环境中国 节能环保 碳中和“充电宝”:储能风起,能源势动

碳中和“充电宝”:储能风起,能源势动

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要说这两年人类最整齐划一的步伐,那就是基调比较统一的绿色可持续,生产与经济的整体方向都朝着低碳化发展。

而达成这样的共识,是为了应对近些年自然灾害、极端气候变化带来的危机,碳中和已然成为全世界多数国家的战略目标。我们的能源之路也从煤炭时代、油气时代再过渡到碳中和的时代。能源结构的变革是一场人与自然博弈被动的结果,但也是能源结构调整的机遇。可持续的发展种子已经开始发芽,也给人类的生产与生活带来了新的故事。

 
在这个故事剧情的发展过程中,低碳绿色的产业变革大幕已然拉开。在人类的高碳排活动中,数据显示,排在最前面的是能源与交通行业,几乎四分之三的碳排来自于能源的消耗。因此开发可再生的清洁能源成为重中之重,加快发展可再生能源已成为全球能源转型的主流方向。在清洁能源的有效利用中,社会各界一直反反复复强调储能的必要性。在今年的两会中,有二十多位代表们提出了有关储能的三十多条建议,而在实际的绿色产业发展中,越来越多的技术与产业方向也在储能领域开花结果。储能在碳中和的背景中,究竟扮演的是一个什么样的角色?
   
价值“蓄水池”
可再生的清洁能源中,风能、太阳能等是可再生能源系统利用的重要组成部分,但因为一些客观的物理条件,这些可再生能源不能连续延不断地生产。比如太阳能、风能就会受到天气的影响,水力发电会受到季节的影响,在夏天汛期时水力发电带来的能源充足,而到了枯水期就会断崖式下滑。这些可再生能源被称为间歇性能源,它们不会持续不断地产能。如果在可再生能源的丰富生产期中,将易浪费的能量收集存储起来,在能源需求旺盛的高峰期,填谷利用起来,将会大大增强能源的利用效率,减少能源耗损。储能不仅可以解决可再生清洁能源波动性与间歇性等瓶颈问题,也能在配电侧实现发电与负荷的动态平衡。通过储能,才能整合可再生能源,实现连续、有效的能源利用。储能成为可再生能源利用的关键和重要支撑,从而得到世界各国政府与企业的支持与青睐。在碳中和的目标背景下,世界各国纷纷出台储能激励措施,扫除市场发展障碍。美国对于补电来源自光伏的储能实行联邦投资税收抵免(ITC)政策,将设备成本降低约30%。根据EIA的预测,2021~2023年,美国“储能+新能源”的比例将从30%提升到60%。以色列、南非、爱尔兰、乌克兰等国都规划了“储能+新能源”的项目。国内正在建设的风电光伏项目也在快速扩大储能的配套设施建设。2020年,多地出台政策鼓励和支持新能源配置储能,但几乎不会强制配置要求。2021年,已经有20多个省市提出可再生能源配置储能的要求,强制与鼓励都涉及,例如湖南、山东、湖北等地要求强制配置,山西、甘肃等地是建议配储,配置比例都在10%-20%之间。储能电池装机量在政策背景下不断增大。
 
世界各国开始大力支持储能电池技术的发展,或者开展储能项目示范,同时也会配套制定相关规范和标准,开始建立和完善涉及储能的法律法规等。储能涉及领域比较广泛,用便于理解的角度来分类的话,可将储能技术分为物理储能和化学储能。物理储能主要分为机械类储能、电气类储能、热储能等。化学储能是通过化学变化将能储存于物质中,主要包括电化学储能,也就是咱们了解的电池类储能的总称。目前行业内机械类储能和电化学储能技术是发展的重点方向,也是目前产业布局扩增和技术不断升级的领域,如果经常关注低碳排与新能源行业,我们会明显感受到这波发展热潮。
储能崛起
   
储能的崛起中,如果从政策的发布频率来看的话,也能看出一些迹象,关注能源相关的政策的话,会发现有关储能的发展和规划支持政策逐年都更新和增加。从2016年储能首次进入国家发展规划开始,在国务院及各部委历年发布的《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》《中国制造2025——能源装备实施方案》《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》《能源发展“十三五”规划》《国家创新驱动发展战略纲要》等国家重大发展战略和规划中,均明确提出加快发展高效储能、先进储能技术创新、积极推进储能技术研发应用、攻克储能关键技术等任务和目标。政策的鼓励下,储能的装机量也在增大。根据CNESA在《储能产业研究白皮书2021》中的预测数据,保守情形下,电化学储能2021年新增装机量为2.52-3.35GW,到2025年累计装机量有望达到35.52-55.88GW,2021-2025年CAGR(复合年均增长率)为57.38%-70.48%。当然,装机量的增长中,储能核心的技术也在不断突破。以核心的电化学技术举例来说,近几年也发生了许多较大的性能升阶。例如宁德时代利用全生命周期阳极补锂技术开发了满足12000次循环的储能专用磷酸铁锂电池。比亚迪推出“刀片”电池进一步提升单体电池的容量,而新的电池储能领域也在不断地更新中,如固态电池、钠离子电池等也在不断研发中。储能用锂电池的企业以宁德时代、蜂巢能源、亿纬锂能等国内动力电池巨头的参与为主。这些企业早已提前布局储能电池相关领域。
 
根据CNESA数据,截至2020 年,全球电化学储能累计装机14.2GW,同比增长49.2%,占储能系统装机的7.4%;中国电化学储能累计装机3.27GW,同比增长91.2%,占整体储能的9.2%。值得注意的是,2020年我国新增电化学储能装机达1.56GW,同比增长145%。在电化学储能领域,锂离子电池占主导地位,占比达92%。机械类储能的话,技术的升级主要攻关方向是向更大规模压缩空气储能行进。以中科院工程热物理所的百兆瓦先进压缩空气储能国家示范项目为例,目前其已经顺利并网,并且单位装机的成本几乎接近抽水蓄能电站的效率与成本,这也意味着压缩空气储能的技术在未来会广泛地使用。储能的技术除了在清洁能源电网系统的调配应用外,在二次能源氢能的制备上,也被众多光伏企业青睐,作为打开新增长的空间。风光伏在丰盛的产能期间,可以将多余的能量通过电解水转化为绿氢储存。2021年3月,隆基股份通过全资子公司隆基绿能创投与上海朱雀投资合资成立西安隆基氢能科技有限公司,计划大力发展光伏制氢;同月,阳光电源也发布大功率的SEP50 PEM制氢电解槽;5月晶科科技公布了布局光伏制氢的消息;协鑫新能源随后也成立高达100亿元的氢能产业投资基金。氢能储存被光伏风电企业们作为价值投资锚定,争相布局。从电网系统的用户侧调峰,到二次能源的制备存储,新能源的微电网等,储能相关的其他配套技术都在这股崛起的浪潮中被加速。储能产业开始进入加速发展的快车道。
   
全面商业化的卡顿
在这场向碳中和奔赴的过程中,储能技术的智造升级,并没有形成哪个技术主导的情形出现。机械储能技术如抽水蓄能、压缩空气储能,电化学储能这些技术目前处于并行发展的情形。因为不同储能技术特性差异明显,适用范围也有所不同。机械类的抽水蓄能、压缩空气储能技术等主要应用于大电网的输配电环节,而电化学储能则主要运用于风光发电等波动较大的清洁能源电网系统。不同的地理条件、气候条件以及成本约束等,造就了这些关键技术在不同领域的特色应用。对于行业内人士来说,技术之外,最关心的是如何提升储能的市场参与和盈利能力,这也是行业能不能健康发展的前提。毕竟靠着补贴过活不是长久之计,必须要有自我造血的能力。而这一部分的主要限制是市场化相关的政策细则不到位,导致市场化的程度较低。对于宏观的储能政策,政府出台的不少,但是对于行业市场化的改革政策处于空白,比如一些市场内容量的补偿机制、峰谷电价的合理定位、储能的投资回报机制等,这些规范的细则没有建立,一定程度上制约了储能商业模式的拓展和完善。
 
另外一个制约行业全面商业化的限制是技术。关键技术的升级仍然有较大的空间。例如在储能电池方面,冬天锂电池的低温性能就会限制光伏能源的存储,如何提升锂电池的低温性能、循环寿命等,需要储能电池的技术不停迭代完善。与此同时,也需要丰富储能的单一短时系统。虽然动力电池技术因为新能源汽车的发展得到了极大地提升。在长时储能层面,也需要发力深研,满足电池储能系统更长时间的放电需求。再者就是电池热失控下的安全性。因为涉及化学电池,也会带来不少的安全事故。2021年4月16日,北京国轩福威斯光储充技术有限公司位于北京市丰台区大红门的储能电站发生爆炸事故,导致2名消防员牺牲,1名员工失联。事故调查报告显示,直接原因是电池间内的磷酸铁锂电池发生内短路故障,引发电池热失控起火。据悉,目前国内尚未出台针对储能电站电池系统的安全规范及技术标准要求,仅有部分团标提及储能集装箱安全间距、防火要求。严格的电池检测标准测试方法及细则欠缺。这些主要的限制点卡住了储能全面商业化的辐射,不过事物发展的规律就是不断地从谷底到谷峰的转换。无论是多元化储能技术层面的开发与深耕,还是政策的不断细化,储能全面商业化的目标需要时间踏踏实实打磨这些卡点。不过可以肯定的趋势是储能产业的爆发已经在前夜,整个行业的布局、技术的突破等相较三年前有了极大地提升。顶层设计的战略与政策疏导,产业与技术的进阶,各地政府纷纷落地的示范项目等,储能的每个环节都如吸氧般获得了充足的生命力。碳中和时代里,这个大号的“充电宝”,将能源吸足,再反哺到储能的各个配电侧环节中,不断向外延伸自己的触角,触达着碳中和终极目标。
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作者: 边走边看

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