風電、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型的關鍵。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型發(fā)展目標。
我國也提出要構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、提高風電和光伏發(fā)電的利用率。
全球各地新能源和儲能產業(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。
本文在國內外新能源和儲能發(fā)展趨勢研究的基礎上，分析新能源發(fā)展與儲能產業(yè)的比例關系，提出促進儲能產業(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測，到2050年，全球光伏發(fā)電的裝機規(guī)模將達到8519GW，風電的裝機規(guī)模為6014GW，二者合計占全球電力裝機的72.5%。
從20世紀70年代開始風電技術得到重視，技術不斷進步。2008年全球風電裝機規(guī)模突破100GW，至今全球有90多個國家建設了風電項目，主要集中在亞洲、歐洲、美洲。全球風能理事會統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截至2020年底，全球風力發(fā)電累計裝機規(guī)模達到743GW。
光伏發(fā)電于1958年首次應用于美國發(fā)射的人造衛(wèi)星，隨后光伏應用技術開始迅速發(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技術，但近年來電化學儲能增長迅速。抽水蓄能初具規(guī)模的發(fā)展始于20世紀50年代，前期發(fā)展緩慢，主要用于調節(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，建設了較多抽水蓄能電站，主要承擔調峰和備用功能，1980年抽水蓄能電站裝機規(guī)模增加至46GW。
20世紀90年代至21世紀初，發(fā)達國家電力負荷增長放慢，抽水蓄能電站增長速度隨之放緩。21世紀初至今，隨著新能源的快速發(fā)展，抽水蓄能電站的規(guī)劃建設再次受到重視，2010年達到135GW。
2016年之后，在電動汽車產業(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)中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應用分會統(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，電化學儲能裝機規(guī)模13.6GW。
國內市場
我國風電行業(yè)受政策調整影響較大，呈現(xiàn)周期發(fā)展的特點。2005年中國風電裝機規(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，我國風電累計裝機281GW，在全球風電市場中占比約38%。
光伏方面，我國從上世紀五六十年代開始相關研究，當時主要應用于航空航天領域。上世紀九十年代到本世紀初，我國光伏產業(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能力最強的國家。2013年開始，國家加大對光伏產業(yè)的扶持力度，國內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%。
中國儲能應用與全球類似，抽水蓄能占據(jù)主導地位，最近5年電化學儲能開始加速發(fā)展。我國在20世紀60年代后期開始抽水蓄能的開發(fā);20世紀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，電化學儲能僅幾十MW，儲能與新能源發(fā)電之間尚無直接關聯(lián)性。
2010年之后，為適應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，電化學儲能技術開始逐步示范應用，2011年底我國第一個風光儲輸綜合示范項目在張北建成投運;2015年底全國電化學儲能裝機規(guī)模首次突破100MW。
隨著新能源產業(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《關于促進儲能技術與產業(yè)發(fā)展的指導意見》出臺，推動我國儲能裝機規(guī)?？焖偬嵘?。
據(jù)中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應用分會統(tǒng)計分析，截至2020年底，我國儲能累計裝機36.04GW，其中電化學儲能裝機為3.27GW。
國內外市場規(guī)模比較
我國新能源(風電+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，其中風電貢獻46.65萬GWh，光伏發(fā)電26.11GWh，風電和光伏發(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，火電機組承擔著主要的調節(jié)功能;在“30/60”雙碳目標下，火電行業(yè)面臨轉型，儲能將作為靈活性調節(jié)資源，逐步部分替代火電，承擔電網(wǎng)調峰調頻職責，在高比例新能源的電力結構中發(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)主要服務于傳統(tǒng)能源發(fā)電的調頻調峰服務，與新能源發(fā)電的關聯(lián)性不大。2015年之后儲新比數(shù)值下降幅度趨緩，國際和國內市場呈現(xiàn)了相同的趨勢(圖1~圖3)。雖然最近幾年儲能產業(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，儲能產業(yè)的發(fā)展步伐仍然落后于新能源產業(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與國際能源電力結構的差異，尤其是中國具有“堅強電網(wǎng)”架構和高比例的調峰火電，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。未來在雙碳目標的激勵下，隨著風電、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;考慮儲能技術的發(fā)展和市場需求，預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，預計為13-15%左右，之后趨于穩(wěn)定或略有回升。
假設全球風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，風電、太陽能發(fā)電總裝機容量將達到1200GW以上。業(yè)界普遍認為該規(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年內達到預期水平，需要盡快扭轉儲新比下降的趨勢：抽水蓄能全面建設，新型儲能技術尤其是容量型儲能技術在安全、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)模應用。
產業(yè)環(huán)境方面，儲能收益模式需盡快明晰，2025年之前風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儲能系統(tǒng);電網(wǎng)側儲能除抽水蓄能外，結合火電靈活性改造的需求，自主布局電化學儲能系統(tǒng);在電價政策或儲能成本等因素，用戶側儲能的電價政策或技術經(jīng)濟性需優(yōu)于當前環(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合的儲能項目得到廣泛應用。
基于以上產業(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，才能夠實現(xiàn)這一目標，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：預計到2050年，我國電源總裝機為7500GW，其中風電及光伏共計5570GW;儲能方面，抽蓄裝機170GW、電化學裝機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政策，規(guī)定新能源發(fā)電側配置儲能的比例為5%～20%，新能源發(fā)電側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)電側配置新型儲能不足1GW，按照2030年風光總量1800GW的裝機上限計算，未來十年風光發(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)電配儲能模式應由發(fā)電方根據(jù)當?shù)刭Y源特點和并網(wǎng)質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。
儲能技術應用類型方面，目前新能源側配置儲能系統(tǒng)通常以1~2小時功率型或能量型應用為主，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功能。
總結
儲能的快速發(fā)展是提高新能源比例、實現(xiàn)雙碳目標背景下的必然趨勢。本文基于儲新比數(shù)據(jù)分析中國儲能產業(yè)發(fā)展趨勢，并提出實現(xiàn)預期規(guī)模所需的產業(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%;未來要達到預期產業(yè)規(guī)模以支撐雙碳目標實現(xiàn)，需盡快在最近兩年扭轉儲新比下降的趨勢，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)儲能產業(yè)快速發(fā)展的目標，國家和地方政府已陸續(xù)出臺相關政策。2021年7月，國家發(fā)改委和國家能源局出臺《關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》，這將進一步積極促進儲能產業(yè)的安全快速發(fā)展。
因此預計中國儲能市場規(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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