一、基本概要
從廣義上講，儲能即能量存儲，是指通過(guò)一種介質(zhì)或者設備，把一種能量形式用同一種或者轉換成另一種能量形式存儲起來(lái)，基于未來(lái)應用需要以特定能量形式釋放出來(lái)的循環(huán)過(guò)程。儲能技術(shù)按照儲存介質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)，可以分為機械類(lèi)儲能、電氣類(lèi)儲能、電化學(xué)類(lèi)儲能、熱儲能和化學(xué)類(lèi)儲能。
儲能技術(shù)的關(guān)注點(diǎn)往往包括：能量密度 、功率密度、充放電效率、設備壽命 (年)或充放電次數、技術(shù)成熟度、經(jīng)濟因素 (投資成本、運行和維護費用)、安全和環(huán)境方面等。
對比各種儲能技術(shù)，當前成熟度和優(yōu)越性最高的要屬抽水蓄能，占比最高。據CNESA 統計，截至2017年底全球已投運儲能項目累計裝機規模為175.4GW，年增長(cháng)率3.9%;國內為28.9GW，年增長(cháng)率18.9%。其中，累計裝機中抽水蓄能裝機占比最大，全球和國內分別為96、99。使用功率大、放電時(shí)間長(cháng)、平準化成本低廉的特點(diǎn)使其在發(fā)電側占據優(yōu)勢。不過(guò)，抽蓄電站限制也很明顯：廠(chǎng)址的選擇依賴(lài)地理條件(特別是需要上下水庫)、與負荷中心通常較遠、耗資大且工期漫長(cháng)。
但如果考慮到發(fā)展前景，電化學(xué)儲能技術(shù)在適用性、效率、壽命、 充放電、重量和便攜式方面更具優(yōu)勢。近幾年的發(fā)展勢頭已然證明了這一點(diǎn)。
二、突飛猛進(jìn)的電化學(xué)儲能行業(yè)
據CNESA統計，2000-2017年全球電化學(xué)儲能的累計投運規模為2.6GW，容量為4.1GWh，年增長(cháng)率分別為30%和52% ;2017年新增裝機規模為0.6GW，容量為1.4GWh，全年已有超過(guò)130個(gè)項目投運。2016-2017年全球規劃和在建項目的規模達到4.7GW，越來(lái)越多的項目有望在近一兩年投運;同時(shí)，儲能呈現全球化應用趨勢，2017年則有來(lái)自北美洲、南美洲、非洲、歐洲、大洋洲和亞洲在內的近30個(gè)國家都投運了儲能項目。
我國電化學(xué)儲能項目的年增長(cháng)率達到45%，超過(guò)全球增速。在2016-2017年期間，我國規劃和在建的項目規模近1.6GW，占全球規劃和在建規模的34%，有望在未來(lái)幾年引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
電化學(xué)儲能所涉及環(huán)節如下圖所示：
發(fā)電側：儲能系統可以參與快速響應調頻服務(wù)，提高電網(wǎng)備用容量，并且可將如風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源向終端用戶(hù)提供持續供電，揚長(cháng)避短地利用了可再生能源清潔發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)，也有效地克服了其波動(dòng)性、間歇性等缺點(diǎn);
輸配環(huán)節：儲能系統可以有效地提高輸電系統的可靠性，提高電能的質(zhì)量;
用戶(hù)側：分布式儲能系統在智能微電網(wǎng)能源管理系統的協(xié)調控制下優(yōu)化用電，降低用電費用，并且保持電能的高質(zhì)量。
從應用分布來(lái)看，2017年無(wú)論是全球市場(chǎng)還是中國市場(chǎng)，主要在集中式可再生能源并網(wǎng)、輔助服務(wù)以及用戶(hù)側領(lǐng)域中的應用比較活躍。
如上圖所示，從各場(chǎng)景的運用而言，國內份額主要被鋰離子電池和鉛蓄電池占據，2016、2017年新增電化學(xué)儲能幾乎全部采用鋰離子電池和鉛蓄電池，其中2017年兩者占比分別達到 51%、49%。其中出于安全性及使用壽命的考量，鋰離子電池以磷酸鐵鋰為主。因為經(jīng)濟性的考量，目前新增分布式發(fā)電中選擇鉛蓄電池儲能較多，鋰離子電池則壟斷輔助服務(wù)市場(chǎng)。由于鋰電池具有能量密度高、功率密度大以及體積/重量小、環(huán)境友好等優(yōu)勢，新增裝機基本采用了鋰電池技術(shù)，技術(shù)路線(xiàn)已基本成型 。
三、電化學(xué)儲能的運用方向
儲能發(fā)揮的作用如圖所示，運用比較活躍的領(lǐng)域包括用戶(hù)側、可再生能源并網(wǎng)以及輔助服務(wù)三大板塊。
1. 用戶(hù)側：峰谷電價(jià)套利成為現實(shí)，用電大省最具吸引力
我國目前絕大部分省市工業(yè)大戶(hù)均已實(shí)施峰谷電價(jià)制，通過(guò)降低夜間低谷期電價(jià)，提高白天高峰期電價(jià)，來(lái)鼓勵用戶(hù)分時(shí)計劃用電。儲能用于此的意義在于，用戶(hù)可以在電價(jià)較低的谷期利用儲能裝置存儲電能，在電高峰期使用存儲好的電能，避免直接大規模使用高價(jià)的電網(wǎng)電能，如此可以降低用戶(hù)的電力使用成本，實(shí)現峰谷電價(jià)套利。根據國家電網(wǎng)數據，全國用電大省峰谷價(jià)差分布于 0.4——0.9 元/kWh，而對于江蘇和廣東兩個(gè)用電量全國前二的省份，其峰谷價(jià)差高于 0.8 元/kWh，為用戶(hù)側利用儲能來(lái)套利峰谷價(jià)差提供了可觀(guān)空間。
從技術(shù)路線(xiàn)而言，以廣東省(峰谷價(jià)差0.86元/kwh)為例，如表所示:
利用鉛蓄電池套利靜態(tài)投資回收期不足 5 年，已經(jīng)具有商業(yè)化可行性。根據 CNESA 的統計，2017 年用戶(hù)側領(lǐng)域新增電化學(xué)儲能項目中鉛蓄電池所占比重最大，為77%，剩余為鋰電池。也說(shuō)明出于成本考慮，現在企業(yè)更傾向于安裝經(jīng)濟效益更佳的鉛蓄電池。但從發(fā)展趨勢而言，鋰離子電池在技術(shù)指標上天然具備優(yōu)勢，且從最近幾年而言，成本下降可觀(guān)。根據國家發(fā)布的《節能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線(xiàn)圖》，相較于2010年，平均成本下降80%;到2020年鋰電系統成本將降至 1 元/Wh 以下，屆時(shí)投資回收期有望縮短至 3.9 年，取代鉛炭電池將成為可能。
2. 可再生能源并網(wǎng)：分布式光伏與儲能結合有望成為全新增長(cháng)點(diǎn)
分布式光伏發(fā)電具有靠近用戶(hù)側、建設規模靈活、安裝簡(jiǎn)單、適用范圍廣的特點(diǎn)，是光伏發(fā)電重要的應用形式。自 2016 年起，隨著(zhù)燃煤發(fā)電上網(wǎng)價(jià)格下調、光伏發(fā)電標桿電價(jià)下調，政策逐步向分布式光伏發(fā)電傾斜，分布式光伏電站迎來(lái)春天。2016、2017 年分布式光伏發(fā)電連續兩年呈現爆發(fā)式增長(cháng)，其中 2017 年全年新增裝機 1944 萬(wàn)千瓦，同比增加 358%。
目前分布式光伏電價(jià)分為“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”和“全額上網(wǎng)”兩種模式，兩者結算電價(jià)分別為：
自發(fā)自用部分電價(jià)=用戶(hù)電價(jià)+國家補貼+地方補貼;
余電上網(wǎng)部分電價(jià)=當地脫硫煤上網(wǎng)電價(jià)+國家補貼+地方補貼;
全額上網(wǎng)電價(jià)=光伏標桿電價(jià)(分一、二、三類(lèi)資源區)。
在“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”模式下，由于用戶(hù)電價(jià)高于當地脫硫煤上網(wǎng)電價(jià)(以北京為例，脫硫煤上網(wǎng)電價(jià)約 0.35 元/度，用戶(hù)電價(jià)約 0.77 元/度)，可以看出用戶(hù)自發(fā)自用部分占比越大，收益就越高。此外，目前國家對余電上網(wǎng)補貼額度基本與全額上網(wǎng)電價(jià)相當，因此從經(jīng)濟效益角度，采用“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”模式并盡可能提高自發(fā)自用電量對用戶(hù)更有吸引力。
然而由于光伏發(fā)電高峰期與用戶(hù)用電高峰期存在時(shí)間上的錯位，目前用戶(hù)自用率都相對較低，部分不足30%。引入儲能系統的意義就在于此，居民用戶(hù)通過(guò)白天光伏發(fā)電高峰期儲能，夜晚高峰期用電，可以提升光伏自用率，進(jìn)而提升用戶(hù)收益。隨著(zhù)儲能成本的下降，預計未來(lái)儲能在分布式光伏領(lǐng)域滲透率將穩步提升。
目前值得參考的包括德國、日本、美國等，伴隨著(zhù)儲能成本的下降，已經(jīng)實(shí)現光儲在用戶(hù)側的平價(jià)上網(wǎng)。我們相信隨著(zhù)光伏市場(chǎng)的成本降低(根據國網(wǎng)能源研究院發(fā)布報告，2008年至今平均成本下降80%)及電價(jià)改革的推進(jìn)，國內居民用戶(hù)儲能將迎來(lái)爆發(fā)式的增長(cháng)。
3. 輔助服務(wù)：火電儲能聯(lián)合調頻市場(chǎng)開(kāi)始發(fā)展
電力市場(chǎng)輔助服務(wù)是指為維護電力系統的安全穩定運行，保證電能質(zhì)量，除正常電能生產(chǎn)、輸送、使用外，由發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)企業(yè)和電力用戶(hù)提供的服務(wù)。其主要內容包括： 一次調頻、自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)、調峰、無(wú)功調節、備用、黑啟動(dòng)等。
之所以是火電與儲能技術(shù)合作，主要原因在于我國電源結構仍以火電為主。根據中電聯(lián)發(fā)布數據，2017 年火電發(fā)電量4.61 萬(wàn)億千瓦時(shí)，占總發(fā)電量比重 71%;總裝機量11.06 億千瓦，占總裝機量比重為 62%，預計火電中長(cháng)期仍將是電力供應主力。但隨著(zhù)新能源發(fā)電占比的不斷提升，為接納新能源發(fā)電入網(wǎng)，對電力系統調峰、調頻等輔助服務(wù)能力要求將不斷提升。由于國內的電力結構，火電廠(chǎng)在未來(lái)將主要承擔輔助服務(wù)功能。
問(wèn)題點(diǎn)在于目前火電應用于輔助服務(wù)仍面臨技術(shù)端、成本端的壓力。從技術(shù)端來(lái)看，火電機組響應時(shí)滯長(cháng)，不適合參與更短周期調頻，一次調頻機組受蓄熱制約而存在調頻量明顯不足，參與二次調頻機組爬坡速率跟不上 AGC 指令，一、二次調頻協(xié)聯(lián)配合也尚需加強。從成本端來(lái)看，一方面火電機組頻繁變動(dòng)功率將加大排放物排放量控制難度，火電廠(chǎng)出于環(huán)保壓力將被迫采用更優(yōu)質(zhì)燃煤增加成本，低負荷工作狀態(tài)下單位煤耗也更高;另一方面頻繁調頻將降低火電機組使用率，將加速設備磨損，增加維修成本，目前輔助服務(wù)成本已經(jīng)成為火力發(fā)電成本重要組成部分。
根據清華大學(xué)電機系劉紅衛的論文《電池儲能系統與火電機組聯(lián)合調頻的性能及經(jīng)濟性分析》顯示，電池儲能系統所具備的自動(dòng)化程度高、增減負荷靈活、對負荷隨機和瞬間變化可作出快速反應等優(yōu)點(diǎn)，能保證電網(wǎng)穩定，起到很好調頻作用。因此，可以設想的方式是火電儲能共同參與 AGC 調頻，通過(guò)儲能跟蹤 AGC 調度指令，實(shí)現快速折返、精確輸出以及瞬間調節，彌補發(fā)電機組的響應偏差，改善調節性能。
據測算，電池儲能系統單位時(shí)間內功率提升速度是火電燃煤機組的 3 倍以上，即調頻能力相當于 3 倍于功率火電機組。一般調頻功率配套需求 2——3%，國內現有火電裝機量 11 億千瓦，若按照 3%配套，將產(chǎn)生 33GW 儲能電池需求，目前1GW鋰電池儲能電站的投資成本將近在15億元以上，建成后年產(chǎn)值將達到10億元，保守估計市場(chǎng)規模將在百億元以上。
四、總結和展望
1. 電化學(xué)儲能發(fā)展迅速，前景可觀(guān)
從全球和國內角度而言，電化學(xué)儲能技術(shù)近幾年都呈現出較為可觀(guān)的發(fā)展趨勢，在適用性、效率、壽命、 充放電等參數上相比于其他方式具備獨特的優(yōu)勢。在技術(shù)路線(xiàn)上，目前出于成本的考慮，鉛蓄類(lèi)電池占據主要地位，然而無(wú)論是從技術(shù)參數特點(diǎn)，以及最近幾年成本下降的趨勢而言，鋰電池全面取代的可能性日益增強。
2.運用領(lǐng)域前景廣闊，核心盈利模式有待擴充
在運用領(lǐng)域中，以用戶(hù)側、可再生能源并網(wǎng)以及輔助服務(wù)三大板塊最為活躍。通過(guò)對相關(guān)上市公司的調查，包括南都電源、陽(yáng)光電源等企業(yè)，目前較為成熟的商業(yè)盈利模式仍然以削峰填谷的電價(jià)套利模式為主，此類(lèi)模式的弱點(diǎn)在于受制于價(jià)差，市場(chǎng)集中在用電大省，廣東、江蘇一帶，競爭激烈。在運營(yíng)上，項目由企業(yè)自持，使用方支付服務(wù)費，前期投資壓力大，回報周期受制于當地價(jià)差，一般而言，回本周期在3年以上，設施使用時(shí)間可達15-20年之間，理論上而言，具有較好的回報前景。
對于可再生能源并網(wǎng)，尤其是光電儲能領(lǐng)域，我們看好其在家用領(lǐng)域銷(xiāo)售的潛力，速度取決于民用光伏發(fā)電成本的下降速率。在可見(jiàn)的未來(lái)，當光伏發(fā)電的成本下降到與國家主流發(fā)電方式相當時(shí)(目前光電0.7元/度，主流的火力發(fā)電成本0.35元/度)，對于居民而言，目前將多余電量按電力成本價(jià)銷(xiāo)售給國家電網(wǎng)的方式將得到改變。儲能設備提供商建立自身的電力網(wǎng)絡(luò )，收購多余電力進(jìn)行銷(xiāo)售將成為可能。對于便攜式發(fā)電領(lǐng)域，甚至是國家電網(wǎng)都將形成一定的挑戰。
對于輔助業(yè)務(wù)，我們看好其后續增長(cháng)的潛力，然而在當前情況下，市場(chǎng)規模仍然有限，真正獲得大幅度增長(cháng)的時(shí)間完全取決于新能源發(fā)電量的增長(cháng)速率以上是較為具備可行性的領(lǐng)域，我們在看到其發(fā)展潛力的同時(shí)，我們也需要看到這三大應用領(lǐng)域，對于資金和企業(yè)抗風(fēng)險能力的要求極高，基本都以企業(yè)自建相應設施，(項目規?；驹谡淄呒壱陨?，一次性投入基本在千萬(wàn)級別)，收取運營(yíng)費用的模式賺取收益回報。在當下商業(yè)模式改變可能較小的情況下，前期投入巨大，回本周期3年以上，受制于電價(jià)波動(dòng)的風(fēng)險將會(huì )長(cháng)期存在，投資者需引起必要的警惕。
