風(fēng)電、太陽能發(fā)電等非化石能源的發(fā)展是推進能源清潔低碳轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。世界各主要國家和地區(qū)都制定了提高新能源占比的能源轉(zhuǎn)型發(fā)展目標(biāo)。
我國也提出要構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，新能源在“碳中和”的戰(zhàn)略目標(biāo)下進入了快速發(fā)展階段。新能源的發(fā)展需要儲能等靈活性資源作為支撐，通過儲能系統(tǒng)保持電壓頻率穩(wěn)定、提供可靠備用電源、增強系統(tǒng)并網(wǎng)運行的可靠性和靈活性、提高風(fēng)電和光伏發(fā)電的利用率。
全球各地新能源和儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展各有特點，不能一概而論，但總體而言，儲能市場規(guī)模會隨新能源發(fā)電比例的提高而逐步增加，以支撐新能源發(fā)電的并網(wǎng)消納。
本文在國內(nèi)外新能源和儲能發(fā)展趨勢研究的基礎(chǔ)上，分析新能源發(fā)展與儲能產(chǎn)業(yè)的比例關(guān)系，提出促進儲能產(chǎn)業(yè)合理規(guī)劃、健康發(fā)展的建議。
國際市場
2010～2020年，全球新能源發(fā)電(風(fēng)電+光伏發(fā)電)裝機年均增長率約20%。根據(jù)國際可再生能源署預(yù)測，到2050年，全球光伏發(fā)電的裝機規(guī)模將達到8519GW，風(fēng)電的裝機規(guī)模為6014GW，二者合計占全球電力裝機的72.5%。
從20世紀(jì)70年代開始風(fēng)電技術(shù)得到重視，技術(shù)不斷進步。2008年全球風(fēng)電裝機規(guī)模突破100GW，至今全球有90多個國家建設(shè)了風(fēng)電項目，主要集中在亞洲、歐洲、美洲。全球風(fēng)能理事會統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至2020年底，全球風(fēng)力發(fā)電累計裝機規(guī)模達到743GW。
光伏發(fā)電于1958年首次應(yīng)用于美國發(fā)射的人造衛(wèi)星，隨后光伏應(yīng)用技術(shù)開始迅速發(fā)展，至2012年全球光伏累計裝機規(guī)模突破100GW。2016年是全球光伏裝機增長的里程碑，全球光伏裝機總量達到300GW。國際能源署統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至2020年底全球光伏裝機累計容量760.4GW。
國際儲能裝機方面，抽水蓄能一直為主導(dǎo)技術(shù)，但近年來電化學(xué)儲能增長迅速。抽水蓄能初具規(guī)模的發(fā)展始于20世紀(jì)50年代，前期發(fā)展緩慢，主要用于調(diào)節(jié)常規(guī)水電站發(fā)電的季節(jié)不平衡性，到1960年僅有3.5GW的規(guī)模。
20世紀(jì)60～80年代，發(fā)達國家核電站的發(fā)展速度較快，為配合核電運行，建設(shè)了較多抽水蓄能電站，主要承擔(dān)調(diào)峰和備用功能，1980年抽水蓄能電站裝機規(guī)模增加至46GW。
20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)初，發(fā)達國家電力負(fù)荷增長放慢，抽水蓄能電站增長速度隨之放緩。21世紀(jì)初至今，隨著新能源的快速發(fā)展，抽水蓄能電站的規(guī)劃建設(shè)再次受到重視，2010年達到135GW。
2016年之后，在電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的帶動下，鋰離子電池成本快速下降，加之世界各地儲能政策的推動，電化學(xué)儲能得到快速發(fā)展，在儲能裝機規(guī)模中的比例開始提升。
據(jù)中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會統(tǒng)計分析，截至2020年底，全球儲能累計裝機規(guī)模192.2GW，其中抽水蓄能172.2GW，電化學(xué)儲能裝機規(guī)模13.6GW。
國內(nèi)市場
我國風(fēng)電行業(yè)受政策調(diào)整影響較大，呈現(xiàn)周期發(fā)展的特點。2005年中國風(fēng)電裝機規(guī)模達到1GW以上。
2008年進入快速增長階段，年裝機規(guī)模達到6GW，全國累計裝機規(guī)模翻倍，突破12GW。2011年至2018年期間，除了2015年受政策激勵裝機規(guī)模突破30GW外，其他年度裝機規(guī)模多在15-20GW區(qū)間。
2018年之后新增裝機規(guī)模逐年增加，2020年達到72GW，創(chuàng)下歷史新高。到2020年底，我國風(fēng)電累計裝機281GW，在全球風(fēng)電市場中占比約38%。
光伏方面，我國從上世紀(jì)五六十年代開始相關(guān)研究，當(dāng)時主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。上世紀(jì)九十年代到本世紀(jì)初，我國光伏產(chǎn)業(yè)從國家層面落地到企業(yè)層面。
2007年，中國成為光伏器件生產(chǎn)能力最強的國家。2013年開始，國家加大對光伏產(chǎn)業(yè)的扶持力度，國內(nèi)光伏市場開始迅速發(fā)展。2016年進入快速發(fā)展期，我國光伏發(fā)電新增與累計裝機量均為世界第一。
截至2020年底，我國光伏累計裝機253GW，在全球市場中占比約33%。
中國儲能應(yīng)用與全球類似，抽水蓄能占據(jù)主導(dǎo)地位，最近5年電化學(xué)儲能開始加速發(fā)展。我國在20世紀(jì)60年代后期開始抽水蓄能的開發(fā);20世紀(jì)90年代開始，改革開放帶來社會經(jīng)濟快速發(fā)展，廣東、華北和華東等以火電為主的電網(wǎng)缺少經(jīng)濟的調(diào)峰手段，為配合核電、火電運行及作為重點地區(qū)安保電源，建設(shè)了一批抽水蓄能電站，電站單機容量、裝機規(guī)模達到一定水平。截至2010年底，我國抽水蓄能裝機約為15GW，電化學(xué)儲能僅幾十MW，儲能與新能源發(fā)電之間尚無直接關(guān)聯(lián)性。
2010年之后，為適應(yīng)新能源和特高壓電網(wǎng)的快速發(fā)展，抽水蓄能發(fā)展迎來高峰，至2015年底達到23.5GW。
同時，電化學(xué)儲能技術(shù)開始逐步示范應(yīng)用，2011年底我國第一個風(fēng)光儲輸綜合示范項目在張北建成投運;2015年底全國電化學(xué)儲能裝機規(guī)模首次突破100MW。
隨著新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和發(fā)電比例的提升，儲能對于電力系統(tǒng)安全性和靈活性的價值逐漸得到重視。2017年《關(guān)于促進儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》出臺，推動我國儲能裝機規(guī)?？焖偬嵘?。
據(jù)中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會統(tǒng)計分析，截至2020年底，我國儲能累計裝機36.04GW，其中電化學(xué)儲能裝機為3.27GW。
國內(nèi)外市場規(guī)模比較
我國新能源(風(fēng)電+光伏發(fā)電)裝機規(guī)模在全球市場的占比逐年提高，近十年發(fā)展迅速，由13.3%提升至35.5%。儲能裝機規(guī)模在全球市場的占比除了2016年外，其他年份也保持逐年增長的趨勢，但遠低于新能源比例的增長幅度，近十年中國儲能裝機規(guī)模在全球市場的占比從12.6%提升至19.1%。
截至2020年底，我國發(fā)電裝機容量約2200GW，其中火電裝機占比56.6%，水電16.8%，風(fēng)電12.8%，光伏發(fā)電11.5%，核電2.3%。發(fā)電量方面，2020年全國發(fā)電量約760萬GWh，其中風(fēng)電貢獻46.65萬GWh，光伏發(fā)電26.11GWh，風(fēng)電和光伏發(fā)電量一共占比不到10%。如果將儲能裝機規(guī)模與發(fā)電裝機容量進行比較，2020年該比例約1.59%。
近十年來，儲能與發(fā)電裝機總量的比值變化不大，2010年至2016年期間逐年下降，從1.76%降至1.47%，2017年之后保持在1.60%~1.65%，該值小于全球平均數(shù)據(jù)(2～3%)。
這與我國火電占比偏高有關(guān)，火電機組承擔(dān)著主要的調(diào)節(jié)功能;在“30/60”雙碳目標(biāo)下，火電行業(yè)面臨轉(zhuǎn)型，儲能將作為靈活性調(diào)節(jié)資源，逐步部分替代火電，承擔(dān)電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻職責(zé)，在高比例新能源的電力結(jié)構(gòu)中發(fā)揮重要作用。
儲能與新能源裝機規(guī)模的比例(簡稱“儲新比”)在2015年之前快速下降，在該階段儲能(抽水蓄能)主要服務(wù)于傳統(tǒng)能源發(fā)電的調(diào)頻調(diào)峰服務(wù)，與新能源發(fā)電的關(guān)聯(lián)性不大。2015年之后儲新比數(shù)值下降幅度趨緩，國際和國內(nèi)市場呈現(xiàn)了相同的趨勢(圖1~圖3)。雖然最近幾年儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展得到各國重視，保持了良好的發(fā)展態(tài)勢，但同時，風(fēng)電和光伏發(fā)電也在近幾年得到快速發(fā)展，因此總體而言，儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展步伐仍然落后于新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，儲新比呈現(xiàn)下降趨勢。
與世界其他國家和地區(qū)相比，我國儲新比明顯偏低：2020年中國的儲新比約為6.7%，而中國以外其他國家和地區(qū)的儲新比為
15.8%，這個比值的顯著差異在某種程度上反映了國內(nèi)與國際能源電力結(jié)構(gòu)的差異，尤其是中國具有“堅強電網(wǎng)”架構(gòu)和高比例的調(diào)峰火電，因此在儲新比較低的水平下，新能源仍然能夠得到快速發(fā)展。未來在雙碳目標(biāo)的激勵下，隨著風(fēng)電、光伏并網(wǎng)規(guī)模的快速提升，儲能與新能源發(fā)電的關(guān)聯(lián)性將越來越緊密，儲新比將逐步增至國際平均水平。
未來儲新比發(fā)展趨勢分析
1. 國際儲新比的未來發(fā)展趨勢
儲能是解決高比例新能源并網(wǎng)消納的重要支撐，儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展得到了高度重視。近年來中國及全球儲新比數(shù)據(jù)的下降幅度都已經(jīng)明顯趨緩;考慮儲能技術(shù)的發(fā)展和市場需求，預(yù)計中國以外世界其他國家和地區(qū)的儲新比有可能在2024年左右達到最低值，預(yù)計為13-15%左右，之后趨于穩(wěn)定或略有回升。
假設(shè)全球風(fēng)電和光伏裝機按照平均每年10%的增速發(fā)展，到2030年累計裝機將達3900GW;而全球儲能裝機規(guī)模若按13-15%的比例計算，2030年將達507-585GW的規(guī)模(截至2020年底為192.2GW)。
2. 中國儲新比的未來發(fā)展趨勢
2020年12月，習(xí)近平主席在氣候雄心峰會上宣布，到2030年，中國非化石能源占一次能源消費比重將達到25%左右，風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機容量將達到1200GW以上。業(yè)界普遍認(rèn)為該規(guī)模是發(fā)展的下限，樂觀情況下有可能達到1800GW。
假設(shè)未來10年平均年增速為13%，則到2025年的裝機規(guī)模約1000GW;到2030年，裝機規(guī)模為1800GW。
儲能方面，全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織于2021年發(fā)布的報告中預(yù)測，2025年我國抽水蓄能裝機規(guī)模約為68GW，2030年達到113GW。
國家發(fā)改委、能源局發(fā)布的《加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見(征求意見稿)》提出，到2025年實現(xiàn)抽水蓄能以外的新型儲能裝機規(guī)模達到30GW以上，2030年實現(xiàn)新型儲能全面市場化發(fā)展。
根據(jù)以上預(yù)測數(shù)據(jù)分析，到2025年，我國儲新比約為10%?；谀壳拔覈膬π卤人?6.7%)較低，要在5年內(nèi)達到預(yù)期水平，需要盡快扭轉(zhuǎn)儲新比下降的趨勢：抽水蓄能全面建設(shè)，新型儲能技術(shù)尤其是容量型儲能技術(shù)在安全、成本和可持續(xù)發(fā)展方面需取得綜合性突破，并得以商業(yè)化規(guī)模應(yīng)用。
產(chǎn)業(yè)環(huán)境方面，儲能收益模式需盡快明晰，2025年之前風(fēng)光儲電力度電平均售價能夠等于甚至低于全國煤電平均售價，新增新能源發(fā)電站因地制宜合理配置電化學(xué)儲能系統(tǒng);電網(wǎng)側(cè)儲能除抽水蓄能外，結(jié)合火電靈活性改造的需求，自主布局電化學(xué)儲能系統(tǒng);在電價政策或儲能成本等因素，用戶側(cè)儲能的電價政策或技術(shù)經(jīng)濟性需優(yōu)于當(dāng)前環(huán)境，電動汽車及虛擬電廠等比例大幅增加，與電動車智慧充電或換電結(jié)合的儲能項目得到廣泛應(yīng)用。
基于以上產(chǎn)業(yè)條件的支持，2030年我國儲新比將進一步提高，按12-13%計算，則儲能規(guī)模有可能達到216-234GW(新能源規(guī)模按1800GW計算)。減去抽水蓄能113GW，新型儲能規(guī)模為103-121GW。這意味著2021年至2030年之間的新增儲能裝機與新增新能源裝機的比例需達到15%左右，才能夠?qū)崿F(xiàn)這一目標(biāo)，而且到2030年，新型儲能累計裝機在儲能裝機總量中的占比需提高至50%左右的水平。
更長期而言，中國儲新比將逐步與全球儲新比水平趨于一致。全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織于2021年3月發(fā)布的《中國2060年前碳中和研究報告》提出：預(yù)計到2050年，我國電源總裝機為7500GW，其中風(fēng)電及光伏共計5570GW;儲能方面，抽蓄裝機170GW、電化學(xué)裝機660GW。依據(jù)以上數(shù)據(jù)計算，儲新比為14.9%，與本文對中國以外其他國家和地區(qū)的發(fā)展趨勢分析數(shù)據(jù)基本吻合。
目前新能源發(fā)電+儲能模式得到顯著關(guān)注。從2020年開始，多省出臺鼓勵或強制要求新能源配套儲能的相關(guān)政策，規(guī)定新能源發(fā)電側(cè)配置儲能的比例為5%～20%，新能源發(fā)電側(cè)有必要配置一定比例的儲能用于減小波動性已形成共識。
截至2020年底，新能源發(fā)電側(cè)配置新型儲能不足1GW，按照2030年風(fēng)光總量1800GW的裝機上限計算，未來十年風(fēng)光發(fā)電新增裝機約1265GW。若新增新能源按5%的比例配置新型儲能，其規(guī)模有63GW，在各種應(yīng)用場景中占比最高。
考慮各地新能源資源條件的不同，以及在儲能配置需求方面存在的差異，預(yù)計2025年以后單站配儲能將不再需要作為強制措施。
合理的新能源發(fā)電配儲能模式應(yīng)由發(fā)電方根據(jù)當(dāng)?shù)刭Y源特點和并網(wǎng)質(zhì)量要求的實際情況進行測算，提出適宜的配置規(guī)模需求，可以結(jié)合各地新能源發(fā)展規(guī)劃進行商業(yè)模式的探索，并最大限度發(fā)揮共享儲能系統(tǒng)的使用效率和經(jīng)濟效益，避免無效配置造成的資源浪費。
儲能技術(shù)應(yīng)用類型方面，目前新能源側(cè)配置儲能系統(tǒng)通常以1~2小時功率型或能量型應(yīng)用為主，主要起到平滑功率波動的作用，未來將逐步過渡到4小時以上的長時儲能，為電力系統(tǒng)提供削峰填谷的容量型服務(wù)功能。
總結(jié)
儲能的快速發(fā)展是提高新能源比例、實現(xiàn)雙碳目標(biāo)背景下的必然趨勢。本文基于儲新比數(shù)據(jù)分析中國儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，并提出實現(xiàn)預(yù)期規(guī)模所需的產(chǎn)業(yè)環(huán)境需求。
目前中國儲能比遠低于全球平均水平，僅為6.7%;未來要達到預(yù)期產(chǎn)業(yè)規(guī)模以支撐雙碳目標(biāo)實現(xiàn)，需盡快在最近兩年扭轉(zhuǎn)儲新比下降的趨勢，爭取在2025年提高到10%，2030年提高到12~13%，2050年長期目標(biāo)達到與全球其他國家和地區(qū)基本一致的水平(15%左右)。
為實現(xiàn)儲能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的目標(biāo)，國家和地方政府已陸續(xù)出臺相關(guān)政策。2021年7月，國家發(fā)改委和國家能源局出臺《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》，這將進一步積極促進儲能產(chǎn)業(yè)的安全快速發(fā)展。
因此預(yù)計中國儲能市場規(guī)模將持續(xù)增長，到2025年達到5000億元，其中新型儲能市場規(guī)模700~800億元(30GW);到2030年中國儲能市場總規(guī)模達到萬億元，其中新型儲能2800億元以上(100GW以上)。
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