fā)、輸、配、售由市場(chǎng)內(nèi)獨(dú)立或一體化的公司承擔(dān)。發(fā)電企業(yè)負(fù)責(zé)生產(chǎn)和出售電能，同時(shí)提供電力輔助服務(wù)。輸電公司擁有輸電資產(chǎn)，在ISO的調(diào)度下運(yùn)行輸電設(shè)備，配電公司負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)配電網(wǎng)絡(luò)。在用戶端，大用戶可以通過(guò)批發(fā)市場(chǎng)與發(fā)電企業(yè)直接通過(guò)競(jìng)價(jià)購(gòu)電，有的大用戶可以作為負(fù)荷調(diào)節(jié)資源參與輔助服務(wù)，有些大用戶也可以通過(guò)售電公司零售購(gòu)買(mǎi)電力。不愿意或者不能參加批發(fā)市場(chǎng)買(mǎi)賣(mài)的小用戶可以通過(guò)售電公司零售商購(gòu)買(mǎi)所需的電力資源。美國(guó)儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景包括表前（FrontoftheMeter，F(xiàn)TM）和表后（BehindtheMeter，BTM），對(duì)應(yīng)于國(guó)內(nèi)應(yīng)用場(chǎng)景的劃分，表前通常指電網(wǎng)側(cè)和發(fā)電側(cè)，表后指用戶側(cè)，包括家庭和工商業(yè)。目前美國(guó)表前側(cè)儲(chǔ)能市場(chǎng)分屬于不同的區(qū)域電力市場(chǎng)，目前較大的為PJM市場(chǎng)、CAISO市場(chǎng)、ERCOT市場(chǎng)等，儲(chǔ)能的市場(chǎng)供給參與方包括IPP（獨(dú)立發(fā)電商）、IOU（投資者擁有的公用事業(yè)端）等。根據(jù)EIA統(tǒng)計(jì)，截至2019年，IPP擁有美國(guó)大型電化學(xué)儲(chǔ)能現(xiàn)有功率容量的56%，IOU擁有20%，而針對(duì)能量市場(chǎng)，IPP擁有38%，IOU擁有36%。其中，PJM市場(chǎng)主打功率市場(chǎng)，IPP在PJM市場(chǎng)中擁有主導(dǎo)地位；CAISO市場(chǎng)主打能量市場(chǎng)，IOU在CAISO市場(chǎng)里有面向能源的主導(dǎo)地位。儲(chǔ)能在表前市場(chǎng)應(yīng)用有調(diào)頻、備用、黑啟動(dòng)等，其中調(diào)頻和備用實(shí)行實(shí)時(shí)市場(chǎng)調(diào)度、需求響應(yīng)系統(tǒng)配置，黑啟動(dòng)實(shí)行簽訂協(xié)議獲得收益。表后市場(chǎng)由于ITC政策、SGIP等政策，用戶可以獲得一定數(shù)目的成本補(bǔ)貼，疊加峰谷套利等，具備良好的經(jīng)濟(jì)性。以下我們會(huì)對(duì)表前和表后市場(chǎng)儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)性和市場(chǎng)空間進(jìn)行分析。

3美國(guó)儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景分為表前和表后兩大類

根據(jù)儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)，可以分為短期、中期和長(zhǎng)期儲(chǔ)能。抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、儲(chǔ)熱蓄冷、各類容量型電池等儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)大于4h，屬于長(zhǎng)期儲(chǔ)能，可用于電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻、備用容量等。短期、中期儲(chǔ)能，如鉛酸電池、部分鋰電池、電磁儲(chǔ)能，儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)在2h以下，可用于調(diào)峰調(diào)頻、平滑出力、緊急備用等。根據(jù)儲(chǔ)能的應(yīng)用場(chǎng)景，通常將美國(guó)儲(chǔ)能市場(chǎng)分為電表前（包括發(fā)電和電網(wǎng)），與電表后（包括家用和工商業(yè)）。根據(jù)BNEF統(tǒng)計(jì)，2020年美國(guó)公用事業(yè)端安裝了大量的儲(chǔ)能，新增裝機(jī)852MW，同比增長(zhǎng)297%，占當(dāng)年新增80%，是過(guò)去一年的主要增長(zhǎng)動(dòng)力；戶用儲(chǔ)能則是去年的第二大市場(chǎng)，新增裝機(jī)154MW，同比增長(zhǎng)63%，占當(dāng)年新增15%；工商業(yè)儲(chǔ)能新增裝機(jī)55MW，同比下降24%，占當(dāng)年新增5%。表前市場(chǎng)主要用于調(diào)峰、調(diào)頻等電力輔助服務(wù)和發(fā)電側(cè)能量存儲(chǔ)表前市場(chǎng)主要應(yīng)用有調(diào)峰、調(diào)頻、旋轉(zhuǎn)備用、備用電源、存儲(chǔ)過(guò)剩的可再生能源發(fā)電、平滑可再生能源出力、負(fù)載管理等。根據(jù)BNEF統(tǒng)計(jì)，2020年美國(guó)新增儲(chǔ)能主要來(lái)自于表前市場(chǎng)，裝機(jī)占比高達(dá)80%。新增電化學(xué)儲(chǔ)能中表前市場(chǎng)裝機(jī)量852MW，同比增加297%。不同區(qū)域也對(duì)應(yīng)著不同的儲(chǔ)能需求，PJM市場(chǎng)的大型儲(chǔ)能系統(tǒng)主要用于電網(wǎng)調(diào)頻；加州則用于電網(wǎng)調(diào)峰、負(fù)載管理等；MISO的儲(chǔ)能系統(tǒng)主要針對(duì)于調(diào)峰調(diào)頻；阿拉斯加、夏威夷等地因其本身電網(wǎng)系統(tǒng)較為獨(dú)立，儲(chǔ)能系統(tǒng)的作用更加多樣化，致力于提高電網(wǎng)的可靠性。根據(jù)EIA統(tǒng)計(jì)，2019年度美國(guó)儲(chǔ)能累計(jì)中級(jí)中73%的能量容量用于調(diào)頻。成本下降，收益方式多樣，助力電表前儲(chǔ)能快速發(fā)展表前市場(chǎng)儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)性提高依賴于儲(chǔ)能系統(tǒng)成本的降低。目前成本較低的方式為抽水蓄能和鋰電池儲(chǔ)能。根據(jù)BNEF，2020年全球儲(chǔ)能電站的成本為$300/kWh，對(duì)比2018年的$360/kWh已經(jīng)有了明顯的下降，電池技術(shù)下降至2009年度的十分之一。2020年12月，美國(guó)能源部首次發(fā)布《能源大挑戰(zhàn)路線圖》（ESGC），提出了一些關(guān)于價(jià)格的未來(lái)發(fā)展目標(biāo)，計(jì)劃到2030年將儲(chǔ)能平準(zhǔn)化成本降至$0.03-0.05/kWh，將儲(chǔ)能系統(tǒng)成本降至$200/kWh。美國(guó)表前儲(chǔ)能市場(chǎng)收益方式主要有能量市場(chǎng)、電力輔助服務(wù)、峰谷套利和輸配電價(jià)。1）儲(chǔ)能參與能量市場(chǎng)，通過(guò)日前和實(shí)時(shí)市場(chǎng)競(jìng)價(jià)，獲得出清收益。2）儲(chǔ)能參與電力輔助服務(wù)，主要市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)調(diào)頻、備用、黑啟動(dòng)等，其中調(diào)頻和備用可以通過(guò)日前市場(chǎng)和實(shí)時(shí)市場(chǎng)進(jìn)行競(jìng)價(jià)，最終根據(jù)實(shí)際出清價(jià)格獲得收益，黑啟動(dòng)主要通過(guò)簽訂長(zhǎng)期協(xié)議。3）峰谷套利：目前美國(guó)峰谷價(jià)差較大，在0.1-0.2美元/kWh之間，且有著逐年拉大的趨勢(shì)，儲(chǔ)能項(xiàng)目可以通過(guò)在谷電價(jià)時(shí)充電，峰電價(jià)時(shí)放電獲取收益。4）另外與國(guó)內(nèi)市場(chǎng)不同的是，美國(guó)大多大型電力公司均為發(fā)輸配售一體化，部分儲(chǔ)能成本可以通過(guò)輸配電價(jià)傳送到用戶端。市場(chǎng)將電量與調(diào)頻、備用聯(lián)合出清，終端需按照輔助服務(wù)負(fù)荷占總負(fù)荷的比例購(gòu)買(mǎi)相應(yīng)服務(wù)，將電力現(xiàn)貨與輔助市場(chǎng)聯(lián)系起來(lái)，將成本傳遞到用戶端，可以獲得輸配電價(jià)、輔助服務(wù)、備用的收益。加州定義三個(gè)儲(chǔ)能資源模型準(zhǔn)入市場(chǎng)：代理需求響應(yīng)資源（PDR）、分布式能源（DER）和非發(fā)電資源（NGR），主要以NGR模式參與。加州是美國(guó)一個(gè)較為成熟的電力市場(chǎng)，它是美國(guó)儲(chǔ)能能量規(guī)模最大的州，占到已投運(yùn)項(xiàng)目44%的能量規(guī)模和18%的功率規(guī)模。加州儲(chǔ)能以提供能量服務(wù)為主，應(yīng)用領(lǐng)域多樣化。CAISO儲(chǔ)能項(xiàng)目的平均功率規(guī)模為5MW，平均儲(chǔ)能充放電時(shí)長(zhǎng)為4小時(shí)。目前加州62%的儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模是由SCE和SDG&E等公共事業(yè)公司采購(gòu)和應(yīng)用的，主要解決儲(chǔ)氣庫(kù)泄漏帶來(lái)的供電穩(wěn)定性問(wèn)題，滿足CPUC發(fā)電資源至少提供4小時(shí)備用容量的要求。不同的儲(chǔ)能系統(tǒng)可以根據(jù)自身的容量、儲(chǔ)能市場(chǎng)、功能特性等選擇特定的模式。DER模式為小型儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)聚合的形式形成一個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)，參與電力市場(chǎng)，但由于涉及輸配電，且每個(gè)系統(tǒng)都需要配置監(jiān)控與遙測(cè)設(shè)備，導(dǎo)致成本較高，占比較少。目前加州主要采用NGR模式，是儲(chǔ)能主要的收益來(lái)源，定義為“具有連續(xù)運(yùn)行區(qū)間，既可以發(fā)電又可以耗電的資源”。為促進(jìn)儲(chǔ)能在電力市場(chǎng)的靈活使用，加州制定了專門(mén)的調(diào)頻能量管理方案(REM)，允許儲(chǔ)能資源參與雙邊容量市場(chǎng)，電能量市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)。PDR模式以需求側(cè)為主，根據(jù)價(jià)格信號(hào)調(diào)整出力，主要應(yīng)用于能量市場(chǎng)和備用市場(chǎng)。據(jù)測(cè)算，目前美國(guó)市場(chǎng)光伏+儲(chǔ)能項(xiàng)目，利用儲(chǔ)能參與調(diào)頻服務(wù)，項(xiàng)目IRR超過(guò)5%，具有經(jīng)濟(jì)性。

根據(jù)DOE的數(shù)據(jù)，發(fā)電側(cè)光儲(chǔ)系統(tǒng)100MW光伏配備60MW/4h儲(chǔ)能系統(tǒng)投資成本為18600萬(wàn)美元，約70%為設(shè)備費(fèi)用，其中ITC政策可以補(bǔ)貼設(shè)備部分的26%。工作年限20年，光伏首年發(fā)電量約20萬(wàn)MWh，首年利用小時(shí)數(shù)為2000h，光伏組件衰減系數(shù)0.01，儲(chǔ)能年衰減系數(shù)為0.01。光伏多發(fā)電量存儲(chǔ)與儲(chǔ)能系統(tǒng)中，儲(chǔ)能系統(tǒng)參與調(diào)頻市場(chǎng)獲得收益，光伏發(fā)電通過(guò)電力市場(chǎng)批發(fā)價(jià)格獲得收益。其中，調(diào)頻收益分為容量收益和調(diào)頻里程收益，電力價(jià)格采用平均電力批發(fā)價(jià)格。維護(hù)費(fèi)用按照前十年每年1%，后十年每年2%。20年后殘值率為5%。電站配備5名員工，年平均工資10萬(wàn)美元，每年提高5%。通過(guò)經(jīng)濟(jì)性測(cè)算得，項(xiàng)目IRR為4.8%，投資回收期12.37年。即使在無(wú)補(bǔ)貼的情況下，當(dāng)成本下降幅度超過(guò)20%時(shí)，IRR超過(guò)5%。隨著未來(lái)光儲(chǔ)電站的持續(xù)降本，經(jīng)濟(jì)性會(huì)得到進(jìn)一步的提高。表前市場(chǎng)空間預(yù)計(jì)2025年達(dá)到25.3GWh表前市場(chǎng)增長(zhǎng)來(lái)自新能源+儲(chǔ)能和獨(dú)立儲(chǔ)能電站參與電力輔助服務(wù)。在新能源發(fā)電配置儲(chǔ)能的市場(chǎng)，考慮到光伏發(fā)電的波動(dòng)性為日內(nèi)波動(dòng)，風(fēng)電波動(dòng)多為季節(jié)性波動(dòng)，光伏配置短時(shí)儲(chǔ)能的適配度更高，對(duì)光伏+儲(chǔ)能和風(fēng)電+儲(chǔ)能按照不同的配置比例預(yù)測(cè)。我們按照光伏配儲(chǔ)能當(dāng)期配比8%儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)2小時(shí)，遠(yuǎn)期配比20%儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)3.5小時(shí)來(lái)估算，風(fēng)電配儲(chǔ)能按照配比3%儲(chǔ)能市場(chǎng)2小時(shí)，遠(yuǎn)期配比15%儲(chǔ)能市場(chǎng)3.5小時(shí)估算。我們預(yù)測(cè)，美國(guó)2025年新能源發(fā)電配套儲(chǔ)能電站新增裝機(jī)容量為19.3GWh，其中光伏配套12.61GWh，風(fēng)電配套6.7GWh。對(duì)于獨(dú)立儲(chǔ)能電站，主要參與電力輔助服務(wù)市場(chǎng)，提供調(diào)峰、調(diào)頻、黑啟動(dòng)等服務(wù)。根據(jù)最大用電負(fù)荷推測(cè)電力市場(chǎng)的調(diào)頻容量需求，儲(chǔ)能在調(diào)頻市場(chǎng)的滲透率由2%提升至20%，預(yù)計(jì)2025年調(diào)頻儲(chǔ)能新增容量0.7GWh。根據(jù)日發(fā)電量推測(cè)電力市場(chǎng)的調(diào)峰容量需求，預(yù)計(jì)2025年調(diào)峰儲(chǔ)能新增容量5.3GWh。表后市場(chǎng)安裝于家庭和工商業(yè)用戶側(cè)，發(fā)展迅速表后市場(chǎng)對(duì)應(yīng)于安裝在戶用和工商業(yè)的儲(chǔ)能容量。根據(jù)BNEF統(tǒng)計(jì)，電化學(xué)儲(chǔ)能中，2020年表后市場(chǎng)新增209MW，其中新增戶用裝機(jī)154MW，同比增加63%，裝機(jī)占比15%；工商業(yè)2020年新增裝機(jī)55MW，同比降低24%，裝機(jī)占比5%。美國(guó)工商業(yè)電價(jià)低于居民電價(jià)，表后市場(chǎng)由戶用和工商業(yè)儲(chǔ)能共同組成，其中工業(yè)儲(chǔ)能較少。目前來(lái)看，表后儲(chǔ)能基本與光伏發(fā)電捆綁安裝，白天陽(yáng)光充足，可以自發(fā)自用，多余的電量可以儲(chǔ)存下來(lái)夜晚使用。另外，峰谷套利，即谷電價(jià)充電，峰電價(jià)放電模式，也降低了綜合用電成本。美國(guó)表后市場(chǎng)戶用和商業(yè)市場(chǎng)較大，加州外以戶用為主。目前最大的表后市場(chǎng)位于加州，根據(jù)EIA統(tǒng)計(jì)，截至2019年加州累計(jì)裝機(jī)容量326MW，占據(jù)全美裝機(jī)容量的86%，其中40%用于商業(yè)區(qū)域，32%用于住宅區(qū)域，14%用于工業(yè)區(qū)域。2019年夏威夷22MW，其中18MW用于住宅區(qū)域，4MW用于商業(yè)區(qū)域，德克薩斯5MW，其中4.6MW用于住宅區(qū)，亞利桑那州5MW，其中4.6MW用于住宅區(qū)。用電可靠性需求和經(jīng)濟(jì)性驅(qū)動(dòng)表后市場(chǎng)發(fā)展電網(wǎng)不穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)性利好造就了表后市場(chǎng)的快速發(fā)展。一方面得益于美國(guó)稅收政策的激勵(lì)，安裝儲(chǔ)能能夠獲得一定數(shù)額的稅收抵免，降低了儲(chǔ)能的投資成本，同時(shí)儲(chǔ)能本身成本的降低、峰谷價(jià)差的逐漸拉大、光儲(chǔ)系統(tǒng)自發(fā)自用等，都大大提高了安裝儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)性。另外，由于美國(guó)電網(wǎng)系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，不能跨區(qū)進(jìn)行大規(guī)模調(diào)度，且超過(guò)70%的部分已經(jīng)建成25年以上，系統(tǒng)老化明顯，出現(xiàn)了供電不穩(wěn)定、高峰輸電阻塞、難以抵抗極端天氣等問(wèn)題，疊加2021年疫情和暴風(fēng)雪疊加造成的德州大面積長(zhǎng)時(shí)間停電的影響，居民提升用電可靠性的需求大幅提高，戶用儲(chǔ)能需求也隨之大幅提升。家庭安裝光儲(chǔ)系統(tǒng)可以獲得明顯的經(jīng)濟(jì)收益。根據(jù)伯克利實(shí)驗(yàn)室的統(tǒng)計(jì)，截至2020年表后側(cè)安裝儲(chǔ)能容量約為1000MW，其中550MW與太陽(yáng)能光伏配對(duì)。目前絕大多數(shù)戶用儲(chǔ)能與光伏配對(duì)（80%），非住宅儲(chǔ)能只有40%與光伏共建。美國(guó)戶用光儲(chǔ)共建比例最高的是夏威夷州，其次是加州。電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本逐年下降，目前光儲(chǔ)系統(tǒng)的成本在$5/W，聯(lián)邦范圍內(nèi)安裝光儲(chǔ)系統(tǒng)可以獲得ITC稅收減免30%，亞利桑那州、加州等提供額外的光儲(chǔ)系統(tǒng)退稅，用戶可以通過(guò)峰谷套利、自發(fā)自用等方式節(jié)省用電費(fèi)用。光儲(chǔ)系統(tǒng)使用5-10年之后可以回收部分成本。綜合計(jì)算后系統(tǒng)可以獲得$500-1000/kWh的經(jīng)濟(jì)收益。根據(jù)BNEF統(tǒng)計(jì)，戶用儲(chǔ)能系統(tǒng)費(fèi)用在$684/kWh左右，美國(guó)目前最常用的為13.5kWh，假設(shè)安裝一套戶用儲(chǔ)能7kW時(shí)長(zhǎng)為2h的系統(tǒng)。根據(jù)SEIA，戶用光伏系統(tǒng)硬件和安裝費(fèi)用$2930/kW，一套戶用4kW的光伏系統(tǒng)價(jià)格為$11720。對(duì)于一個(gè)加州典型家庭，假設(shè)安裝光儲(chǔ)系統(tǒng)ITC補(bǔ)貼26%，SGIP補(bǔ)貼$200/kWh，SASH（單戶家庭可負(fù)擔(dān)的太陽(yáng)能計(jì)劃）補(bǔ)貼$2000。根據(jù)EIA統(tǒng)計(jì)，美國(guó)2020年人均每月用電量約為369kWh。一家四口年用電量為17712kWh。根據(jù)AlectraUtilities提供的電力分時(shí)價(jià)格計(jì)劃，采用峰谷平電價(jià)，見(jiàn)下表。每日早11:00至下午5:00為用電高峰期，電價(jià)$0.17/kWh，晚7:00至次日早7:0為谷電價(jià)$0.082/kWh，其余時(shí)間為平電價(jià)。工作日每日高峰時(shí)期用電量占總用電量的20%，平電價(jià)占50%，谷電價(jià)占30%。美國(guó)每年法定節(jié)假日12.5天，一年周末52個(gè)，合計(jì)116.5天，工作日248.5天。光伏和儲(chǔ)能設(shè)備維護(hù)費(fèi)用按照每年1%計(jì)算。我們選擇四個(gè)基本情景：不安裝光伏或儲(chǔ)能、安裝光伏、安裝儲(chǔ)能及安裝光儲(chǔ)系統(tǒng)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，十年里，四種情景下光儲(chǔ)系統(tǒng)的每年電費(fèi)比不安裝光伏和儲(chǔ)能系統(tǒng)低59%；安裝光伏比不安裝低38%；由于美國(guó)居民用電量高，且峰谷價(jià)差大，安裝儲(chǔ)能的年用電費(fèi)也比不安裝低12%。綜合設(shè)備成本、設(shè)備維護(hù)費(fèi)用及電費(fèi)來(lái)看，相比于不安裝的情景，在全壽命周期內(nèi)，安裝光儲(chǔ)及單獨(dú)安裝光伏都具備一定的經(jīng)濟(jì)性，單獨(dú)安裝光伏的累計(jì)成本為$23918.93，安裝光儲(chǔ)系統(tǒng)的累計(jì)成本為$22422.01。使用時(shí)間超過(guò)8年，安裝光儲(chǔ)系統(tǒng)相比于其他方案跟節(jié)約成本。即使在2024年ITC政策失效后，在當(dāng)前成本的情景下，全壽命周期內(nèi)安裝光伏或安裝光儲(chǔ)系統(tǒng)的累計(jì)成本與不安裝的成本相近。但安裝光儲(chǔ)系統(tǒng)后，儲(chǔ)能可以作為備用電源提供用電保障，因此，價(jià)值更高。隨著未來(lái)光伏和儲(chǔ)能設(shè)備的降價(jià)，將會(huì)增加進(jìn)一步增加安裝設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性。我們測(cè)算了光伏系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)格下降對(duì)于光儲(chǔ)系統(tǒng)IRR的影響。結(jié)