锂电储能崛起前夜

储能世界网讯:在近两年的中国,新能源配储能成为各地纷纷鼓励的发展模式:截至2020年底,我国超过17个省份发布了要求风光发电配置储能的政策,容量配置比例为10%-20%,容量时长一般为2小时。“配置储能优先并网”,由电网企业与新能源开发商私下达成的一种潜规则,逐渐变为明规则。

本文来源:微信公众号 建约车评 ID:jianyuecheping 作者:张建

2021年2月11日开始,一场百年一遇的极端低温天气席卷美国25个州,导致号称“能源之州”的得克萨斯出现大面积断电,超过400万人遭受停电困扰,至少40人在黑暗和寒冷中死亡。

2月19日,美国总统拜登宣布得克萨斯州存在重大灾难,要求美国联邦政府提供援助。

灾难期间,当地一些与供电公司签署了“可变价批发购电协议”的居民,惊愕地发现自己的家庭在5天内产生的电费账单竟高达5000美元——由于大量发电设施停运,电力供应短缺,“可变批发电价”从平时的0.05美元/kWh暴涨180倍,达到了9美元/kWh的上限值。

这是自2019年7月加利福尼亚山火造成的断电危机之后,美国再次出现因自然灾害引起的电力系统崩溃。

美国民众对电网系统的信任再次受到考验。这样的时刻,对以特斯拉为代表的光伏+储能产品提供商而言,是增加销量的契机。

事实上,即使没有“得州大停电”的推波助澜,特斯拉储能产品也已呈现出爆发式增长。

2020年Q4,特斯拉储能产品装机量达到1.58GWh,同比增长198.9%、环比增长108.7%;2020年全年装机总量为3.02GWh,同比增长83%。

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在位于美国内华达州的特斯拉电池工厂,储能电池「Powerwall」和「Megapack」在2020年Q3的产能比前一季度增加了一倍以上,但根据公司公告,其储能产品仍处于无法及时匹配需求的状态。

尽管在极端天气下,分布式光伏系统的发电能力会大打折扣,但家用储能电池能够在短时期内提供应对突发情况的备电,而通过峰谷电价差套利,用户可以获得长时期的收益/优惠,再加上自发自用的能源形式带给人心理上的“自由感”,特斯拉的光伏屋顶「solar roof」和家用储能电池「powerwall」,正在成为像特斯拉电动汽车一样风靡美国的新潮物。

根据EnergySage的数据,即使在特斯拉储能销售相对低迷的2019年H2至2020年H1,特斯拉在美国电化学储能市场的份额也超过了50%。排在其后的韩国LG化学、美国Enphase Energy、日本松下和德国Sonnen,瓜分了约40%的市场份额。

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将视线移出美国,我们会发现在全球其他地区的家用储能市场,还活跃着一些中国企业的名字。

根据EuPO Research数据,2019年上半年,比亚迪在欧洲家用储能系统的市场份额为16%,仅排在Sonnen之后位列第二。

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2020年12月31日,来自上海的派能科技完成A股上市,根据招股书介绍,该公司2019年自主品牌家用储能产品出货量约占全球总量的8.5%,位居特斯拉、LG化学之后排名全球第三;若加上以贴牌方式销售的家用储能产品,派能科技2019年共计销售0.366GWh,约占全球总量的12.2%。

有趣的是,这个在海外家庭储能市场力压松下、Sonnen等国际大厂的“中国储能第一股”,2019年在中国境内的销售额占比仅有28.78%,到了2020年上半年,这一比例更是降至11.98%。

究其原因——派能科技专注于家用储能产品,在其2018-2020年的收入来源中,家用储能产品占比始终超过70%。

但在当前的中国,家用储能仍是一个几乎空白的市场。

对家庭用户而言,储能系统的作用主要为3个方面:电力自发自用、峰谷价差套利、提升供电可靠性。

在中国的电力供应体系下,普通居民极少受到断电困扰,且用电成本相对较低,因此从经济层面考虑,安装自发自用的供电系统并不划算。

与中国相比,一些发达国家的居民用电成本高昂。根据Global Petrol Prices数据,德国、日本、英国、澳大利亚和美国的居民用电均价分别为0.38、0.29、0.26、0.25和0.15美元/kWh,而中国民用电价仅为0.08美元/kWh。

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面对2-4倍于中国的民用电价,以上国家的一部分居民,选择安装光伏+储能产品,以获取清洁、低价的电力,同时为家庭用电提供多一层保障。

然而,即便近几年成本下降明显,安装一套光伏+储能系统仍需一笔不菲的费用。要想实现家用储能系统在更大范围的普及,价格仍是主要的障碍。

以特斯拉「powerwall」为例:该系统电池容量为13.5kWh,能够提供5kW稳定输出功率,电池质保为10年,在美国加州补贴后售价为8,800美元;而一套发电总功率7kW、面积约180平米的「solar roof」太阳能屋顶系统,补贴后的价格约为21,500美元。如此算来,安装一套家用光伏+储能系统的价格约为30,000美元。

如此高昂的价格,对于绝大多数能够获得稳定供电的家庭而言,显然缺乏吸引力。当前在美国购买特斯拉家用储能产品的用户,多为倡导清洁能源且经济较富裕的家庭。

在德国、日本、澳大利亚等居民电价更高的国家,家用储能系统的经济回报性则更高一些。随着用电成本持续上升、储能系统成本持续下降,家用储能产品的渗透率将会不断提升。

中国是全球锂电池行业规模最大、成本下降最快的国家。在这里,家用储能的市场尚未形成,但电化学储能在其他一些领域的应用已初现起飞之势。

之所以说储能必将迎来爆发,是由全球能源去碳化的趋势和电力系统的属性决定的。

目前,全球主要经济体已开始对碳排放定价。当前,欧盟碳排放成本为30欧元/吨二氧化碳,折合煤电的额外碳成本为0.23元/kWh,预计2030年欧盟碳成本将达到60-90欧元/吨二氧化碳。

尽管面临重重阻碍,但欧盟仍在计划推行碳边境调节机制,拟对进口产品征收碳差价税——根据各种进口产品在生产环节产生的碳足迹,征收相应比例的额外税费。

在英国和美国,同样在酝酿类似的碳税机制。

对于拥有大量出口贸易的中国制造业企业,零碳转型的力度和进度,将直接决定其在未来国际市场上的竞争力。

2020年9月22日的联合国大会上,中国承诺“力争2030年前实现碳达峰、努力争取2060年前实现碳中和”。

要实现这样的承诺,作为石油进口依赖度近70%的大国(截至2019年底,中国原油对外依存度72.6%),中国对电动化转型的渴望比任何其他国家都更迫切。

随着汽车产业电动化进入高速发展期,紧跟其后的将会是铁路、船运、航空,整个交通领域,将会从基于化石燃料的内燃机驱动,转向零碳排放的电驱动。

在工业、农业和制造业领域,降低碳排放的需求同样迫切。冶金、电子、食品加工、玻璃等行业中所用的化石燃料和原料,将逐渐被天然气、氢气、生物质等低碳或零碳燃料取代。

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全社会的碳减排进程,一方面将导致电在终端能源消费中占据越来越大的比重;另一方面,电力结构将大幅度向清洁化转型。

2020年,中国电源新增装机容量1.90亿kW,其中新增风电和太阳能发电合计达1.2亿kW,新增占比约63%,再加上水电、核电、天然气和生物质发电新增量,2020年新增清洁发电装机占比达到71%。

值得注意的是,在连续多年的清洁发电高速增长和煤电缓增长后,2020年底,中国煤电总装机容量占比首次下降到50%以下。

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在完成这一巨大成就之后,中国的电力系统将要面对的是更加艰巨的挑战。

尽管清洁发电装机总量已超煤电,但以实际发电量统计,煤电的地位仍旧不可撼动——2020年,全国7.4万亿kWh发电量中,煤电发电量占比高达65%。中国一国的煤电发电量,占据全球煤电总量的50.2%。

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继续提高清洁电力装机、提升清洁发电占比,是中国向低碳转型的不二路线。

中国水电资源开发程度高、新增潜力有限,未来10年清洁电力的新增装机将主要来自风电和光伏。

据发改委能源所等研究,我国年太阳辐射超过1400kWh/㎡、年日照小时数超过2200小时的土地面积约占全国土地面积的2/3,安装25亿kW光伏发电设备需要8万平方公里土地,约为中国国土面积的0.8%——理论上,8万平方公里光伏装机,年发电量可达5.5万亿kWh,约为我国2020年总发电量的74%。

风能方面,在我国所有风力资源超过300W/㎡的地区中,100米高度的陆上可用风能总储量约为34亿kW;在我国水深5-50米海域中,100米高度的海上风能资源总量达到50亿kW。若以实际可开发量占总储量的10%、风机年工作时长2000小时计,则以上两项的理论年发电量可达1.7万亿kWh,约占我国2020年总发电量的23%。

面对如此巨量的可再生能源潜力,我国电力结构中清洁能源占比的提升,一方面取决于清洁能源装机增量,另一方面更取决于电力系统对间歇性可再生能源发电的“消化能力”。

众所周知,风力发电具有显著的季节性、随机性特征;而光伏发电虽单日出力曲线呈午后最高、两侧均匀下降趋势,但发电量同样受到气候和天气的影响,随机性较高。

在电力系统中,电能以光速传送,且无法大规模存储,电力的发、输、配、用在瞬间同步完成,整个电力系统时刻处于一种动态平衡状态。因此,电力系统具有极高的稳定性要求。

在稳态运行时,电力系统中发电机发出的有功功率和用电负荷消耗的有功功率相平衡,系统频率也维持在额定值;当电源功率大于负荷功率时,系统频率升高,反之则系统频率降低。

因此,电网需要通过一次调频、二次调频等手段,保证系统的频率维持在合格范围内,否则负载或发电设备的运行将受到影响,严重时甚至导致频率崩溃,造成大面积停电。

煤电发电量不断下降、风电和光伏不断上升,将导致电力系统供给侧的稳定性下降。为了适应这样的不稳定性,需要在发电侧、配输电侧(电网)和用电侧的共同努力,以保证电力系统的韧性和灵活性。

通过电力调峰、需求响应、辅助电源等手段,平滑电力供给尖峰,填高用电负荷低谷,这便是“削峰填谷”之说所指。

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电化学储能的意义在于,凭借灵活的安装方式、高质量的调节能力、迅捷精确的响应速度、环保零碳的清洁属性,其在发电侧、电网侧和用户侧均能够提供最亟需的功能。

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