什么是電網(wǎng)規(guī)模存儲(chǔ)？

電網(wǎng)規(guī)模存儲(chǔ)是指連接到電網(wǎng)的技術(shù)，可以存儲(chǔ)能量，然后在更有利的時(shí)間將其回饋給電網(wǎng)——例如，在夜間、沒有太陽能可用時(shí)，或者在天氣中斷時(shí)發(fā)電。泛使用的技術(shù)是抽水蓄能水力發(fā)電，將水抽入水庫，然后在不同時(shí)間釋放以發(fā)電，但這只能在某些地點(diǎn)進(jìn)行。電池現(xiàn)在發(fā)揮著越來越大的作用，因?yàn)樗鼈兛梢园惭b在各種容量的任何地方。

儲(chǔ)能在清潔能源轉(zhuǎn)型中的作用是什么？

到2050 年凈情景設(shè)想大規(guī)模部署太陽能光伏和風(fēng)能等可變可再生能源，并隨著更多終端用途電氣化而大幅增加總體電力需求。電網(wǎng)規(guī)模的存儲(chǔ)，特別是電池，對(duì)于管理對(duì)電網(wǎng)的影響、處理可再生電力輸出的每小時(shí)和季節(jié)性變化、同時(shí)在面對(duì)不斷增長的需求時(shí)保持電網(wǎng)穩(wěn)定和可靠來說至關(guān)重要。

面臨哪些挑戰(zhàn)？

電網(wǎng)規(guī)模的電池存儲(chǔ)需要大幅增長才能實(shí)現(xiàn)凈零情景。盡管近年來由于電動(dòng)汽車生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大，電池成本大幅下降，但市場(chǎng)混亂和電動(dòng)汽車制造商的競(jìng)爭導(dǎo)致電池生產(chǎn)中使用的關(guān)鍵礦物（尤其是鋰）的成本上升。現(xiàn)在越來越明顯的是，進(jìn)一步降低成本不僅依賴于技術(shù)創(chuàng)新，還依賴于電池礦物的價(jià)格。

電網(wǎng)規(guī)模的電池存儲(chǔ)需要大幅增長才能實(shí)現(xiàn)凈零情景。盡管近年來由于電動(dòng)汽車生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大，電池成本大幅下降，但市場(chǎng)混亂和電動(dòng)汽車制造商的競(jìng)爭導(dǎo)致電池生產(chǎn)中使用的關(guān)鍵礦物（尤其是鋰）的成本上升。現(xiàn)在越來越明顯的是，進(jìn)一步降低成本不僅依賴于技術(shù)創(chuàng)新，還依賴于電池礦物的價(jià)格。

跟蹤網(wǎng)格規(guī)模存儲(chǔ)

電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能在2050年凈 情景中發(fā)揮著重要作用，提供重要的系統(tǒng)服務(wù)，包括短期平衡和運(yùn)行儲(chǔ)備、電網(wǎng)穩(wěn)定的輔助服務(wù)和推遲新輸配電線路投資，以及長期長期儲(chǔ)能和停電后恢復(fù)電網(wǎng)運(yùn)行。

抽水蓄能水電是使用泛的存儲(chǔ)技術(shù)，在多個(gè)地區(qū)具有巨大的額外潛力。電池是可擴(kuò)展性的電網(wǎng)規(guī)模存儲(chǔ)類型，近年來市場(chǎng)增長強(qiáng)勁。其他存儲(chǔ)技術(shù)包括壓縮空氣和重力存儲(chǔ)，但它們?cè)诋?dāng)前電力系統(tǒng)中發(fā)揮的作用相對(duì)較小。此外，氫（單獨(dú)詳細(xì)介紹）是一種新興技術(shù)，具有季節(jié)性存儲(chǔ)可再生能源的潛力。

盡管正在取得進(jìn)展，但電網(wǎng)規(guī)模存儲(chǔ)容量的預(yù)計(jì)增長目前尚未符合凈零情景的預(yù)期，需要付出更大的努力。

國際儲(chǔ)能署IEA 的跟蹤清潔能源進(jìn)展 (TCEP) 評(píng)估了對(duì)清潔能源轉(zhuǎn)型至關(guān)重要的能源系統(tǒng) 50 多個(gè)組成部分的發(fā)展。評(píng)估的組成部分包括部門、分部門、技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施和跨領(lǐng)域戰(zhàn)略。根據(jù) 2050 年凈情景軌跡對(duì) 2030 年的進(jìn)展進(jìn)行評(píng)估，并就如何沿著這一途徑“走上正軌”提供建議。

2022 年，清潔能源技術(shù)部署的進(jìn)展非常迅速，盡管許多組成部分在層面尚未步入正軌。清潔能源經(jīng)濟(jì)的勢(shì)頭明顯加快。2022 年的一些亮點(diǎn)包括：

電動(dòng)汽車銷量增長55%，創(chuàng)下超過1000萬輛的歷史新高。有史以來次，宣布的電動(dòng)汽車電池制造能力足以滿足 2030 年 NZE 情景中的預(yù)期需求要求。

核電新增裝機(jī)容量增長40%，新增裝機(jī)8吉瓦。雖然凈零情景中需要更高的部署，但在 2019 年至 2021 年容量增加保持穩(wěn)定之后，2022 年的增長代表著明顯的進(jìn)步。

熱泵銷售額再創(chuàng)歷史新高，增長 11%。這接近符合凈零情景所需的 15% 平均復(fù)合年增長率。

電解槽裝機(jī)容量增長超過20%，電解槽制造能力增長超過25%。不過，更大的故事可能尚未到來——根據(jù)目前正在開發(fā)的項(xiàng)目及其預(yù)計(jì)運(yùn)營日期，到 2023 年底電解槽容量可能達(dá)到近 3 吉瓦，與去年相比，總?cè)萘吭黾恿怂谋抖?022 年。

經(jīng)濟(jì)整體能源效率比上年增長兩倍以上。這是繼幾年來相對(duì)較弱的改進(jìn)之后向前邁出的積極一步。

能源系統(tǒng)中那些已經(jīng)具備清潔技術(shù)且成本迅速下降的部分，例如發(fā)電和乘用車，進(jìn)展速度更快。但要全面過渡到凈，就需要對(duì)能源生產(chǎn)和使用的所有領(lǐng)域進(jìn)行脫碳。需要快速創(chuàng)新，將清潔技術(shù)推向市場(chǎng)，特別是對(duì)于能源系統(tǒng)中排放較難解決的部分，例如重工業(yè)和長途運(yùn)輸。過去幾年，我們?cè)趧?chuàng)新方面取得了積極進(jìn)展，但需要加快步伐，以便盡快在這些領(lǐng)域部署新型低排放技術(shù)。

不同地區(qū)和行業(yè)的轉(zhuǎn)型速度也不同。例如，2022年近95%的電動(dòng)汽車銷量發(fā)生在中國、美國和歐洲。與此同時(shí)，近 75% 的運(yùn)營和計(jì)劃碳捕集能力位于北美和歐洲。因此，評(píng)估一項(xiàng)技術(shù)“步入正軌”并不意味著該技術(shù)在所有國家都步入正軌，相反，一項(xiàng)“未步入正軌”的技術(shù)可能在某些特定國家進(jìn)展更快。需要加強(qiáng)國際合作和強(qiáng)有力的政策制定，將進(jìn)展推廣到所有地區(qū)，特別是新興市場(chǎng)和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體。

主要市場(chǎng)的目標(biāo)是通過新的資金和強(qiáng)化的建議來更大程度地部署新增存儲(chǔ)，在促進(jìn)發(fā)展方面取得顯著進(jìn)展的國家和地區(qū)包括：

·2022年，中國在電網(wǎng)規(guī)模電池儲(chǔ)能新增裝機(jī)方面處于地位，年裝機(jī)量接近5吉瓦。

·美國緊隨其后，在一年內(nèi)投產(chǎn)了 4 吉瓦。2022 年 8 月通過的《通貨膨脹削減法案》包括對(duì)獨(dú)立存儲(chǔ)的投資稅收抵免，有望進(jìn)一步推動(dòng)未來的部署。

·印度在2022年9月發(fā)布的國家電力計(jì)劃草案中包含了發(fā)展電池儲(chǔ)能的雄心勃勃的目標(biāo)。

·2023年3月，歐盟委員會(huì)發(fā)布了一系列關(guān)于政策行動(dòng)的建議，以支持歐盟更大程度地部署電力存儲(chǔ)。

技術(shù)部署

抽水蓄能水電仍然是部署泛的存儲(chǔ)技術(shù)，但電網(wǎng)規(guī)模的電池正在迎頭趕上2021年，抽水蓄能水電總裝機(jī)容量約為160吉瓦。2020年，裝機(jī)容量約為8500吉瓦時(shí)，占總蓄電量的90%以上。大的產(chǎn)能位于美國。目前運(yùn)行的大多數(shù)工廠都用于提供日常平衡。

然而，電網(wǎng)規(guī)模的電池正在迎頭趕上。盡管目前遠(yuǎn)小于抽水蓄能水力發(fā)電容量，但預(yù)計(jì)電網(wǎng)規(guī)模電池將占儲(chǔ)能增長的大部分。電池通常用于每小時(shí)、每小時(shí)和每日的平衡。截至 2022 年底，電網(wǎng)規(guī)模電池儲(chǔ)能總裝機(jī)容量接近 28GW，其中大部分是在過去 6 年中新增的。與2021年相比，2022年裝機(jī)量增長了75%以上，新增存儲(chǔ)容量約11吉瓦。美國和中國市場(chǎng)，各自新增千兆瓦級(jí)規(guī)模。2022 年電網(wǎng)規(guī)模的電池技術(shù)組合與 2021 年基本保持不變。鋰離子電池存儲(chǔ)仍然是使用泛的，占所有新增裝機(jī)容量的大部分。

儲(chǔ)能系統(tǒng)的快速擴(kuò)展對(duì)于解決電網(wǎng)上風(fēng)能和太陽能光伏發(fā)電每小時(shí)的變化性至關(guān)重要，特別是當(dāng)它們的發(fā)電份額在凈零情景中迅速增加時(shí)。在發(fā)電脫碳的同時(shí)滿足不斷增長的靈活性需求是電力行業(yè)面臨的核心挑戰(zhàn)，因此需要利用所有靈活性來源，包括電網(wǎng)加固、需求側(cè)響應(yīng)、電網(wǎng)規(guī)模電池和抽水蓄能水電。

電網(wǎng)規(guī)模的電池存儲(chǔ)尤其需要大幅增長。在凈零情景中，2022 年至 2030 年間，已安裝的電網(wǎng)規(guī)模電池存儲(chǔ)容量將擴(kuò)大 35 倍，達(dá)到近 970 GW。僅 2030 年就新增了約 170 吉瓦的裝機(jī)容量，高于 2022 年的 11 GW。為了實(shí)現(xiàn)凈情景，年度新增裝機(jī)容量必須顯著增加，在 2023 年至 2030 年期間每年平均新增裝機(jī)容量接近 120 GW時(shí)期。

2015-2030年凈零情景下電網(wǎng)規(guī)模電池儲(chǔ)能裝機(jī)容量

雖然鋰離子電池的創(chuàng)新仍在繼續(xù)，但成本的進(jìn)一步降低取決于關(guān)鍵礦物價(jià)格。基于成本和能量密度的考慮，磷酸鐵鋰電池作為鋰離子電池的一個(gè)子集，仍然是電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能的。鋰離子電池的能量密度更高的化學(xué)物質(zhì)，例如鎳鈷鋁（NCA）和鎳錳鈷（NMC），在家庭儲(chǔ)能和空間有限的其他應(yīng)用中很受歡迎。

除了鋰離子電池之外，液流電池可能會(huì)成為固定存儲(chǔ)的突破性技術(shù)，因?yàn)樗鼈冊(cè)?25-30 年內(nèi)不會(huì)表現(xiàn)出性能下降，并且能夠根據(jù)能源存儲(chǔ)需求以有限的投資調(diào)整規(guī)模。2022年7月，大的全釩氧化還原液流電池在中國投產(chǎn)，容量100兆瓦，儲(chǔ)能量400兆瓦時(shí)。

盡管過去十年鋰離子電池的價(jià)格大幅下降，但現(xiàn)在越來越明顯的是，進(jìn)一步降低成本不僅依賴于技術(shù)創(chuàng)新，還依賴于電池礦物價(jià)格的上漲速度。鋰需求的主要來源是鋰離子電池行業(yè)。鋰是各種鋰離子電池的支柱，包括磷酸鐵鋰、NCA 和 NMC 電池。因此，鋰的供應(yīng)仍然是塑造未來輕型客運(yùn)和能源存儲(chǔ)脫碳的最關(guān)鍵因素之一。

此外，俄烏戰(zhàn)爭對(duì)電池金屬市場(chǎng)的影響也很明顯。陰極（鎳和鈷）和陽極（石墨）材料都會(huì)受到影響。俄羅斯是的電池級(jí) 1 類鎳生產(chǎn)國，占開采供應(yīng)量的 20%。它也是分別第二和第四大鈷和石墨生產(chǎn)國。

從開采的鋰輝石到高純度和氫氧化鋰，自 2021 年初以來，鋰價(jià)值鏈各個(gè)組成部分的價(jià)格都在飆升。2022 年，鋰離子電池的價(jià)格自 2010 年以來上漲，價(jià)格上漲與 2021 年相比增長 7%。僅在 2023 年季度才出現(xiàn)一些緩解。

許多國家正在通過目標(biāo)、補(bǔ)貼、監(jiān)管改革和研發(fā)支持來支持存儲(chǔ)部署

2021年7月，中國 宣布計(jì)劃到2025年安裝超過30吉瓦的儲(chǔ)能（不包括抽水蓄能水電），比2022年的裝機(jī)容量增加三倍多。

2022年8月通過的美國《通貨膨脹削減法案》包括對(duì)獨(dú)立存儲(chǔ)的投資稅收抵免，預(yù)計(jì)這將提高新電網(wǎng)規(guī)模存儲(chǔ)項(xiàng)目的競(jìng)爭力。

2022年9月，印度發(fā)布了國家電力計(jì)劃草案，為電池儲(chǔ)能的發(fā)展制定了雄心勃勃的目標(biāo)，預(yù)計(jì)到2031-32年裝機(jī)容量將達(dá)到51至84吉瓦。

2022年12月，澳大利亞可再生能源機(jī)構(gòu)（ARENA）宣布資助總計(jì)2GW/4.2GWh的電網(wǎng)規(guī)模儲(chǔ)能容量，配備并網(wǎng)逆變器，以提供目前由火電提供的基本系統(tǒng)服務(wù)植物。

2023年3月，歐盟委員會(huì)發(fā)布了一系列有關(guān)儲(chǔ)能的建議，概述了有助于確保歐盟更大程度部署電力存儲(chǔ)的政策行動(dòng)。

發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體和中國電網(wǎng)規(guī)模電池儲(chǔ)能投資有所回升，而抽水蓄能水電投資主要發(fā)生在中國。2022年電池儲(chǔ)能投資將超過200億美元，主要用于電網(wǎng)規(guī)模部署，占2022年總支出的65%以上。繼2022年穩(wěn)健增長后，電池儲(chǔ)能投資預(yù)計(jì)將再創(chuàng)歷史新高，根據(jù)現(xiàn)有項(xiàng)目和政府設(shè)定的新產(chǎn)能目標(biāo)，到 2023 年將超過 350 億美元。 目前，最重要的新增抽水蓄能水電容量投資正在中國進(jìn)行：自2015年以來，絕大多數(shù)新增容量的最終投資決策都是在中國做出的，增量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他地區(qū)。