中國儲能網(wǎng)訊：能源轉(zhuǎn)型對于減少碳排放至關(guān)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(wù)和 家庭應用方面更是如此。
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。
1 執(zhí)行摘要
過去幾年，在可再生能源和儲能技術(shù)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 的電動汽車電池技術(shù)。
儲能是促進能源系統(tǒng)實現(xiàn)氣候中性轉(zhuǎn)型的重要驅(qū)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(shù)相結(jié)合，例如電網(wǎng)擴容、需求響 應和能源效率技術(shù)。
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(jié) 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(wǎng)絡(luò)服務(wù)和優(yōu)化輸配電網(wǎng)，電池儲能系統(tǒng)以及尚未 得到廣泛應用的儲能技術(shù)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(cè)這一小規(guī)模 應用領(lǐng)域的作用同樣不容忽視，其市場也在不斷擴大。 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(jié)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(guān)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(wǎng)優(yōu)化的，否 則就必然要求電網(wǎng)的大規(guī)模擴容。
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 了入選案例分屬的類別：
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(wǎng) 頻率調(diào)整的貢獻、利用儲能系統(tǒng)優(yōu)化光伏電力自發(fā)自 用、儲能參與電力現(xiàn)貨市場。
儲能在能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型方面發(fā)揮著重要作用。然而，大規(guī)模儲能容量并不一定是成功實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的先決條件。 在德國，良好的輸電線路和與鄰國的良好互聯(lián)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(wǎng)擴容的壓力，使轉(zhuǎn)型過程更加平穩(wěn)和高效。在電網(wǎng)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(lián)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(lǐng)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 須遠距離輸送，因此輸電網(wǎng)絡(luò)的成本更高。
當前，針對靈活性利用的監(jiān)管框架非常復雜多樣。相關(guān) 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(wǎng)使用費用機制的改進必不可少，從 而鼓勵靈活性利用，以便電網(wǎng)受益。
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(jīng)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(jīng)濟效益也非常重 要。標準化是批量生產(chǎn)的先決條件，并有助于加快技術(shù) 知識傳播和創(chuàng)新。除了經(jīng)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(chǎn)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(wǎng)、處置），這些方面也與儲能技術(shù)的發(fā) 展有關(guān)。從國際上來看，標準化可以避免在貿(mào)易中出現(xiàn) 技術(shù)壁壘，從而降低市場準入門檻。
2 簡介：德國儲能發(fā)展
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 高達17%[1][2]，甘肅等省份全年棄風率甚至高達40%。 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(cè)和輸電側(cè)，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(jīng)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(shè) 計針對靈活性的經(jīng)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(wǎng)絡(luò)運營商的干預（例如再 調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)阻塞/并網(wǎng)管理），來改善靈活性的相應機 制。
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(shè)施擴大 規(guī)模，以進一步推動可再生能源并網(wǎng)。然而，除了初始 投資高或資本成本高以及技術(shù)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 方面在未來發(fā)展中仍然面臨挑戰(zhàn)。
2.1 電力部門的靈活性需求不斷增長
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(jù)需求調(diào)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 力?！盵3]
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(shù)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(wǎng) 具有日波動和季節(jié)性波動特征。風電并網(wǎng)量與風速呈高 度相關(guān)關(guān)系，在各種可再生能源類型當中，風電每小時 并網(wǎng)曲線是最不規(guī)律的。因此，風電場和光伏電站的并 網(wǎng)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(wǎng)量預測，而并網(wǎng)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(shù)，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(nèi)，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 大（葡萄牙風電相當穩(wěn)定，但水電在夏季波動很大）。 生物質(zhì)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(jié)合也可以保證電力 供應恒定，不同技術(shù)的組合使用會決定最終的發(fā)電模 式，并決定在平衡波動時采用何種技術(shù)或概念。圖1 顯 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(jié)構(gòu)中， 可再生能源占比達到43%（圖2）；到2030年，預計這一 比例將超過65％，到2050年，電力系統(tǒng)基本全部使用可 Figure 1 再生能源。
除了供電方面的波動外，每小時用電需求也有所變化。 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(shù)逐步取代化石燃料技術(shù)，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 年電力需求和每小時需求模式也會發(fā)生變化。
2.2 提升電力市場靈活性的方案
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。顯然能夠滿足靈活性需求 的方案不止一種。大多數(shù)情況下，不同能源系統(tǒng)會有不 同需求，因此，平衡供需需要綜合運用多種方案。儲能 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(shù)。然而在其他情況下，則需要保證靈活性提供的 持續(xù)時間，因此這些靈活性方案必須具有運行時間長、 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(diào)度方向已給定。正向調(diào)度指需求超過供 應，因此必須減少需求或增加供應，以維持系統(tǒng)平衡。 反向調(diào)度指供大于求，因此必須減少發(fā)電量或增加可控 負荷的需求。
此外，還有一些非技術(shù)因素可以改善靈活性，例如提高 預測能力或改進非歧視性市場設(shè)計（表3）。例如，市 場設(shè)計在建立合適的框架條件中發(fā)揮著重要的作用，在 這些框架條件下可以廣泛采用靈活性方案。監(jiān)管框架應 為非歧視性能源市場準入提供便利，并確保投資安全。
因此，可再生能源的推廣必須與支持使用靈活性方案的 市場設(shè)計一起進行。市場設(shè)計方案不僅可以影響對靈活 技術(shù)的投資，而且可以促進國際貿(mào)易，從而改善整個系 統(tǒng)的靈活性（參見[3]）。
由于大市場區(qū)域具有不同的地質(zhì)和大氣條件，因此，在 大市場區(qū)域內(nèi)，可再生能源并網(wǎng)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(xié)調(diào)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(wǎng)容量和互聯(lián)線路步伐一致。然而，初步經(jīng)驗表明，延長電網(wǎng)線 路、發(fā)展電廠和可再生能源很少或完全不被當?shù)毓?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(wù)在早期階段使公民參與到有關(guān)能源轉(zhuǎn)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 見。
3 德國和全球儲能系統(tǒng)/技術(shù)的現(xiàn)狀
在簡要介紹了儲能系統(tǒng)（重點是儲電）的典型應用領(lǐng)域和技術(shù)特點之后，本章將概述全球和歐洲儲能系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā) 展趨勢。最后一節(jié)將聚焦德國的具體情況。
3.1 儲能系統(tǒng)的典型應用領(lǐng)域和技術(shù)特點
本節(jié)僅簡要概述儲能系統(tǒng)。更多詳細信息，請參見參考 文獻[6]至[14]。儲能系統(tǒng)的區(qū)別如下（參見圖4）：
? 放電時間：
- 短時間（幾秒/分/小時）
- 長時間（幾天或幾周）
? 應用范圍：
- 電能質(zhì)量和不間斷電源
- 輸配電網(wǎng)支持和負荷轉(zhuǎn)移
- 大容量電力系統(tǒng)管理
? 儲能技術(shù)：特別是：
- 抽水蓄能系統(tǒng)
- 電化學儲能系統(tǒng)（尤其是電池儲能系統(tǒng)）
- 抽水蓄能系統(tǒng)以外的機械儲能系統(tǒng)（尤其是壓縮 空氣儲能、飛輪等）
- 化學儲能（特別是電制氫，電轉(zhuǎn)合成燃料/化學 物，一般是電轉(zhuǎn)X）
關(guān)于典型儲電應用領(lǐng)域更詳細的分類，請參見圖5[8] 。附件A.1中也使用此分類，對所選案例研究進行區(qū)分。
參考文獻[8]也展示了有關(guān)儲電系統(tǒng)成本的詳細介 紹。這些儲能系統(tǒng)發(fā)展迅速，最突出的是基于鋰離 子電池的電池儲能系統(tǒng)（圖6）。到2030年，電池儲能成本與2018年相比平均可以減少一半，甚至可 減少至原來的三分之一（[12]）。
3.2 儲能系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
全球情況
圖7展示了截至2019年2月各地區(qū)和國家的兆瓦級儲電項 目概況（包括在運項目和計劃建設(shè)項目）。其中，美國領(lǐng)先，其次是歐盟各國（尤其是英國、德國）、澳大利 亞、日本、中國和韓國）。
根據(jù)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(shè)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(shù)問題的影響，儲能系統(tǒng)建設(shè)與安全法規(guī)（電池起 火）相沖突。根據(jù)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(chǎn)包括從電 池、組件到包裝和安裝在內(nèi)的供應鏈特別復雜。
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 加。
處理風電和太陽能發(fā)電造成的電力過剩是利益相關(guān)方安 裝儲電設(shè)施的主要原因（圖10），但是電網(wǎng)調(diào)頻和其他 系統(tǒng)服務(wù)也是建設(shè)儲電設(shè)施的原因。
美國能源部全球儲能數(shù)據(jù)庫(DOE Global Energy Storage Database) [9] 給出了全球各項目的詳細的數(shù) 據(jù)。
歐洲情況
圖13對近期歐洲范圍內(nèi)的儲能系統(tǒng)進行了概述，并建立 了歐洲儲能設(shè)施詳細信息數(shù)據(jù)庫。其中顯示，歐盟的大 部分儲能（占現(xiàn)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(shè)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(shè)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(lǐng)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 儲能在進一步增長（圖8和圖13）。
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(jù)《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(wǎng)運營商提供調(diào)頻服務(wù) 和其他輔助服務(wù)，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(diào)頻備用市場趨 于飽和，電池系統(tǒng)直接接入電網(wǎng)，表前部分發(fā)展放緩。 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(xiàn)放緩。本報告 給出了英國電池商業(yè)應用的新案例，從調(diào)頻到批發(fā)，從 平衡機制到日間交易和日內(nèi)交易。
德國
在德國，電網(wǎng)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(shù) 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(qū)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 所放緩。
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(xiàn)最為 明顯，這兩個市場都存在調(diào)頻市場飽和的現(xiàn)象。不僅僅 中小型企業(yè)出現(xiàn)這一趨勢，更為重要的是，容量為1兆 瓦時到幾兆瓦時的大型工業(yè)儲能設(shè)施也呈現(xiàn)這一趨勢。 與電網(wǎng)儲能設(shè)施相比，表后項目的運營商在選擇商業(yè)模式時具有更大的靈活性。這里的重點是提供削峰服務(wù)， 從而為用戶節(jié)省接入電網(wǎng)的成本和網(wǎng)絡(luò)費用。對于那些 需要額外應急電力服務(wù)且對電力質(zhì)量要求高的公司來 說，其意義更加明顯，因為在此基礎(chǔ)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(wǎng)絡(luò) 服務(wù)，例如與整合商一起，將規(guī)模較小的儲能設(shè)施捆綁 在一起，提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
總之，電網(wǎng)級電池和家用電池都在快速發(fā)展。與家用電 池相比，電網(wǎng)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 入電網(wǎng)的電力的價格僅為從電網(wǎng)購電價格的十分之一（ 請參閱第4.3節(jié)，家用電池的商業(yè)案例）。
4 儲能系統(tǒng)應用案例
4.1 儲能案例的選擇
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 技術(shù)：
? 機械儲能（重點關(guān)注占主導地位的抽水蓄能）。
? 電化學儲能（大規(guī)模和小規(guī)模儲能方案，以及電 動汽車向電網(wǎng)提供服務(wù)的方案）。
? 化學儲能，專注于基于氫氣（電制氫）和合成氣 體的即將到來的創(chuàng)新性儲能方案。
4.2 15個案例的應用、技術(shù)和經(jīng)濟特征
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(shù)突出其技術(shù)和經(jīng)濟性特征及其應用，圖10[8]給出了 這些技術(shù)所屬的類別。有關(guān)這些案例的詳細信息，請參見文末附件。
4.3 德國儲電利用的商業(yè)模式和市場模式
當前儲能（特別是電池儲能）的應用領(lǐng)域包括提供多種服務(wù)，但是重點集中在向電網(wǎng)提供輔助服務(wù)以及增加太陽能光 伏的自發(fā)自用（特別是與電動交通領(lǐng)域的部門耦合）。本節(jié)將介紹這兩個領(lǐng)域的儲能商業(yè)案例。
這些領(lǐng)域當中存在大量活躍的參與者，包括電池儲能系 統(tǒng)供應商。此外，公用事業(yè)公司、汽車制造商和能源密 集型產(chǎn)業(yè)在德國市場上都很活躍，他們利用大型電池儲 能系統(tǒng)或回收電池或電動汽車備用電池作為控制能源市 場的一次備用。
比如，Sonnen公司通過了利用小型電池提供一次備用容 量的資格預審[15]。該公司的虛擬電廠包含數(shù)千個獨立 的儲能系統(tǒng)，這些系統(tǒng)遍布全國，每個系統(tǒng)都可以用來 為單個家庭提供用能管理。Sonnen公司的虛擬電廠在歐 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(wǎng)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(wǎng)出現(xiàn)波動時，這些電 池能夠獨立地連接成一個大型虛擬電池。每個電池都有 不同的充電狀態(tài)，大量電池整合在一起，整合后的容量 從1兆瓦起不等，提供給能源市場。如果電網(wǎng)頻率偏離 50hz，儲能系統(tǒng)能夠按需在幾秒鐘內(nèi)自動向電網(wǎng)供電或從電網(wǎng)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(lián)網(wǎng)的家庭儲能系統(tǒng)正在加快 德國從電網(wǎng)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(shù)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(jīng)濟效益。這些方案也 已在鄰近的歐洲國家付諸實施。
市場參與者已經(jīng)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(diào)度服務(wù)、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(shù)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(chǎn)者和消費者直接進行電力交易或者借 助儲能設(shè)施進行電力交易?；谄脚_的方案也經(jīng)常被討 論，即儲能設(shè)施可以作為一種靈活性資源供應，以促進 區(qū)域阻塞管理或區(qū)域市場營銷。
提供一次備用的商業(yè)案例
過去幾年中，德國已有50多個用于調(diào)頻的大型電池項目 落地實施（圖15 ）。
在一次備用市場中使用儲電的主要動力是:一次備用的 容量價格高。2018年德國季度支付的一次備用容量價格 達每季度35000歐元/兆瓦（每年14000歐元/兆瓦），但在2020年降至每季度不到15000歐元/兆瓦（每年60000 歐元/兆瓦）（圖15 ）。
15兆瓦/20兆瓦時大型電池的成本估算在400至600歐元/ 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)成本和資本成本）將達到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(jù)2019年調(diào)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 的。
自發(fā)自用光伏商業(yè)案例
通過部署電池系統(tǒng)優(yōu)化光伏自發(fā)自用的一大動因是，相 比于從電網(wǎng)購電而言，用戶用電成本可以降低。2019年居民終端用戶一般購電價格為30歐分/千瓦時，其中也 包括高比例的稅費（見圖17）。
部署家用電池系統(tǒng)可以提高屋頂光伏設(shè)備的自發(fā)自用水 平，從而減少從電網(wǎng)當中的購電量。近年來，隨著德國 固定上網(wǎng)電價大幅下降，自發(fā)自用的吸引力越來越大。特別是擁有電動汽車（EV）的家庭，可以通過部署電池 系統(tǒng)來增加自發(fā)自用的比例（請參閱表7）。
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3280千瓦時的額外用電需求， 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(wǎng)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(wǎng)。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 元。
現(xiàn)貨市場參與的商業(yè)案例
長期以來，蓄水電站長期以來一直是德國電力系統(tǒng)的一 部分，它們利用批發(fā)市場上的價差獲利。同樣的商業(yè)模 式對于電池系統(tǒng)也適用，但這種商業(yè)模式過去未曾實際應用，因為電池儲能的投資要比其他方案高得多，且現(xiàn) 貨市場的價差也有所降低（圖18）。
德國儲能發(fā)展現(xiàn)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(wǎng)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 能會出現(xiàn)高價差。
考慮到未來電池成本，此商業(yè)案例的經(jīng)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(xiàn)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9）。
5 儲能在德國能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮的作用以及德國的儲能支持政策
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(shè)施對德國聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)管理局所發(fā)揮的重要作用和意 義，并指出在當前復雜多樣的監(jiān)管框架內(nèi)提升電力靈活性所面臨的市場挑戰(zhàn)。
德國儲能資助項目
德國聯(lián)邦政府的“儲能資助倡議”為開發(fā)儲能系統(tǒng)提供 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括家用電池 和兆瓦級儲能系統(tǒng)。此外，也包括可再生能源電力電解 制氫的長期儲能項目。這項資助倡議的重點涵蓋風電制 氫系統(tǒng)、配電網(wǎng)中的電池應用和儲熱系統(tǒng)等。即使在資 助倡議結(jié)束后，“聯(lián)邦政府能源研究項目”也將繼續(xù)對 這些項目進行資助。將來會有更多資金投入到以可再生 能源為主的供電系統(tǒng)中儲能系統(tǒng)的使用優(yōu)化研究中。
具有戰(zhàn)略性重要意義的資助領(lǐng)域包括：
? 儲電（電池、壓縮空氣儲能、虛擬儲能、冷凝器、 飛輪以及抽水蓄能）
? 材料儲能（將任意量的電能轉(zhuǎn)換為氫氣和甲烷、地 質(zhì)儲能、高效釋放存儲材料中的電能）
? 儲熱（針對太陽能光熱電站的材料和設(shè)計原則以及 概念，供應樓宇使用或者輸入供熱管網(wǎng)）
綜合領(lǐng)域（分布式儲能設(shè)施的管理、制造工藝、系 統(tǒng)分析和儲能設(shè)施的公眾接受度）
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(jié)束 [18]，但是，聯(lián)邦各州和城市層面仍然對購買光伏儲能 設(shè)備提供支持[18]。
電池對電動出行項目具有重要的戰(zhàn)略意義。此外，固定 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(guān)行業(yè)企業(yè)企業(yè)一起，共同創(chuàng)立 了歐洲電池聯(lián)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(jù)預測，從2025年起，電池市場的價值每年能達 到2500億歐元。據(jù)保守估計，僅歐盟就需要在歐洲設(shè)立 至少20家“千兆級工廠”（大型電池制造廠）。各方必 須共同努力，盡快為該領(lǐng)域吸引足夠的投資。
德國儲能的監(jiān)管框架
雖然直接補貼對市場的早期培育有益，但對于儲能基于 商業(yè)模式的市場化來說，比補貼更重要的是監(jiān)管框架。 德國能源署在其一項電網(wǎng)靈活性研究[19]中對此進行了 詳細分析。這項研究關(guān)注的是怎樣通過幾種應用情景的 結(jié)合（實現(xiàn)多用途），使靈活性技術(shù)的使用得到優(yōu)化。 此處的優(yōu)化不僅指商業(yè)價值優(yōu)化，同時也意味著電網(wǎng)服 務(wù)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(guān)的應用情景、以市場為導向的應用情景和 以網(wǎng)絡(luò)服務(wù)為導向的應用情景。
該研究選取了六個案例：探討監(jiān)管框架優(yōu)化對提高運營 商經(jīng)濟效益的貢獻程度，以及對電網(wǎng)運營優(yōu)化的幫助作 用。這些具有示范性意義的案例和其體現(xiàn)的多用途特 點，結(jié)合監(jiān)管優(yōu)化，向電廠運營商和電網(wǎng)運營商展示通 過哪些方式提高其商業(yè)價值：
? 案例1：低壓電網(wǎng)中的電動出行領(lǐng)域產(chǎn)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(xiàn)貨市場交易，以平衡電力供需，為電 網(wǎng)提供服務(wù)。
? 案例2：低壓電網(wǎng)中產(chǎn)消者相互連接成智能社區(qū)， 合作利用社區(qū)儲能設(shè)施（電池），盡可能減少外部 購電。在多用途模式下，儲能設(shè)施還用于電力現(xiàn)貨 市場交易，以平衡電力供需，為和電網(wǎng)提供服務(wù)。
? 案例3：低壓電網(wǎng)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(shè)施還可參與電 力現(xiàn)貨市場交易，以平衡電力供需，保證電網(wǎng)中電 力供應不中斷。
? 案例4：高壓電網(wǎng)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 多用途模式下，電熱轉(zhuǎn)換站還參與電力現(xiàn)貨市場交 易，平衡電力供需，為電網(wǎng)提供服務(wù)。
? 案例5：中壓電網(wǎng)中的配電網(wǎng)運營商建設(shè)并利用儲 能設(shè)施，減少電網(wǎng)擴容需求。在多用途模式下， 儲能設(shè)施還用于電力現(xiàn)貨市場交易，以平衡電力供 需，為電網(wǎng)提供服務(wù)。
? 案例6：中壓電網(wǎng)中的系統(tǒng)運營商在光伏電站現(xiàn)場 運營儲能設(shè)施，提供平衡電力。在多用途模式下， 儲能設(shè)施還用于電力現(xiàn)貨市場交易，服務(wù)電網(wǎng)。
儲能系統(tǒng)法規(guī)的最新完善消除了非歧視性市場參與方面 存在的障礙。法規(guī)調(diào)整后，儲能設(shè)備與其他發(fā)電機組具 有相同地位，因此，當他們使用電網(wǎng)電力時無需支付電 網(wǎng)使用費。此外，還應進一步修改法規(guī)，以允許電網(wǎng)運 營商使用儲能設(shè)施，優(yōu)化電網(wǎng)運營并降低電網(wǎng)擴容成 本。
法律和法規(guī)要求的調(diào)整可以使靈活性從經(jīng)濟性角度得到 優(yōu)化利用。當前，關(guān)于靈活性使用的監(jiān)管框架非常復雜 多樣[20]。相關(guān)規(guī)定不完全統(tǒng)一，且分散于諸多現(xiàn)有法 律法規(guī)當中，例如，《德國能源經(jīng)濟法案》、《可再生 能源法》、《熱電聯(lián)產(chǎn)法案》以及《電網(wǎng)費用條例》。
一方面，顯然當前的監(jiān)管框架沒有提供適當?shù)募畲胧?和機會，讓靈活的電網(wǎng)用戶使用電網(wǎng)時既滿足需求又與 電網(wǎng)兼容。另一方面，電網(wǎng)運營商缺乏足夠精確的手段 來激發(fā)或使用靈活性。
因此，必須進一步完善電網(wǎng)收費制度，以激勵電力靈 活運用，為電網(wǎng)服務(wù)。電網(wǎng)收費的主要任務(wù)是在電網(wǎng) 用戶之間分攤網(wǎng)絡(luò)費用，做到既公平，又考慮到每個 用戶的貢獻。當前，電網(wǎng)成本當中的剛性價格部分并未 考慮電網(wǎng)現(xiàn)狀（白天的阻塞問題）以及與電網(wǎng)相關(guān)的靈 活性使用。調(diào)整電網(wǎng)收費并在電網(wǎng)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(wǎng)現(xiàn)狀。應該建立一個靈活性產(chǎn)品 市場。電網(wǎng)運營商提供的靈活性產(chǎn)品和由此所獲得的經(jīng) 濟回報可以鼓勵電廠運營商利用其靈活性，優(yōu)化電網(wǎng)運 行。由此，電廠運營商就可以增加電網(wǎng)購電和或向電網(wǎng) 饋電，這和他們僅僅根據(jù)市場行情做出的決定可能不 同。進一步開發(fā)電網(wǎng)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(zhuǎn)熱等技術(shù)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(diào)整稅費分攤體系，使其 具有可用性，為激勵與電網(wǎng)相關(guān)的多種用途提供了進一 步的起點?？傮w而言，通過如結(jié)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 衡量能源政策調(diào)控效果是否符合預期。
6 德國的儲電規(guī)范（略）
儲能系統(tǒng)的價格仍然高于其他電力靈活性方案。因此， 降低成本是提高儲能系統(tǒng)經(jīng)濟效益的最重要前提。除了 研發(fā)之外，標準化對于達成這一目的也非常重要。標準 化為批量生產(chǎn)創(chuàng)造了先決條件，并有助于加快技術(shù)知識 和創(chuàng)新成果的傳播。因此，標準化是大幅降低成本的關(guān) 鍵。
除經(jīng)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。在這方面，標準化可以為提高產(chǎn)品安全性做出 重要貢獻。在國際上，標準化有助于避免技術(shù)性貿(mào)易壁 壘，從而降低市場準入門檻。這有助于德國公司進入世 界市場，并幫助他們獲得競爭優(yōu)勢。例如，2019年，大 型儲能系統(tǒng)的消防安全問題給韓國大型電池市場造成了 沖擊。
在儲能系統(tǒng)的各個細分領(lǐng)域當中，已經(jīng)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(wù) 的德國標準化研究所、德國標準協(xié)會（DIN）和德國電 氣電子和信息技術(shù)協(xié)會（VDE）聯(lián)合成立的德國DIN和 VDE電氣，電子和信息技術(shù)委員會（DKE）、德國工程師 協(xié)會（VDI）以及德國燃氣和水協(xié)會（DVGW）的代表一 起提出了《德國儲能標準化路線圖》[21]?！堵肪€圖》是由上述幾家機構(gòu)以及行業(yè)專家和科學家合作制定，并 確定了以下五個技術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)規(guī)范和標準：
? 電化學儲能設(shè)備（例如電池）
? 化學儲能（例如，電轉(zhuǎn)氣）
? 機械儲能
? 儲熱
? 電儲能設(shè)備
《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(lǐng)域。因此，《標準化路線圖》是儲能領(lǐng)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(shù)的 進一步發(fā)展。
在相關(guān)專家和公眾的參與下，《標準化路 線圖》正在不斷發(fā)展。 此處簡要概述與本報告最相關(guān)的五個技術(shù)領(lǐng)域中前三個 所面臨的主要問題。
7 從中國的電力市場框架和政策背景看德國電力儲能
持續(xù)推動儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，有助于中國構(gòu)建“清潔低碳、 安全高效”的現(xiàn)代能源體系、加快實現(xiàn)綠色能源轉(zhuǎn)型。 縱觀中國儲能行業(yè)，除抽水蓄能發(fā)展歷史較長、技術(shù)較 為成熟外，電化學儲能等新型電儲能產(chǎn)業(yè)經(jīng)過初期研發(fā) 示范階段，初步具備了規(guī)?；虡I(yè)化應用的基礎(chǔ)；但 是，其發(fā)展應用路徑還缺乏戰(zhàn)略頂層設(shè)計，規(guī)模布局缺 乏統(tǒng)籌科學規(guī)劃，商業(yè)模式、市場機制、政策體系和產(chǎn) 業(yè)服務(wù)體系尚不完善。考慮新型電儲能行業(yè)仍處于發(fā)展 初期，囿于成本、市場機制等多方面因素，短時間內(nèi)尚 不具備在各領(lǐng)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)，可因地 制宜，結(jié)合新能源消納、電力供應保障等實際情況，開 展示范建設(shè)工作，推動新型電儲能在電力系統(tǒng)源、網(wǎng)、 荷各側(cè)共同發(fā)力，探索創(chuàng)新開發(fā)模式、商業(yè)模式、運行 模式，及時形成可復制可推廣的經(jīng)驗。
借鑒國際儲能行業(yè)發(fā)展有益經(jīng)驗，并結(jié)合我國儲能產(chǎn)業(yè) 發(fā)展實際，提出以下政策和機制相關(guān)建議：
加強國家規(guī)劃對于儲能行業(yè)發(fā)展的科學引領(lǐng)作用。當 前，除抽水蓄能外，新型電儲能發(fā)展尚未納入國家規(guī)劃 體系，行業(yè)發(fā)展缺乏頂層設(shè)計指導。應積極探索推動將 儲能納入國家“十四五”相關(guān)規(guī)劃和能源領(lǐng)域中長期發(fā) 展戰(zhàn)略的可能性，明確儲能行業(yè)發(fā)展目標、重點任務(wù)及 實施路徑，科學指導儲能產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展。
發(fā)揮標準體系建設(shè)對儲能行業(yè)發(fā)展的規(guī)范帶動作用。在 全面、系統(tǒng)梳理儲能行業(yè)標準化工作的基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌研 究，做好儲能標準體系建設(shè)的頂層設(shè)計，特別是針對當 前存在主要問題，強化薄弱環(huán)節(jié)，加快從規(guī)劃、設(shè)計、 驗收、運維、調(diào)度五個維度推動儲能技術(shù)標準體系建 設(shè)，有效指導當前儲能項目建設(shè)運行工作，同時注重提 高標準化工作的科學性、系統(tǒng)性和效率，充分發(fā)揮標準 化工作對于儲能行業(yè)健康發(fā)展的保障促進作用。重點針 對新型電儲能存在的安全風險，加快建立健全儲能設(shè)施 的安全監(jiān)測評估的標準體系，通過設(shè)備試驗、定時檢 測、在線監(jiān)測等手段強化儲能項目建設(shè)運行的全過程安 全監(jiān)測評估，有效排查控制儲能設(shè)備在生產(chǎn)、運輸、建 設(shè)、運維等各個環(huán)節(jié)的安全風險水平，切實降低儲能電 站發(fā)生危險或安全事故的可能性。
以市場化手段引導儲能實現(xiàn)多重經(jīng)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(wù)并實現(xiàn)多重市場收益的疊加， 是提升新型電儲能項目經(jīng)濟效益的關(guān)鍵。隨著我國電力 體制改革持續(xù)深化、電力市場建設(shè)加快推進，宜超前謀 劃、統(tǒng)籌推進各類電力市場建設(shè)。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(wù)市場，中遠期將儲能納入電力現(xiàn) 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(xié)調(diào)、促進不同市場間 的聯(lián)通和市場規(guī)則機制間的銜接，避免出現(xiàn)交割環(huán)節(jié)資 源調(diào)用沖突等情況。推動新型電儲能基于自身特點、系 統(tǒng)需求變化和市場價格波動，在不同市場間自主決策、 自由轉(zhuǎn)換、自行交易，實現(xiàn)經(jīng)濟收益最大化。
加快建立電力現(xiàn)貨市場以提升儲能電量時空價值。儲能 的價值主要體現(xiàn)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(xiàn)時段是不規(guī)律的，現(xiàn)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(xiàn)貨市場并形成分時、分位置的價格信號，引導儲能 改進生產(chǎn)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(xiàn)經(jīng)濟收益提升，充分體現(xiàn)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 益。
健全完善儲能參與電力輔助服務(wù)市場機制。建立完善的 電力現(xiàn)貨市場前，應鼓勵新型電儲能積極參與輔助服務(wù) 市場獲得經(jīng)濟補償。推動各地輔助服務(wù)市場賦予儲能市 場主體資格，促進儲能參與輔助服務(wù)市場并提供調(diào)頻、 備用等各類服務(wù)，鼓勵新型電儲能優(yōu)先調(diào)用；同時，建 立“按效果付費”的補償機制，納入響應速度、調(diào)節(jié)精 度等質(zhì)量因素，合理確定儲能參與輔助服務(wù)補償價格水 平、科學反映儲能作為優(yōu)質(zhì)靈活調(diào)節(jié)資源的真實價值。
（報告來源：中德能源與能效合作伙伴、德國國際合作機構(gòu)）
