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电池储能是非常灵活的它可以进行快速部署且具有多种应用同时它能够产生大量价值流——更不用说电池价格比预期中下降得还要快这一点根据一项预测2022储能市场的年销售量可达到260亿美元以上年复合增长率CAGR则达46.5%然而该部门的活力并不完全归因于这些因素诸如人工智能区块链和预测分析等相邻数字技术的进步正在促发综合解决方案和创新商业模式而几年之前这些方案和模式几乎是不可想象的世界各地的创业公司正迅速将智能网络电表后端电池商业化以造福于电力用户公用事业公司以及电网运营商

本期的智能内参,我们推荐来自德勤的报告《 全球电池储能市场面临的挑战与机遇 》, 全面分析在集成领域以及其他形式的电池解决方案的开发和部署方面所取得的进展如果想收藏本文的报告全文( 全球电池储能市场面临的挑战与机遇 ),可以在智东西公众号:(zhidxcom)回复关键词“nc315”获取。

爆发的电池储能市场真相!年销量将超260亿美元【附下载】| 智东西内参

一、市场驱动因素

1、成本和性能改进

各种储能形式已存在有数十年所以这让人不禁发问为何偏偏电池储能独占鳌头又为何非现在不可也许最显而易见的答案是其成本的下降以及性能的改善尤其是在锂离子电池方面同时也正是由于不断扩大的电动汽车市场制造业的经济规模得以促进如下图所示锂离子电池的成本正在急剧下降然而根据我们所分析的九个国家的情况可以明确的一点是成本下降仅仅是一部分原因

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2010年至2017年锂离子电池价格下降80% 美元/kWh

2、电网现代化

许多国家正在实施电网现代化计划以提高应对恶劣天气事件的复原能力减少与老化基础设施相关的系统中断并提高系统的整体效率这些计划通常涉及在已建立的电网内部署智能技术以实现双向通信和先进的数字控制系统以及整合分布式能源即可再生能源燃料电池柴油或天然气发电厂储能资产和微电网)。

总之我们发现电池储能的发展与为实现电网现代化包括向智能电网的过渡所做出的努力密不可分数字化电网支持生产消费者参与智能系统配置预测性维护和自我修复这为实施阶梯式费率结构铺平了道路这一切为电池储能开辟了空间促使其通过增加容量调峰运行和/或改善电能质量创造价值虽然智能技术已存在了一段时间但电池储能的出现有助于挖掘它的全部潜能反之亦然

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2018-2030年全球各国累计储能部署

3、全球可再生能源运动

广泛的可再生能源和减排扶持政策也在推动全球使用电池储能解决方案电池在抵消可再生能源间歇性和减少削减方面所发挥的关键作用是有目共睹的但各类电力用户依然追逐清洁能源其程度和普遍度仍在增长这种情况在企业和公共部门中尤为明显正如德勤最近的一份报告真正的生意企业采购竞争对手推动可再生能源增长的政策中所指出的那样大型跨国公司在采购全球可再生能源方面发挥了领导作用事实上许多人公开承诺在未来二十年或更早即可通过RE100和可再生能源买家联盟等计划达成100%使用可再生能源的目标这预示着可再生能源能够持续发展并可能会继续就电池储能作出部署以协助整合更多的分布式能源

4、参与电力批发市场

虽然经常在一句话中同时提到可再生能源和电池储能但电池储能却能够帮助平衡任何发电源的电网并提高电能质量这表明电池储能在全球范围内参与电力批发市场的机会越来越大几乎我们所分析的所有国家都正在改造其批发市场结构争取为电池储能开辟一席之地供其提供容量以及诸如频率调节和电压控制等辅助服务虽然这些应用程序仍处于初级阶段但是随着决策者努力地消除阻碍储能参与和调整市场的障碍时这些应用程序也还是取得了不同程度的成功

以德国的主要控制储备PCR市场为例这一市场的参与者通过赢得每周一次的竞价创造收入并通过提供平衡电网所需的接纳能力来获取报酬尽管PCR市场在过去几年里一直向储能供应商开放但是对于电池储能的部署却直到2016年才变得重要起来因为那时起系统成本不断下降所以可以获得可行的投资回报与传统发电厂不同的是电池储能几乎可以在瞬间对系统失衡做出反应并在不到30秒的时间内完全启动

然而与美国不同德国针对这种快速响应并不提供报酬所以德国的电池供应商直接与现有公司竞争比如天然气调峰电厂一方面这种无差别竞争有效地降低了容量成本但另一方面它也导致市场迅速饱和利润微薄电池储能供应商经济状况不稳定由于在PCR市场未能有足够的增长空间德国的电池储能解决方案提供商越来越多地将目光放在二级储备市场以及配电递延上作为其潜在的新价值流

与德国一样美国的一些电网运营商也将电池储能引入其系统竞争美国电力批发市场对电池等快速反应资源供应商的开放很大程度上要归功于分 别于2011年和2013年发布的第755和第784号联邦能源管理委员会FERC命令命令规定对于辅助服务市场上的响应速度以及响应准确性进行奖励由于电池供应商受邀参与频率调节市场电网运营商已经开始遭遇一些前所未有的挑战这些挑战来自于储能快速爬坡和较慢爬坡资源的混合调度参数和信号相关事项其他技术要求三者之间的失衡

然而展望未来我们的研究发现表明将电池整合到电力批发市场的好处将超过这些日益增长的痛苦这是因为世界各地的决策者正在越来越多地采取行动来奖励速效电池储能在平衡电网运营方面所做出的贡献例如智利国家能源委员会起草了一个新的辅助服务监管框架认同了电池储能系统能够做出的贡献同样的意大利也开放了其辅助服务市场作为可再生能源和储能项目试点将其引入为全面监管改革所做工作的一部分同时2018215FERC发布了最终规则采取进一步措施消除其管辖范围内阻碍电力储存资源参与容量能源和辅助服务市场的障碍

5、财政激励

在我们所研究的国家由政府出资进行财政激励,该措施进一步反映出政策制定者越来越意识到电池储能解决方案为整个电力价值链带来的各种益处在我们的研究中这些激励措施不仅包括通过退税偿还或直接偿还电池系统成本所占百分比还包括通过赠款或者补贴融资来提供资金支持这些激励措施在能源安全问题上显得尤为慷慨比如2017意大利为住宅储存装置提供了50%的税收减免或者针对那些在电池制造中享有经济利益的国家比如韩国2017年上半年得到韩国政府支持而投资的储能系统增长了89兆瓦时MWh的产能比上一年同期增长了61.8%

6、FIT或净电量结算政策的淘汰

由于消费者和企业试图从其太阳能光伏PV投资中寻求可以获取更高回报的方式太阳能发电上网电价补贴政策FIT或净电量结算政策的低价或热度消退成为进一步配置电表后端系统的驱动因素这种情况发生在澳大利亚德国英国以及美国夏威夷这些地区拥有最成熟的太阳能市场部分原因是电力价格高到足以使太阳能在经济上可行

尽管这还不是一种全球性的趋势但我们有理认为随着FIT的淘汰太阳能PV设备的所有者会将电池作为一种自行消耗更多电力的手段转移负荷以避免峰值电荷/或在需要时为公共事业公司或聚合商的电池充电或放电来提供电网稳定服务例如2017夏威夷檀香山的住宅储存证增长了1700%18出现这一激增的部分原因是国家在2015年取消了净电量结算政策并限制了参与随后的将电力送回电网的激励计划

7、自给自足的愿望

上文对几个驱动因素作出了详细的描述而实际上住宅和C&I消费者对能源自给自足的渴望日益高涨这成为一股惊人的推动电表后端储能部署的力量这种愿景在某种程度上助长了我们所考察的几乎所有国家的电表后端市场这表明购买储能系统的动机并非纯粹只是金融方面

如前所述FIT的淘汰可能是某些家庭安装储能电池的契机这些家庭中有大约一半是对现有太阳能PV装置的改造或作为该装置的附加组件另外一半则采用全新的太阳能+储能系统这一部分则可能与淘汰FIT没有太大关联由于大型住宅电池储能系统的售价仍在8,00010,000澳元6,3008,000美元之间所以对于这一部分家庭来说最有可能的动机就是对自给自足的向往以及作为一名早期体验者的自豪感而非快速回报和投资回报尽管电池储能系统必须具有成本竞争力但根据它们在澳大利亚的受欢迎程度以及我们在别处的研究结果表明电池储能无需牺牲价格它不一定非要比从任一电力公司购买的电力和服务便宜得多才能换取其自身的市场增长

8、国家政策

对于电池储能供应商来说国家所出台的促进各种战略目标的政策为他们提供了更多机会许多国家认为可再生能源加储能是一种全新的方式可以帮助他们减少对能源进口的依赖填补其多能源发电的空白提高其系统的可靠性和复原力朝着环保目标和去碳化目标迈进意大利和日本等一些国家正在积极地鼓励能源储能并对其进行补贴并将此作为大范围改组工作的一部分旨在确保储能系统的可靠性并减少其对国际能源公司和外国进口的依赖

储能的发展也可能受益于与发展中国家城市化和生活质量目标相关的广泛政策授权例如印度的智能城市倡议利用竞争挑战模式以支撑在全国100个城市部署智能技术这些部署的目标是确保充足的电力供应实现环境可持续性高效移动性和公共交通电动汽车可再生能源和电池储能对于实现这些目标来说至关重要印度政府所发声明可以证明这一点其计划从2030年开始只销售电动汽车此外印度政府的目标是到2022年为止将太阳能发电能力从2016年的10吉瓦提高到100吉瓦印度最近推出了首个用于峰值负荷管理的电网规模的电池储能系统这表明了储能市场的潜在繁荣而印度所寻求的激进的政策目标在很大程度上取决于开发一个清洁可靠的电力系统

二、挑战

尽管市场驱动力正趋同化并推动储能部署向前发展但却仍然存在挑战其中较为突出的障碍可以追溯到电池储能技术的发展速度其应用的演化历程以及电池存储的多样性和灵活性

1、对高价的看法

与任何技术一样电池储能并不总是经济的而且对于特定应用来说其成本往往过高但这是意料之中的事问题就在于若对于高成本的看法不准确则可能会在考虑储能解决方案时将电池储能排除在外成本飞速地下降以至于决策者对系统价格的看法可能已经过时他们会认为电池的成本仍然和几年前或者甚至六个月前一样以最近的Xcel Energy招标为例它戏剧性地说明了电池价格的下降程度及其对整个系统成本所产生的影响此次招标的最终结果是太阳能PV加电池的平均价格为美元/MWh而风能加电池的平均价格则为21美元/MWh虽然太阳能+电池价格在美国创下了新的记录但这种情况可能并不会持续太久

据预计无论是电池技术本身的成本还是平衡系统组件的成本其价格都将持续下跌虽然这些基础技术并不像人们关注的技术那样引人注目但它们却确实与电池本身一样重要它们可能代表着下一波成本大幅度降低的浪潮例如逆变器是储能项目的大脑”, 它们对项目绩效和回报的影响作用是显著的然而根据GTM Research的最新报告显示逆变器市场仍然是新生的和零散的同时充满了支持各种应用和功能的新产品”。 因此随着市场不断成熟以及市场前景的巩固储能逆变器的价格有望在未来几年内下降

2、缺乏标准化

早期市场的参与者常常不得不应对各种各样的技术要求 经历各种不同的过程享受各种不同的政策电池供应商也不例外这种差距无疑增加了整个价值链的复杂性和成本使得缺乏标准化成为作出进一步部署的重要障碍由于存在与电池有关的电量平衡问题所以标准化对于电池储能的扩散来说可能尤为重要换句话说电池不能过度泄电否则会损坏电池本身网络运营商需要知道电池在给定时间里还剩下多少电量”; 充电/循环时间取决于所使用的电池类型例如液态或固态锂离子电池)。

3、过时的监管政策和市场设计

正如可以预见新兴技术的出现一样同样可以预测到监管政策正在落后于当今存在的储能技术由爱迪生电气研究所代表美国投资者所拥有的电力公司而发出的声明总结了这种情况:“许多公共政策和法规必须加以更新以鼓励作出储能部署现行政策是在开发新的储能形式之前制定的这些旧政策不承认储能系统的灵活性也不允许它们之间存在一个公平的竞争环境。” 对于一个可能需要作出变更的监管结构来说其需要将储能定义为发电负荷输电或配电基础设施以便优化对于这种唯一灵活的资源的使用

对于监管机构和系统运营商来说滞后政策并不新鲜如前所述许多政策都正在更新辅助服务市场规则以支持储能部署电池储能系统增强电网灵活性和可靠性的能力得到了充分的证明这也许就是监管机构倾向于首先关注批发市场的原因同时需要更新的还有零售规则并以此引起住宅和C&I消费者对储能系统的兴趣

迄今为止在这一领域的讨论主要是关于针对智能电表实施的阶梯式或结构化分时费率不实施阶梯式费率电池储能就失去了它最吸引人的特性之一即在价格便宜的时候储存电能来促进利率套利然后在价格昂贵时售出虽然分时费率还未成为全球潮流但随着智能电表在许多国家首推完成这种情况可能会迅速改例如英国的政策制定者已经制定了一些基本分时电价基于七到十个非高峰时间进行设计且主要是在夜间62随着2020年全国范围内智能电表的全面推出这些电价政策会愈加完善并在未来得到更广泛的使用

4、储能的不完全定义

储能的应用过程中有一个挥之不去的障碍即对电池储能解决方案的各种应用如何分配价值如何补偿供应商并不完全了解换句话说储能正面临身份危机所以世界各地的利益相关者和政策制定者都在努力研究如何定义速效电池储能显然这并不容易例如落基山研究所RMI仅仅是针对三个客户细分的储能就识别出了13种价值流然而这还只是众多客户细分中的一种见下图)。

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储能价值流

在全球范围内电池储能最常见的用途是频率调节其次是备用容量电费管理和能源时间迁移

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全球电池储能容量主要用途分布

三、储能供应商关注的焦点

随着赞成收入叠加的呼声越来越大监管机构一般都倾向于更好地定义储能向新参与者开放市场并最终针对多个价值流提供补偿然而重新设计零售和电力批发市场可能需要数年时间这使得储能供应商不得不寻找能在此期间获得增值和发展的方式

一些储能供应商在寻找输配电递延的方法比如亚利桑那州公共服务公司和AES储能公司现在的Fluence最近提出的8MWh电池组方案据预计只需1215个月进行规划和实施该系统将部署在凤凰城东北部的一个社区里作为构建一条长20英里的输电线路的一种快速且经济有效的替代方案其他储能供应商则正专注于诸如数据中心这样的利基高增长领域另有一部分供应商则看到了将储能作为微电网一部分的可能气候变化和来自相比较而言更加严重的风暴的影响导致了对后者的紧迫诉求储能公司在对遭受飓风蹂躏的加勒比岛的电力基础设施进行重建和升级方面发挥了重要的作用这两个方面都是为了在短期内提供紧急电力以及从长远来看提供更强大的系统复原力

在其他地方创业公司则正在把重点放在住宅用储能的电表后端系统但这也适用于同一概念即集成一组电池或太阳能+储能系统以此向电网提供服务或参与能源交易欧洲的几个参与者目前正在探索不同类型的集成模式并可能让住宅储能变得更加可行在英国当地的参与者Moixa提出了一个共享电网计划通过资格审查的电池储能客户可以注册并获得现金据此计划该公司能够智能地管理他们的电池以助其平衡电网正如该公司的网站所解释的那样共享电网每一个Moixa电池都内置有智能大脑用以组合每个用户所储存的能源或备用容量)”。 参与者通常通过固定年费或收入总额的一部分获得奖励。”

由于每个电动汽车都包含一个电池而且都可能会与其他电池集合以提供电网服务电池集成的潜力与不断扩大的电动汽车市场相互交织因此其发展潜力巨大主要服务于德国和荷兰的欧洲输电系统运营商TenneT正在探索将电动车灵活的容量整合到电网中的方法在荷兰的一个试点项目中可再生能源公司Vandebron将与拥有电动汽车的客户合作通过客户提供的汽车电池容量帮助TenneT平衡电网这一努力被认为是开创性的因为它新颖地使用了区块链技术来创建一个具有高度响应能力的获许可的网络该区块链通常与直接交易平台相关联并通常用作虚拟分类账

它记录了一份不断增加的交易清单这些交易清单通常会使用加密技术同时进行链接与实施保护在这种情况下区块链会跟踪每一辆汽车电池的可用性并记录其响应电网运营商信号的行为和反应这使得电池每一次只需要几秒钟的时间就能在不影响用户为其汽车充电的能力的情况下对电网的变化作出精确的响应TenneT同时还与德国住宅用电池储能供应商Sonnen集团合作对一个类似的住宅用太阳能电池区块链网络进行试验数字技术的进步也为电力消费者直接参与能源部门打开了大门

有几家公司正在尝试使用支持区块链对等网络P2P交易平台为房主或企业之间直接共享储能和/或自发电力提供了便利参加纽约澳大利亚德国和孟加拉国等地试点项目的家庭现在可以通过区块链平台和微电网管理系统大多有存储组件进行少量的绿色电力交易92这些技术的发展共同指出了能源环境出现的潜在可能在这种环境中无需担心有中间商所有用户可以按需获取共享的能源并进行交易

智东西认为,近些年,随着人工智能预测分析和区块链等相邻数字技术的飞跃正在成倍地扩展电池储能部署的用途增加其效益这些相辅相成的机制不仅仅改善了电池性能和成本,并使得电池储能这一概念逐渐成为现实。虽然储能可再生能源经常出现在同一句话中但储能不仅仅是将间歇性风力和太阳能输出结合起来电池储能解决方案可以进行快速部署精确定位它可以提高整个电网的效率和复原力而无论发电源是什么这使得储能这一概念更加引人入胜

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