德國儲能發(fā)展現狀及對中國的借鑒意義

下發(fā)布。中德能源與能效合作伙伴項目立足于政府層面，致力于促能源轉型領域的政策對話，同時也促進兩國企業(yè)的交流。中德能源主管部委領導下開展活動，中方負責整體協調的部門是國家發(fā)改委德國聯邦經濟與能源部。受德國聯邦經濟和能源部委托，德國國際合中德能源與能效合作EnergiepartnerschaftDEUTSCHLAND-CHINAWolfgangEichhammer、鄭琳、MarianKlobFraunhoferISI.（2020）:《德國儲能發(fā)展現德國國際合作機構本報告全文受版權保護。截至本研究報告發(fā)布前，德國國際合作機構和相關作者對和信息進行了仔細研究與核對，但不對其中所涉及內容及評論的正確性和完整性做5儲能在德國能源轉型中發(fā)揮的作用以及德國的儲能支持政策7從中國的電力市場框架和政策背景看德國電力儲能2020年新冠疫情在全球的爆發(fā)和流行讓我們看到人類社會在環(huán)境災難面前的脆弱性。在醫(yī)護、科研人員全力應對，緊急開發(fā)疫苗的同時，為了支持經濟發(fā)展和保障人民生活，各國政府也都相繼出臺了經濟復蘇和刺激計劃。經濟復蘇計劃的核心內容大多都涉及抓住機遇，實現“綠色復蘇”和應對即將到例如，德國已通過了規(guī)模達1300億歐元的一攬子經濟復蘇計劃，其中500億歐元的預算將用于德國的現代化建設，包括對可再生能源、公共交通、氫能和電動汽車的投資。同樣，歐盟理事會批準了7500億歐元的一攬子復蘇計劃，該計劃將與《巴黎協定》和歐盟的氣候目標保持一致。中國為確?！笆哪茉崔D型對于減少碳排放至關重要。2020年上半年，德國可再生能源占該國凈發(fā)電量的比例已超過55%。因此，為解決和平衡可再生能源占比不斷提高情況下帶來的電力波動性、間歇性這一問題，我們亟需創(chuàng)新的解決方案和商業(yè)模式。近年來，德國儲能市場十分活躍，尤其是在支持電力市場輔助服務和該研究報告聚焦于儲能這一重要主題。報告描述了儲能在德國所發(fā)揮的作用以及支持其發(fā)展的政策框架，并提供了不同儲能應用的具體案例。報告在德國聯邦經濟和能源部（BMWi）和國家能源局（NEA）的指導下，由中德能源與能效合作伙伴項目發(fā)布。我衷心感謝所有參與報告研究的專家和合作伙伴(弗勞恩霍夫系統(tǒng)與創(chuàng)新研究所、電力規(guī)劃設計總院以及中關村儲能產業(yè)技術聯盟）為該研究項目做出的貢獻。希望本報告能引起我國儲能行業(yè)的政治決策者、專家、企業(yè)等同行們的興趣和關注，并對我國儲能行業(yè)的未來發(fā)展有德國儲能發(fā)展現狀及對中國的借鑒意義CHPCHPCSPEnWGEnWGGHGGHGGWKWKGKWKGPHSPtCH4PtHPtH2SMESSMESStromNEVStromNEVTceUPSVPPV2G德國儲能發(fā)展現狀及對中國的借鑒意義過去幾年，在可再生能源和儲能技術成本降低的雙重推動下，儲能行業(yè)發(fā)展相當迅速，尤其是得益于迅猛發(fā)展儲能是促進能源系統(tǒng)實現氣候中性轉型的重要驅動因素，同時儲能還可以與其他能夠提升高比例可再生能源電力系統(tǒng)靈活性的技術相結合，例如電網擴容、需求響抽水蓄能系統(tǒng)和熱儲能系統(tǒng)與集中式太陽能電站相結合，已顯示出通過大容量儲能提供靈活性的能力。通過提供網絡服務和優(yōu)化輸配電網，電池儲能系統(tǒng)以及尚未得到廣泛應用的儲能技術如壓縮空氣儲能越來越多地顯示出在提升靈活性方面所作出的貢獻。電池儲能不僅在大規(guī)模應用中意義重大，在電表后端需求側這一小規(guī)模儲能系統(tǒng)在德國越來越普及，一方面是由于德國電價較高；另一方面，光伏與儲電相結合降低了自發(fā)自用的發(fā)電成本，因此獨立用戶對儲能相關的解決方案很感興趣。但是，這一發(fā)展趨勢必須是有利于電網優(yōu)化的，否在本報告第四章中，我們將選擇15個儲能系統(tǒng)的應用案例（其中大部分是德國案例）進行詳細分析。表1展示本報告詳細地探討了三個商業(yè)案例：大規(guī)模儲能對電網頻率調整的貢獻、利用儲能系統(tǒng)優(yōu)化光伏電力自發(fā)自儲能在能源系統(tǒng)轉型方面發(fā)揮著重要作用。然而，大規(guī)在德國，良好的輸電線路和與鄰國的良好互聯保證了足夠的容量用以平衡大部分間歇性可再生能源。雖然與未來情景下的發(fā)電和輸電相比，儲能的能源總量很小，但是儲能可以緩解電網擴容的壓力，使轉型過程更加平穩(wěn)和高效。在電網擴容面臨公眾接受度問題的地區(qū)，情況尤其如此。在比德國小，且與鄰國之間的互聯線路不夠理想的國家，例如，島國或處于外圍的國家如葡萄牙，儲能的價值會進一步凸顯。對于領土面積大的國家來說，情況也是如此。在這些國家中，由于可再生電力必當前，針對靈活性利用的監(jiān)管框架非常復雜多樣規(guī)定并非始終一致，而且分散在各種法律法規(guī)當中。因此，監(jiān)管框架和電網使用費用機制的改進必不可少，從但是儲能系統(tǒng)的價格仍然高于其他靈活性方案。因此，降低成本是提高儲能系統(tǒng)經濟效益的最重要前提。除了研發(fā)以外，標準化對于提高儲能系統(tǒng)經濟效益也非常重要。標準化是批量生產的先決條件，并有助于加快技術知識傳播和創(chuàng)新。除了經濟效益外，安全性在電池等儲能系統(tǒng)中也發(fā)揮著重要作用。標準化可以為產品安全性提高做出重要貢獻。標準化還涉及其他方面（例如安裝、驗收、并網、處置），這些方面也與儲能技術的發(fā)展有關。從國際上來看，標準化可以避免在貿易中出現?shutterstock/petrma?shutterstock/petrmalinak@Shutterstock311732285,LeeYiuTung德國儲能發(fā)展現狀及對中國的借鑒意義在中國，可再生能源的快速發(fā)展增加了傳統(tǒng)電廠和整個電力系統(tǒng)對靈活性的需求。棄風棄光仍一直是中國面臨的一個挑戰(zhàn)，雖然近年棄風棄光問題有所改善，但是中國電力部門仍需更多的靈活性。2016年中國全年棄風率在采取了一系列措施后，到2019年，年棄風率和棄光率分別降至4%和2%。當前，提高電力靈活性的措施主要是針對火電廠。但在消費側和輸電側，在引入平衡電力市場試點和計劃引入針對需求響應措施的經濟激勵措施方面，靈活性潛力也變得越來越重要。尤其重要的是，設計針對靈活性的經濟激勵機制，即通過電力市場和交易所、平衡電力市場或通過網絡運營商的干預調度、網絡阻塞/并網管理），來改善靈活性的相應機儲能系統(tǒng)在中國也發(fā)揮著重要作用。截至2018年底，中國的抽水蓄能電站已達約30吉瓦，電化學儲能（電池儲能）達到1吉瓦。中國政府計劃推進電池儲能設施擴大規(guī)模，以進一步推動可再生能源并網。然而，除了初始投資高或資本成本高以及技術難度大（生命周期、安全要求）以外，價格、市場以及針對儲能利用的支持機制可再生能源在能源系統(tǒng)中的占比提高使每小時發(fā)電模式發(fā)生變化。如果發(fā)電依靠風能和太陽輻射，則會導致發(fā)電過程中的波動性增加，而波動必須加以平衡。靈活性的定義如下：“電力系統(tǒng)旨在確保發(fā)電和用電在時間和空間上時刻保持平衡。電力系統(tǒng)的靈活性代表了電力系統(tǒng)能夠在多大程度上根據需求調整發(fā)電和用電，從而以具有成本效益的方式保持系統(tǒng)穩(wěn)定。靈活性是指電力系統(tǒng)在面臨供需急劇波動的情況下，保持持續(xù)供電的能通常情況下，可再生能源的比例不斷提高，每小時發(fā)電量變化會增加。但是，波動幅度和對靈活性的需求取決于可再生能源類型以及不同可再生能源技術的組合。光伏電站非常適合太陽能輻射充足的地區(qū)，并且光伏并網具有日波動和季節(jié)性波動特征。風電并網量與風速呈高度相關關系，在各種可再生能源類型當中，風電每小時并網曲線是最不規(guī)律的。因此，風電場和光伏電站的并網量很難預測，所以電力系統(tǒng)中發(fā)電計劃在很大程度上取決于并網量預測，而并網量預測應盡可能做到精確無誤。但是，即使預測水平有所提高，仍然需要靈活性技術，以便快速增加或減少發(fā)電量或用電需求。然而，也有一些非波動性可再生能源。在世界范圍內，水電是一種非常普遍的可再生能源，發(fā)電出力幾乎恒定。不過，在一些夏季氣候干燥的國家，水電的季節(jié)性波動比風電生物質能可控性很好，如今在歐洲和北美得到廣泛使用，地熱和太陽能熱電廠與儲能相結合也可以保證電力供應恒定，不同技術的組合使用會決定最終的發(fā)電模示了2020年7月德國每小時的發(fā)電量，從中可以清楚地看到陸上風電和光伏的波動性。在德國的能源結構中，可再生能源占比達到43%（圖2）；到2030年比例將超過65％，到2050年，電力系統(tǒng)基本全部使用可125GW100GW75GW7550GW5025GW250GW06月30日7月2日7月4日7月6日7月8日7月10日7月12日7月14日7月16日7月18日7月20日7月22日7月24日7月26日7月2常規(guī)燃煤電廠德國儲能發(fā)展現狀及對中國的借鑒意義45.040.035.030.025.020.015.010.05.0可再生能源在全國用電總量中的占比可再生能源在供熱與制冷中的占比可再生能源在交通部門的占比除了供電方面的波動外，每小時用電需求也有所因此，不僅電力供應需要預測，電力需求也必須預測，供需必須得到平衡。未來隨著電動汽車或熱泵等新技術逐步取代化石燃料技術，預計電力需求將增加。同時，能效的提升也將顯著減少電力需求。因此，一個地區(qū)的提升能源系統(tǒng)的靈活性有多種方案。表2列出了這些方案，并簡要說明了方案目標。顯然能夠滿足同需求，因此，平衡供需需要綜合運用多種是眾多方案中的重要一類，其中包括部門耦合方案。一些應用情景需要快速響應，因此需要響應時間短的技術。然而在其他情況下，則需要保證靈活性提供的效率高的特點。在圖3中，靈活性方案按典型運行時間排列。此外，調度方向已給定。正向調度指需求超過供反向調度指供大于求，因此必須減少發(fā)電量或增加可控德國儲能發(fā)展現狀及對中國的借鑒意義預測能力或改進非歧視性市場設計（表3）。例如，市場設計在建立合適的框架條件中發(fā)揮著重要的這些框架條件下可以廣泛采用靈活性方案。監(jiān)市場設計一起進行。市場設計方案不僅可以影響對靈活技術的投資，而且可以促進國際貿易，從而改善整個系大市場區(qū)域內，可再生能源并網波動可以得到更好的平衡，鄰國（或相鄰省份）的密切合作在提供靈活性方面發(fā)揮著重要作用。鄰國之間的能源政策協調一致，可以給雙方帶來好處，因為這樣可以確保彼此提供的靈活性相互支持，從而提高供電安全性和系統(tǒng)穩(wěn)定性。但是，在政策層面開展合作的同時，必須確保實際電網容量和互聯線路步伐一致。然而，初步經驗表明，延長電網線路、發(fā)展電廠和可再生能源很少或完全不被當地公眾接受，德國的某些地區(qū)就是如此。因此，企業(yè)和政界人士都有義務在早期階段使公民參與到有關能源轉型的交流討論中。在這一過程中不僅要向居民和廣大公眾提供信息，還應使公民參與實施過程，并認真考慮他們的意在此背景下，本報告旨在通過一系列案例研究，闡述德國儲能市場的發(fā)展趨勢，并介紹德國儲能系統(tǒng)的市場機制、政策和商業(yè)模式。其中重點突出當前德國儲電系統(tǒng)標準化過程中遇到的問題，并討論德國與中國在標準化?shutterstock/petrma?shutterstock/petrmalinak德國儲能發(fā)展現狀及對中國的借鑒意義在簡要介紹了儲能系統(tǒng)（重點是儲電）的典型應用領域和技術特點之后，本章將概述全球和歐洲儲能系本節(jié)僅簡要概述儲能系統(tǒng)。更多詳細信息，請參見參考-抽水蓄能系統(tǒng)以外的機械儲能系統(tǒng)（尤其是壓縮-化學儲能（特別是電制氫，電轉合成燃料/化學熔熔 1kW10kW100kW1MW10MW100MW1GW電能時移(圖6：截至2050年的四小時鋰離子電池成本預測，左圖為與2四小時電池成本預測（四小時電池成本預測（與2018年相比）0.220152020202520302035204020452050四小時電池系統(tǒng)資本成本（四小時電池系統(tǒng)資本成本（2018年美元/千350300瓦時）250瓦時）200150100500"""……高中中20152020202520302035204020452050德國儲能發(fā)展現狀及對中國的借鑒意義圖7展示了截至2019年2月各地區(qū)和國領先，其次是歐盟各國（尤其是英國、德國）、澳大利500040003000MWMW200010000在已宣布和已簽約的儲電容量方面，北美領先，歐洲緊隨其后；在在建項目方面，亞洲處于領先北美洲歐洲亞洲澳大利亞&大洋洲非洲南美洲u已宣布a已簽約a在運u在建45004000350030002500MWMW2000150010000儲能市場屬于全球性市場，因為所有電力生產側正在進儲能市場屬于全球性市場，因為所有電力生產側正在進行脫碳的國家都在努力應對光伏和風能等波動性可再生能源所帶來的挑戰(zhàn)。儲能系統(tǒng)為應對這些挑戰(zhàn)提供了一根據國際能源署儲能追蹤報告[11]，2019年以來，儲能系統(tǒng)（不包括抽水蓄能系統(tǒng)）的實際建設量自2019年以來首次下降（圖表8）。值得注意的是，韓國市場受到技術問題的影響，儲能系統(tǒng)建設與安全法規(guī)（電池起火）相沖突。根據國際能源署報告[11]，2020年的新冠疫情危機很可能加劇這些影響，因為電池生產包括從電德國儲能發(fā)展現狀及對中國的借鑒意義圖8：按國家/地區(qū)劃分的2013-2019年度）（），GW3其他其他2美國德國中國1韓國020132014201520162017201820193210級2013201420152016201720182019??shutterstock/symbiot圖9顯示了鋰離子電池在儲電中的主要作用，其次是熱儲能，特別是集中式太陽能電站+熔融鹽儲能有所增處理風電和太陽能發(fā)電造成的電力過剩是利益相關方安裝儲電設施的主要原因（圖10），但是電網調頻和其他美國能源部全球儲能數據庫(DOEGlobalEnergy鋰離子熱能儲存液流電池：氧化還原液流電池：釩鋰離子熱能儲存液流電池：氧化還原液流電池：釩抽水儲能固態(tài)電池：鎳鎘其他固態(tài)電池：電化學超級電容器固態(tài)電池：硫化鈉液流電池：鐵鉻壓縮空氣儲能液流電池：鋅溴電池飛輪重力儲能氫我不知道*調查由ATAInsights完成。問題：您已利用了哪些大型儲能技術，或者將利用和/或投資哪些技術？（732份答卷）德國儲能發(fā)展現狀及對中國的借鑒意義過剩的風能和太陽能電力電網調峰過剩的風能和太陽能電力電網調峰備用電源調節(jié)電網頻率負荷管理不間斷電源微網同地互補可再生能源連續(xù)供電爬坡/旋轉備用負荷跟蹤能源套利電壓或無功支撐輸電和配電升級延緩其他*調查由ATAInsights完成。問題：您已部署或將要部署的儲能系統(tǒng)的主要目的是什么？（1113份答卷）了歐洲儲能設施詳細信息數據庫。其中顯示，歐盟的大部分儲能（占現有功率的90%以上）屬于抽水蓄能（圖11中的淺藍色部分），具有容量大和功率大的特點。機械儲能達8萬兆瓦，其中近5萬兆瓦處于在運狀態(tài)，其余處于規(guī)劃或建設階段。此外，還包括約1500兆瓦的非常規(guī)儲能方案，例如壓縮空氣儲能。電化學儲能規(guī)模累計達8000兆瓦，其中約1200兆瓦處于在運狀態(tài)，處于規(guī)劃/建設階段的電化學儲能為6000兆瓦（圖12）。已取消700兆瓦，未在圖中列出。在在運電化學儲能系統(tǒng)方面，英國和德國處于領先地位；在規(guī)劃儲能容量方面，愛爾蘭和西班牙頗為突出。該分析及圖14還表明，表后技術類型a化學儲能u電化學儲能a機械儲能u熱能儲能西班牙 德國 英國意大利奧地利 法國 瑞士葡萄牙愛爾蘭保加利亞希臘比利時克羅地亞波蘭挪威盧森堡捷克共和國立陶宛 羅馬尼亞 斯洛伐克斯洛文尼亞愛沙尼亞荷蘭瑞典芬蘭匈牙利塞浦路斯丹麥02000400060008000100001200014000容量（MW）德國儲能發(fā)展現狀及對中國的借鑒意義英國 德國英國 德國意大利 荷蘭比利時 瑞士法國斯洛文尼亞西班牙愛爾蘭匈牙利芬蘭葡萄牙瑞典奧地利捷克共和國丹麥羅馬尼亞波蘭57056373419191311117l6l65332114060100200300400500600容量（MW）設施狀態(tài)英國愛爾蘭西班牙 德國 法國比利時意大利希臘斯洛文尼亞芬蘭塞浦路斯荷蘭丹麥 立陶宛斯洛伐克050010001500200025003000350040004500容量（MW）2020年3月發(fā)布的《歐洲儲能市場監(jiān)測報告（4.0版）》（EMMES4.0）[14]指出，就歐洲整體而言（類似于全球總體情況），2019年儲能市場發(fā)展有所放緩，但預計會有進一步發(fā)展（需要妥善地應對最近爆發(fā)的新冠疫情危機）。根據《歐洲儲能市場監(jiān)測報告（4.0版）》，大規(guī)模儲能的主要回報形式是向電網運營商提供調頻服務和其他輔助服務，而不是大量儲電和放電。由于此前發(fā)展最快的國家（例如英國和德國等）的調頻備用市場趨這些市場當中的價格已從2015年的16歐元/兆瓦時降至2019年的6歐元/兆瓦時，這說明市場出現放緩。本報告給出了英國電池商業(yè)應用的新案例，從調頻到批發(fā)，從32GWhGWh10201520162017201820192020eu居民u工商業(yè)電表后端需求側e:估計值在德國，電網級電池和家用電池正在迅速發(fā)展，后者的甚至發(fā)展更快（圖14）。請注意：2019年和2020年的數字是預測值，并不反映最新的發(fā)展情況。大型電池發(fā)展的主要驅動力是因為它們有益于一次備用市場（見4.3節(jié)例子）。由于一次備用市場價格下跌（使得這些市場暫時對于投資者的吸引力下降），“表前”應用目前有表后項目，特別是工商業(yè)部門的表后項目正在迅速發(fā)展。這一趨勢在德國和英國兩大大型儲能市場表現最為明顯，這兩個市場都存在調頻市場飽和的現象。不僅僅中小型企業(yè)出現這一趨勢，更為重要的是，容量為1兆與電網儲能設施相比，表后項目的運營商在選擇商業(yè)模德國儲能發(fā)展現狀及對中國的借鑒意義式時具有更大的靈活性。這里的重點是提供削峰服從而為用戶節(jié)省接入電網的成本和網絡費用。對于那些需要額外應急電力服務且對電力質量要求高的公司來說，其意義更加明顯，因為在此基礎上可以增加其他應用，從而提高盈利能力。必要時，還可以提供其他網絡服務，例如與整合商一起，將規(guī)模較小的儲能設施捆綁總之，電網級電池和家用電池都在快速發(fā)展。與家用電池相比，電網級電池的發(fā)展放緩的兩個主要原因是，一方面，如上所述，一次備用市場的價格下跌，這降低了商業(yè)案例的吸引力；另一方面，自發(fā)自用和購電之間價格差很大，導致自發(fā)自用替代購電的成本很高，且反送1000800600MWMW4002000201520162017201820192020資料來源：根據RWTHSpeichermonitoring2017、BundesverbandSolarwirtschaf在本節(jié)中，我們將詳細分析15個儲能系統(tǒng)的應用案例，其中主要是德國案例。案例的選擇與分布如圖4。這些案例大致涉及三大類，主要覆蓋目前市場上十分活躍的?電化學儲能（大規(guī)模和小規(guī)模儲能方案，以及電?化學儲能，專注于基于氫氣（電制氫）和合成氣德國儲能發(fā)展現狀及對中國的借鑒意義下表給出了15個儲能案例的基本情況。本節(jié)描述的入選儲能技術突出其技術和經濟性特征及其應用，圖10[8]給出了應用案例/服務主要收入（+）或資金節(jié)約（-）應用案例/服務主要收入（+）或資金節(jié)約（-）務-電能時移(動德國儲能發(fā)展現狀及對中國的借鑒意義應用案例/服務主要收入（+）或資金節(jié)約（-）合用當前儲能（特別是電池儲能）的應用領域包括提供多種服務，但是重點集中在向這些領域當中存在大量活躍的參與者，包括統(tǒng)供應商。此外，公用事業(yè)公司、汽車制造商集型產業(yè)在德國市場上都很活躍，他們利用大能系統(tǒng)或回收電池或電動汽車備用電池作為控量的資格預審[15]。該公司的虛擬電廠包含數千的儲能系統(tǒng)，這些系統(tǒng)遍布全國，每個系統(tǒng)都為單個家庭提供用能管理。Sonnen公司的虛擬電洲擁有約3萬個電池系統(tǒng)，每個系統(tǒng)容量在5到15千瓦時之間。整個電網的容量高達300兆瓦時，能為12萬家庭供電大約一小時。此外，當電網出現波動時池能夠獨立地連接成一個大型虛擬電池。每個不同的充電狀態(tài)，大量電池整合在一起，整合從1兆瓦起不等，提供給能源市場。如果電網頻率偏離50hz，儲能系統(tǒng)能夠按需在幾秒鐘內自動向電網從電網充電。目前，作為一次平衡電源的主要是大量排放二氧化碳的電廠；這些聯網的家庭儲能系統(tǒng)正在加快德國從電網中剝離這些電廠的步伐。小型儲能系統(tǒng)的業(yè)主可獲得一項特別指定的電價：作為提供儲存容量的回報，他們可獲得一定數量的免費電力。因此，對于電池業(yè)主來說，使用可再生能源更具經濟效益。這些方案也市場參與者已經開發(fā)或參與了分布式電池儲能系統(tǒng)的更多應用情景，包括分布式電池儲能提供再調度服務、利用電池儲能系統(tǒng)優(yōu)化批發(fā)電力市場上的購電。除了這些應用外，目前還有其他已公布的許多其他商業(yè)模式，這得益于數字化和人工智能的進步。這些案例包括客戶對客戶交易，即生產者和消費者直接進行電力交易或者借助儲能設施進行電力交易?；谄脚_的方案也經常被討論，即儲能設施可以作為一種靈活性資源供應，以促進過去幾年中，德國已有50多個用于調頻的大2018年在亞爾德倫德落地實施的48兆瓦大型2018年在亞爾德倫德落地實施的48兆瓦大型德國儲能發(fā)展現狀及對中國的借鑒意義在一次備用市場中使用儲電的主要動力是:一次備用的在2020年降至每季度不到15000歐元/兆瓦（每年60000）（達每季度35000歐元/兆瓦（每年14000歐元/），季度容量價格4000035000單位：歐元，每兆瓦每季度30000單位：歐元，每兆瓦每季度2500020000150001000050000一季度二季度三季度四季度一季度二季度三季度四季度一季度二季度三季度20182018201820182019201920192019202020202020千瓦時之間，整個系統(tǒng)的總投資為800萬至1200萬歐元（大約每兆瓦約60萬歐元，請參閱表6）。按照當前的投資水平，年度總成本（包括保養(yǎng)成本和資達到55000歐元，如果可以降低電池成本，到2035年，成本將有所下降。根據2019年調頻備用的收益（每年每兆瓦約66000歐元），投資這種電池系統(tǒng)是有利可圖表6：通過電網級電池系統(tǒng)提供1兆瓦一每兆瓦電池投資500000歐元320000歐元2800每兆瓦每年的資本成本（股權40%,利息2.35%)2019202020252030203520350€10,000€20,000€30,000€40,000€50,000€60,000€70,000€與生命周期相關的年投資額每兆瓦每年的資本成本（股權融資40％，利息2.35%)每兆瓦每年維護成本每兆瓦每年收入（基于2019年一次備用價格）德國儲能發(fā)展現狀及對中國的借鑒意義通過部署電池系統(tǒng)優(yōu)化光伏自發(fā)自用的一大居民終端用戶一般購電價格為30歐分/千瓦時，其中也50可再生能源法-征稅瓦時/年)千瓦時/年)千瓦時/年)平，從而減少從電網當中的購電量。近年來，特別是擁有電動汽車（EV）的家庭，可以通表7：2021年家用光伏和電池系統(tǒng)的價格和價格/成本無儲能：38%儲能2.5千瓦時：51%儲能5千瓦時：58%儲能12.5千瓦時：67%在電池系統(tǒng)成本大幅下降至不到700歐元/千瓦時的背景下，到2021年，與未部署電池的系統(tǒng)相比，部署電池系統(tǒng)的總用電成本較低。一個電力需求4000千瓦時的普通家庭，加上一輛電動汽車3280千瓦時的額外每年需要支付2375歐元的電費（見表8）。對于這樣的家庭來說，安裝5千瓦的光伏系統(tǒng)是有利可圖的，因為與從電網購電相比，自發(fā)自用的用電成本更低，每年的電費將減少到2030歐元。自用剩余的3100千瓦時的電力以3美分/千瓦時的低價送入電網。使用電池儲能增加自發(fā)自用的比例，每年可將居民家庭電費減少到2012歐儲存成本（歐分/000055555應用，因為電池儲能的投資要比其他方案高得多，且現歐元/兆瓦時80706050403020100歐元/兆瓦時807060504030201002010201220152017202020092011201320142016201820192008201020122015201720202009201120132014201620182019德國儲能發(fā)展現狀及對中國的借鑒意義未來價差的發(fā)展取決于幾個因素，例如燃料價格和二氧化碳價格、可用發(fā)電容量和電網容量的變化。在某些時段化石能源機組仍作為邊際發(fā)電機組并決定價格，且在二氧化碳價格較高的情況下，預計價差可以達到最高值。同樣，在容量不足且需求彈性非常低的情況下，可考慮到未來電池成本，此商業(yè)案例的經濟性將有所提高，但是只有在電池壽命進一步延長或價差進一步增加時，這一商業(yè)模式才會有利可圖。以現貨市場運行1兆瓦/1兆瓦時電池儲能為例，2019年的收入為9125歐元，但每年的成本為84000歐元。隨著未來電池成本的降低，總成本每年可降至41000歐元，但仍無法盈利(表X1：在電力現貨市場上出售容量1兆瓦/1兆瓦時每兆瓦每年的資本成本（股權40%,利息2.35%)））2019202020252030203520192020202520302035盈利點的差距盈利點的差距0€10,000€20,000€30,000€40,000€50,000€60,000€70,000€80,000€90,000€與生命周期相關的年投資額每兆瓦每年的資本成本（股權融資40％，利息2.35%)每兆瓦每年維護成本每兆瓦每年收入（基于2019年一次備用價格）資料來源：作者自行計算本章簡要介紹德國當前的儲能支持政策和措施，進一步分析儲能設施對德國聯邦網絡管理局所發(fā)揮德國聯邦政府的“儲能資助倡議”為開發(fā)儲資金。自2012年以來，該倡議已向約250個項目提供了約兩億歐元的資助。這項倡議資助的項目包和兆瓦級儲能系統(tǒng)。此外，也包括可再生能制氫的長期儲能項目。這項資助倡議的重點氫系統(tǒng)、配電網中的電池應用和儲熱系統(tǒng)等助倡議結束后，“聯邦政府能源研究項目”這些項目進行資助。將來會有更多資金投入?材料儲能（將任意量的電能轉換為氫氣和甲烷、地?儲熱（針對太陽能光熱電站的材料和設計原則以及?綜合領域（分布式儲能設施的管理、制造工藝、系分布式儲能系統(tǒng)可從德國復興信貸銀行獲得補貼。自2013年初以來，太陽能儲能系統(tǒng)項目就可通過德國復興信貸銀行的貼息貸款進行融資。德國復興信貸銀行為此提供低息貸款和還款補貼。德國復興信貸銀行這一推廣項目“可再生能源儲罐”項目已于2018年12月31日結束[18]，但是，聯邦各州和城市層面仍然對購買光伏儲能式儲能系統(tǒng)也將受益于這一發(fā)展趨勢：2017年10月，歐盟委員會與成員國和相關行業(yè)企業(yè)企業(yè)一起，共同創(chuàng)立了歐洲電池聯盟。其目的是以可持續(xù)的電池單元為核心，在歐洲創(chuàng)造一條具有競爭力、可持續(xù)的創(chuàng)新性價值鏈。根據預測，從2025年起，電池市場的價值每年能達到2500億歐元。據保守估計，僅歐盟就需要在歐洲設立至少20家“千兆級工廠”（大型電池制造廠）。各方必德國儲能發(fā)展現狀及對中國的借鑒意義單一用途單一用途(交通)多用途(+現貨市場交易)歐元多用途使用可降低購電成本-020406080100120140160180在案例1當中，電動交通領域的電力產消者在現貨市場上的購電成本可降低48%商業(yè)模式的市場化來說，比補貼更重要的是德國能源署在其一項電網靈活性研究[19]中詳細分析。這項研究關注的是怎樣通過幾種），此處的優(yōu)化不僅指商業(yè)價值優(yōu)化，同時也意務的優(yōu)化。該研究從運營商的角度給出了三種應用情景：用戶相關的應用情景、以市場為導向的35000300002500020000150001000050000多用途使用優(yōu)化電網擴容成本 21%傳統(tǒng)電網擴容智能電網擴容35000300002500020000150001000050000多用途使用優(yōu)化電網擴容成本 21%傳統(tǒng)電網擴容智能電網擴容網絡服務導向的多用途利用在案例3當中，電網支持型多用途使用可以降低配電網的擴容成本，較傳統(tǒng)電網低59%，較智能電網低21%?案例1：低壓電網中的電動出行領域產消者主要利用電動汽車通勤。在多用途案例中，車用電池儲電還用于電力現貨市場交易，以平衡電力供需，為電多用途使用增加經濟效益單位：0100200300400多用途使用增加經濟效益單位：01002003004005006007008001000歐元在案例4（部門耦合）當中，通過網絡服務收入可增加37%單一用途(替代天然氣使用)+37%?案例3：低壓電網中的漸進式自我優(yōu)化系統(tǒng)，由光伏系統(tǒng)和熱泵組成，通過電池儲能盡可能減少外部電力輸入。在多用途模式下，儲能設施還可參與電力現貨市場交易，以平衡電力供需，保證電網中電單一用途(替代天然氣使用)+37%多用途(+電網服務)收入?案例4：高壓電網市場當中的系統(tǒng)運營商利用電制熱系統(tǒng)，銷售熱力和燃料（部門耦合概念）。在多用途(+電網服務)收入202020252030為電廠運營商補償小額損失，可以激勵電廠提供更多網絡導49歐元的差向的服務價（收入的0.01%）5歐元的差價（收入的0.01%）229歐元的差價收入的0.04%）202020252030為電廠運營商補償小額損失，可以激勵電廠提供更多網絡導49歐元的差向的服務價（收入的0.01%）5歐元的差價（收入的0.01%）229歐元的差價收入的0.04%）歐元497000提供更多網絡服務的電廠503000509000515000完全市場導向的電廠在案例6當中，增加網絡服務操作的電廠運營商損失較?。槭杖氲?.01-0.04%），這筆損失需要補償。?案例6：中壓電網中的系統(tǒng)運營商在光伏電站現場儲能系統(tǒng)法規(guī)的最新完善消除了非歧視性市場存在的障礙。法規(guī)調整后，儲能設備與其他發(fā)有相同地位，因此，當他們使用電網電力時無網使用費。此外，還應進一步修改法規(guī)，以允營商使用儲能設施，優(yōu)化電網運營并降低電網擴容成法律和法規(guī)要求的調整可以使靈活性從經濟優(yōu)化利用。當前，關于靈活性使用的監(jiān)管框架律法規(guī)當中，例如，《德國能源經濟法案》、和機會，讓靈活的電網用戶使用電網時既滿因此，必須進一步完善電網收費制度，以激勵電力靈活運用，為電網服務。電網收費的主要任務是在電網用戶之間分攤網絡費用，做到既公平，又考慮到每個用戶的貢獻。當前，電網成本當中的剛性價格部分并未考慮電網現狀（白天的阻塞問題）以及與電網相關的靈活性使用。調整電網收費并在電網收費系統(tǒng)中引入動態(tài)變化元素（費用隨時間變化/隨負荷變化）有助于提升靈活性，從而優(yōu)化電網現狀。應該建立一個靈活性產品市場。電網運營商提供的靈活性產品和由此所獲得的經濟回報可以鼓勵電廠運營商利用其靈活性，優(yōu)化電網運行。由此，電廠運營商就可以增加電網購電和或向電網饋電，這和他們僅僅根據市場行情做出的決定可能不同。進一步開發(fā)電網收費系統(tǒng)可以消除不必要的管控效果，從而可以鼓勵電力的靈活應用。稅收、費用分攤和征收抑制靈活性使用，并阻礙如電轉熱等技術的商業(yè)化利用。所謂的政府指導價（SIP）通常按每千瓦時收取，而且不是動態(tài)變化的，即其中不包含任何隨時間或負荷變化的價格要素。因此，調整稅費分攤體系，使其具有可用性，為激勵與電網相關的多種用途提供了進一步的起點。總體而言，通過如結合政府指導價，降低稅費復雜度是可取的。這有助于改善各種政府指導價帶來的累積效應這一復雜問題，同時，也有助于政策制定者?shutterstock/lovelyday12德國儲能發(fā)展現狀及對中國的借鑒意義儲能系統(tǒng)的價格仍然高于其他電力靈活性方案降低成本是提高儲能系統(tǒng)經濟效益的最重要前研發(fā)之外，標準化對于達成這一目的也非常重化為批量生產創(chuàng)造了先決條件，并有助于加快和創(chuàng)新成果的傳播。因此，標準化是大幅降低要作用。在這方面，標準化可以為提高產品重要貢獻。在國際上，標準化有助于避免技壘，從而降低市場準入門檻。這有助于德國界市場，并幫助他們獲得競爭優(yōu)勢。例如，20型儲能系統(tǒng)的消防安全問題給韓國大型電池在儲能系統(tǒng)的各個細分領域當中，已經有大量規(guī)范存在。2016年3月15日至16日，負責德國所有標準化事務的德國標準化研究所、德國標準協會（DIN）和德國電氣電子和信息技術協會（VDE）聯合成立的德國DIN和VDE電氣，電子和信息技術委員會（DKE）、德國工程師協會（VDI）以及德國燃氣和水協會（DVGW）的代表一起提出了《德國儲能標準化路線圖》[21標準化-電化學儲能系統(tǒng)是由上述幾家機構以及行業(yè)專家和科學家合作制定，并《標準化路線圖》旨在確定需要進一步發(fā)展且具有戰(zhàn)略意義的領域。因此，《標準化路線圖》是儲能領域未來的工作計劃。這是幫助德國在歐洲確立自身地位的重要前提。該路線圖可為規(guī)則制定者評估未來項目提供指南，也可供能源行業(yè)和公共部門使用，促進儲能技術的進一步發(fā)展。在相關專家和公眾的參與下，《標準化路此處簡要概述與本報告最相關的五個技術領域中前三個系統(tǒng)/電網連接、安全性要求、拆卸/處置、排放/環(huán)境多，而鑒于要考慮消防安全等更多方面，鋰離子電池相40德國儲能發(fā)展現狀及對中國的借鑒標準化-化學儲能系統(tǒng)化學儲能系統(tǒng)的相關應用基于沼氣、電轉X（氣體、液體、化學品等）。當前的規(guī)范和標準涉及以下應用領域：術語、評估、許可、計劃/制造/建造/測試/投產/驗收/運營/維護/修理、產品規(guī)范、系統(tǒng)/電網連標準和規(guī)范的制定考慮了不同氣體（例如沼氣、天然氣、氫氣）的供應鏈。這些氣體以及相應的基礎設施所使用的標準和規(guī)范大多是針對每個氣體量身定制的。標準化領域正在完善的重要方面包括：安全性、運輸基礎標準化-機械儲能系統(tǒng)機械儲能系統(tǒng)的相關應用包括抽水儲能、壓縮當前的規(guī)范和標準涉及以下應用領域：術語、計劃/尺寸/設計、安裝/執(zhí)行、調試、驗收/運營、維護、產品規(guī)范、電網連接、安全性要求、許可證、拆卸/處置、水儲能電站的所用材料缺少標準化要求，無法確保此類儲能電站的使用壽命。目前無針對壓縮空氣儲能的規(guī)范?shutterstock/petrmalinak德國儲能發(fā)展現狀及對中國的借鑒意義安全高效”的現代能源體系、加快實現綠色能源縱觀中國儲能行業(yè)，除抽水蓄能發(fā)展歷史較長為成熟外，電化學儲能等新型電儲能產業(yè)經過示范階段，初步具備了規(guī)模化商業(yè)化應用的基礎；但是，其發(fā)展應用路徑還缺乏戰(zhàn)略頂層設計，規(guī)乏統(tǒng)籌科學規(guī)劃，商業(yè)模式、市場機制、政策業(yè)服務體系尚不完善?？紤]新型電儲能行業(yè)仍初期，囿于成本、市場機制等多方面因素，短不具備在各領域、各地區(qū)全面鋪開、大規(guī)模應用的條件，但在一些需求突出、實施條件較好的地區(qū)制宜，結合新能源消納、電力供應保障等實際展示范建設工作，推動新型電儲能在電力系統(tǒng)源荷各側共同發(fā)力，探索創(chuàng)新開發(fā)模式、商業(yè)模借鑒國際儲能行業(yè)發(fā)展有益經驗，并結合我加強國家規(guī)劃對于儲能行業(yè)發(fā)展的科學引領作用。當前，除抽水蓄能外，新型電儲能發(fā)展尚未納入體系，行業(yè)發(fā)展缺乏頂層設計指導。應積極探儲能納入國家“十四五”相關規(guī)劃和能源領域展戰(zhàn)略的可能性，明確儲能行業(yè)發(fā)展目標、重全面、系統(tǒng)梳理儲能行業(yè)標準化工作的基礎上究，做好儲能標準體系建設的頂層設計，特別前存在主要問題，強化薄弱環(huán)節(jié)，加快從規(guī)劃、驗收、運維、調度五個維度推動儲能技術標準體系建設，有效指導當前儲能項目建設運行工作，同高標準化工作的科學性、系統(tǒng)性和效率，充分化工作對于儲能行業(yè)健康發(fā)展的保障促進作用對新型電儲能存在的安全風險，加快建立健全的安全監(jiān)測評估的標準體系，通過設備試驗、定時檢測、在線監(jiān)測等手段強化儲能項目建設運行的全監(jiān)測評估，有效排查控制儲能設備在生產、設、運維等各個環(huán)節(jié)的安全風險水平，切實降以市場化手段引導儲能實現多重經濟收益。Hornsdale儲能電站等一系列國際案例表明，確保新型電儲能參與各類市場、提供多種服務并實現多重市場收益的疊加，是提升新型電儲能項目經濟效益的關鍵。隨著我國電力體制改革持續(xù)深化、電力市場建設加快推進，宜超前謀劃、統(tǒng)籌推進各類電力市場建設。一是在保障電力系統(tǒng)安全和市場平穩(wěn)有效運行的前提下，推動各類市場盡早向儲能開放市場準入，在市場開放順序方面，建議近期鼓勵儲能參與輔助服務市場，中遠期將儲能納入電力現貨市場，同時探索建立容量補償機制或容量市場，有利于儲能獲取穩(wěn)定收益。二是統(tǒng)籌協調、促進不同市場間的聯通和市場規(guī)則機制間的銜接，避免出現交割環(huán)節(jié)資源調用沖突等情況。推動新型電儲能基于自身特點、系加快建立電力現貨市場以提升儲能電量時空價值。儲能的價值主要體現在部分時段提供稀缺性的電力電量資源。由于可再生能源的間歇性、隨機性和波動性，導致稀缺性出現時段是不規(guī)律的，現有的固定時段峰谷電價等機制不能充分發(fā)揮儲能的價值。需要加快建立健全電力現貨市場并形成分時、分位置的價格信號，引導儲能改進生產運行策略、優(yōu)化資源時空配置，通過銷售稀缺性、高價值的電能資源實現經濟收益提升，充分體現儲能對于擴大可再生能源消納、促進可再生能源發(fā)展的效健全完善儲能參與電力輔助服務市場機制。建立完善的電力現貨市場前，應鼓勵新型電儲能積極參與輔助服務市場獲得經濟補償。推動各地輔助服務市場賦予儲能市備用等各類服務，鼓勵新型電儲能優(yōu)先調用；同時，建立“按效果付費”的補償機制，納入響應速度、調節(jié)精度等質量因素，合理確定儲能參與輔助服務補償價格水42德國儲能發(fā)展現狀及對中國的借圖2：1990年到2019年德國可再生能源占比（%）圖3：靈活性方案的調度類型和典型運行時間圖6：截至2050年的四小時鋰離子電池成）（），電表后端需求側儲能與電網級儲能對比（下圖）圖9：目前主要應用的儲電系統(tǒng)/技術類型圖10：儲電系統(tǒng)/技術的當前主要應用情景*圖15：在德國配備大型電池儲能設施進行圖16：2018年至2020年德國提供一次圖17：2019年德國不同用戶的電價構德國儲能發(fā)展現狀及對中國的借鑒意義表2：靈活性方案概覽（技術靈活性“有利因素”）表4:15個儲能系統(tǒng)應用案例概覽表5:入選儲能技術的詳細特征和應用案例表6：通過電網級電池系統(tǒng)提供1兆瓦一次備用的成本和收益32表7：2021年家用光伏和電池系統(tǒng)的價格和其他技術參數預期33表X1：在電力現貨市場上出售容量1兆瓦/1兆瓦時儲能的成本和收益3544德國儲能發(fā)展現狀及對中國的借[1]UniversityofOxford(2020):CurrentdirectionforrenewableenergyinChina.TheOxfordInstituteforEnergyStudies/GIZ,June2020(p.3)/wpcms/wp-content/uploads/2020/06/Current-direction-for-renewable-energy-in-China.pdf[2]NEA(2020):PhotovoltaicPowerGridOperationStatus2019&WindPowerGridOperationStatus2019,NationalEnergyAdministrationNEA,28February2020,/2020-02/28/c_138827910.htm[3]Papaefthymiou,G.,Grave,K.,Dragoon,K.(2014):Flexibilityoptionsinelectricitysystems.Ecofys,Report.https://www./wp-content/uploads/2014/06/Ecofys.pdf(Download31July2020).[4]Agorameter.Powergenerationandconsumption.https://www.agora-energiewende.de/en/service/recent-electricity-data/chart/power_generation/30.06.2020/31.07.2020/(Download31July2020).[5]UBA(2020):RenewableEnergiesinFigures.UmweltbundesamtUBA,28March2020.https://www.umweltbundesamt.de/en/topics/climate-energy/renewable-energies/renewable-energies-in-figures(Download31July2020).[6]atainsights/CleanHorizon(2019):EnergyStorageStatusOverview+Survey2019./wp-content/uploads/2019/08/Energy-Storage-Status-Update-Plus-Survey-2019.pdf(Download31July2020).[7]DOE/EPRI(2013):ElectricityStorageHandbookinCollaborationwithNRECA.SandiaReportSAND2013-5131,July2013.file:///C:/Users/ei/AppData/Local/Temp/SAND2013-5131.pdf(Download31July2020).[8]IRENA(2017):ElectricityStorageandRenewables-CostsandMarkets