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储能技术发展现状与趋势

光伏零部件  来源:石油科技论坛杂志    2020/10/20 14:48:44  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:摘 要:储能是能源转型的关键技术,北美、欧洲各国为了促进储能产业的可持续发展,制订并实施了许多鼓励性政策和补贴。中国储能领域的技术、市场、政策、立法、标准、监管等产业基本要素尚不成熟,如何促进国内储能产业可持续发展值得深入思考。在未来能源格局中,储能产品与服务将全面覆盖交通、建筑和工业三大用能领域,电化学储能技术将成为主流储能技术,综合能源服务与智慧能源技术将成为未来能源企业的基本配置,与储能相结合的电力将取代传统能源成为新时代最重要的国际贸易商品之一。目前,储能产业集中度不高,基础与核心技术研发投入不足,大型能源企业需要做好前瞻布局,把握产业全局、引领市场方向,注重储能技术储备,适时开发超大规模化学储能技术,承担起可再生能源时代能源安全保障任务。

近十几年来,随着能源转型的持续推进,作为推动可再生能源从替代能源走向主体能源的关键,储能技术受到了业界的高度关注。2019年,全球储能增速放缓,呈理性回落态势,为储能未来发展留下了调整空间。储能产业在技术路线选择、商业应用与推广、产业格局等方面仍存在很多不确定性。

1、储能技术发展现状与趋势

储能涉及领域非常广泛,根据储能过程涉及的能的形式,可将储能技术分为物理储能和化学储能。物理储能是通过物理变化将能储存起来,可分为重力储能、弹力储能、动能储能、储冷储热、超导储能和超级电容器储能等几类。其中,超导储能是唯一直接储存电流的技术。化学储能是通过化学变化将能储存于物质中,包括二次电池储能、液流电池储能、氢储能、化合物储能、金属储能等,电化学储能则是电池类储能的总称(表1)。

当可再生能源成为市场主流之后,能源保障成为新的挑战,无论是规模化后储能技术自身的安全性与能量密度,还是灾害发生后由储能配置引发次生灾害的可能性,目前已有的各项储能技术都还达不到承担超大规模能源战略储备的水平。从能量密度角度分析,未来最具可能性的超大规模储能技术方向是纯化学储能,如氢储能、甲醇储能、金属储能等。大型能源公司在开发超大规模储能技术方面具有一定资源优势,可借此承担大部分能源安全保障任务。

2、世界主要国家储能产业政策与发展情况

随着新能源产业的兴起,储能应用日益受到世界各国的重视,由于各国技术发展阶段不同,储能产业政策各具特色。储能产业初始阶段,政府多采用税收优惠或补贴政策,促进储能成本下降和规模应用;储能应用较广泛时,政府通常鼓励储能企业深入参与辅助服务市场,以实现多重价值。

2.1 北美以政策和补贴鼓励发展分布式储能

近年来,美国各州关注储能部署。美国能源和自然资源委员会推出的《更好的储能技术法案》(BEST)修订版由一系列储能法案构成,包括2019年《促进电网储能法案》《降低储能成本法案》《联合长时储能法案》等,采购储能系统流程、回收储能系统材料(例如锂、钴、镍和石墨)的激励机制,以及联邦能源管理委员会(FERC)制定的收回储能系统部署成本的规则与流程。

美国加利福尼亚州计划到2030年部署装机容量达11~19GW的电池储能系统,建议采用持续放电时间为6~8小时的锂离子电池;纽约州计划到2030年部署装机容量为3GW的储能系统;马萨诸塞州确定2025年实现装机容量达到1GW的储能目标;弗吉尼亚州明确目标,2035年部署3.1GW储能系统,2050年实现100% 可再生能源,用户必须从第三方储能系统获得超过1/3(35%)的储能容量;内华达州、新泽西州和俄勒冈州也制定了储能目标。各州还采取激励措施支持储能部署:俄勒冈州要求每家公用事业公司至少部署10MW·h 的储能系统和1%的峰值负荷;加利福尼亚州将2020年部署装机容量1325MW的目标增加了500MW,并向储能系统相关发电设施提供超5亿美元的资助,为可能受到火灾影响的区域部署户用储能系统提供1000美元/(kW·h)资助。

在美国储能市场处于领先地位的各州正在审查将储能设备连接到电网的可行性,将储能系统作为未来强大电网的关键组成部分,并对互联过程中储能系统部署有明确规定,以确保灵活性和响应性。马里兰州、内华达州、亚利桑那州和弗吉尼亚州都已采取措施,在互联标准制定中解决储能系统问题。明尼苏达州、密歇根州和伊利诺伊州等就此展开了调研和对话。

税收方面,美国政府为鼓励绿色能源投资,2016年出台了投资税收减免(Investment Tax Credit,ITC)政策,提出先进储能技术都可以申请投资税收减免,可以通过独立方式或并入微网和可再生能源发电系统等形式运行。补贴方面,自发电激励计划(SGIP)是美国历时最长且最成功的分布式发电激励政策之一,用于鼓励用户侧分布式发电。储能也被纳入SGIP的支持范围,储能系统可获得2美元/W 的补贴支持。SGIP至今经历多次调整和修改,对促进分布式储能发展发挥了重要作用。

加拿大许多地区纬度偏高,四季冰寒,储能是其保障电力供应的有效措施之一,应用比较普遍。2018年4月,安大略省能源委员会(OEB)发布规划以促进包括储能项目在内的分布式能源开发。中立管理机构独立电力系统运营公司(IESO)建议投资者重点关注能够提供多重服务的细分领域,充分发挥储能潜力。阿尔伯塔省计划在2030年实现30%的电力由可再生能源供应。

2.2 欧洲主要国家储能部署已趋饱和,政策偏重引导新需求

欧洲电力市场的发展方向明确:更多的可再生能源、更便宜的储能系统、更少的基本负荷,热力和运输领域实现电气化。2019年,欧盟17个成员国成功实现电力网络互联。对部署天然气和柴油峰值发电设施的审查更加严格,储能系统部署备受青睐。

补贴和光伏是欧洲储能产业发展的最大推手。为了给可再生能源介入日益增高的欧洲电网做支撑,德国、荷兰、奥地利和瑞士等国开始尝试推动储能系统参与辅助服务市场,为区域电力市场提供高价值服务。随着分布式光伏的推广,欧洲许多国家以补贴手段扶持本地用户侧储能市场,意大利实施了补贴及减税政策。

欧盟制定了欧洲能源目标,旨在2050年实现“净零”温室气体排放,因此需要大量部署储能系统和其他灵活的可再生能源。到2040年,欧洲将拥有298GW的可变可再生能源发电能力,这需要装机容量为118GW的灵活性发电设施来平衡系统波动,储能将在其中起到重要作用。欧洲在储能部署上先行一步,并获得巨大成功,频率响应和其他电网服务已基本得到满足,当前欧洲储能市场接近饱和,储能发展放缓。

德国政府高度重视能源转型,近10年一直致力于推动本国能源系统转型变革。为推动储能市场发展,德国采取一系列措施,包括逐年下降上网电价补贴、高额零售电价、高比例可再生能源发电,以及德国复兴信贷银行提供的户用储能补贴等。2017年,为了鼓励新市场主体参与二次调频和分钟级备用市场,市场监管者简化了参与两个市场的申报程序,为电网级储能应用由一次调频转向上述二次调频和分钟级备用等两个市场做准备。

此外,德国政府部署了大量电化学储能、储热、制氢与燃料电池研发和应用示范项目,使储能技术的发展和应用成为能源转型的支柱之一。例如,位于柏林市区西南的欧瑞府零碳能源科技园区,占地面积5.5×104m2,共25幢建筑,建筑面积约16.5×104m2,园区80%~95%的能源从可再生能源中获得,采用了一系列先进的智能化能源管理,具体包括光伏、风电、地热、沼气热电联产、储热储冷及热泵等多能联供模式,无人驾驶公交车和清扫机器人、无线充电及智能充电等高新技术,获得LEED能源性能标准认证及铂金评级的低能耗绿色建筑,提供灵活性的储能电站和智能管理负荷的微电网等。整个园区成为集低碳城市理念展示、科技创新平台为一体的产学研一体化的新能源和低碳技术产业生态圈,智慧能源与零碳技术有机融合,2013年获“联合国全球城市更新最佳实践”奖,成为德国能源转型的创意灵感象征。

2016年以来,英国大幅推进储能相关政策及电力市场规则的修订工作。政府将储能定义为其工业战略的一个重要组成部分,制定了一系列推动储能发展的行动方案,明确储能资产的定义、属性、所有权及减少市场进入障碍等,为储能市场的大规模发展注入强心剂。英国政府提议,降低准入机制,取消装机容量50MW以上储能项目的政府审批程序,消除电网规模储能系统部署的重大障碍。另外取消了光伏发电补贴政策,客观上刺激了户用储能的发展。

2.3 亚洲主要国家储能分散部署为主,政策与补贴关注户用与交通储能

亚洲储能项目装机主要分布在中国、日本、印度和韩国。2016年4月,日本政府发布《能源环境技术创新战略2050》对储能做出部署,提出研究低成本、安全可靠的快速充放电先进电池技术,使其能量密度达到现有锂离子电池的7倍,成本降至1/10,应用于小型电动汽车使续航里程达到700km以上。日本政府除了对户用储能提供补贴,新能源市场的政策导向也十分积极。例如,要求公用事业太阳能独立发电厂装备一定比例的电池以稳定电力输出,要求电网公司在输电网上安装电池以稳定频率,对配电网或微电网使用电池进行奖励等。为鼓励新能源走进住户,又要缓解分布式太阳能大量涌入带来的电网管理挑战,日本政府采用激励措施鼓励住宅采用储能系统,对实施零能耗房屋改造的家庭提供一定补贴。

中国的储能产业虽然起步较晚,但近几年发展速度令人瞩目。据伍德麦肯兹(Wood Mackenzie)预测,到2024年,中国储能部署基数将增加25倍,储能功率和储电量分别达到12.5GW和32.1GW·h,将成为亚太地区最大的储能市场。政府在储能领域的积极政策激励是促进行业快速发展的主要原因,也是储能部署的主要推动力。

印度2022年智能城市规划中,将可再生能源的装机目标增加到175GW。为此,政府发布光储计划、电动汽车发展目标、无电地区的供电方案等。很多海外电池厂商在印度建厂,印度希望不断提升电池制造能力,陆续启动储能技术在电动汽车、柴油替代、可再生能源并网、无电地区供电等领域的应用。

韩国持续推动储能在大规模可再生能源领域的应用,政府主要通过激励措施,例如为商业和工业用户提供电费折扣优惠等方式,支持储能系统部署。

原标题:储能技术发展现状与趋势

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