中國儲能網訊：能源轉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 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。
儲能是促進能源系統(tǒng)實現(xiàn)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 應和能源效率技術。
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 應用領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 則就必然要求電網的大規(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 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 用、儲能參與電力現(xiàn)貨市場。
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)模儲能容量并不一定是成功實現(xiàn)能源轉型的先決條件。 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(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，因此輸電網絡的成本更高。
當前，針對靈活性利用的監(jiān)管框架非常復雜多樣。相關 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 而鼓勵靈活性利用，以便電網受益。
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(xiàn) 技術壁壘，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（例如再 調度、網絡阻塞/并網管理），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 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 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 大（葡萄牙風電相當穩(wěn)定，但水電在夏季波動很大）。 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 式，并決定在平衡波動時采用何種技術或概念。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。在德國的能源結構中， 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 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。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，調度方向已給定。正向調度指需求超過供 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 統(tǒng)的靈活性（參見[3]）。
由于大市場區(qū)域具有不同的地質和大氣條件，因此，在 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(xié)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(lián)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 見。
3 德國和全球儲能系統(tǒng)/技術的現(xiàn)狀
在簡要介紹了儲能系統(tǒng)（重點是儲電）的典型應用領域和技術特點之后，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)的典型應用領域和技術特點
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：
- 電能質量和不間斷電源
- 輸配電網支持和負荷轉移
- 大容量電力系統(tǒng)管理
? 儲能技術：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，電轉合成燃料/化學 物，一般是電轉X）
關于典型儲電應用領域更詳細的分類，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項目）。其中，美國領先，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 池、組件到包裝和安裝在內的供應鏈特別復雜。
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方安 裝儲電設施的主要原因（圖10），但是電網調頻和其他 系統(tǒng)服務也是建設儲電設施的原因。
美國能源部全球儲能數據庫(DOE Global Energy Storage Database) [9] 給出了全球各項目的詳細的數 據。
歐洲情況
圖13對近期歐洲范圍內的儲能系統(tǒng)進行了概述，并建立 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(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 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《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 于飽和，電池系統(tǒng)直接接入電網，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，從調頻到批發(fā)，從 平衡機制到日間交易和日內交易。
德國
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 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)儲能設施也呈現(xiàn)這一趨勢。 與電網儲能設施相比，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， 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 在一起，提供網絡服務。
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 入電網的電力的價格僅為從電網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：
? 機械儲能（重點關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 動汽車向電網提供服務的方案）。
? 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、技術和經濟特征
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突出其技術和經濟性特征及其應用，圖10[8]給出了 這些技術所屬的類別。有關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）的應用領域包括提供多種服務，但是重點集中在向電網提供輔助服務以及增加太陽能光 伏的自發(fā)自用（特別是與電動交通領域的部門耦合）。本節(jié)將介紹這兩個領域的儲能商業(yè)案例。
這些領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(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。如果電網頻率偏離 50hz，儲能系統(tǒng)能夠按需在幾秒鐘內自動向電網供電或從電網充電。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(lián)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 已在鄰近的歐洲國家付諸實施。
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。基于平臺的方案也經常被討 論，即儲能設施可以作為一種靈活性資源供應，以促進 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 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備的自發(fā)自用水 平，從而減少從電網當中的購電量。近年來，隨著德國 固定上網電價大幅下降，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 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，進一步分析儲能設施對德國聯(lián)邦網絡管理局所發(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)、配電網中的電池應用和儲熱系統(tǒng)等。即使在資 助倡議結束后，“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（將任意量的電能轉換為氫氣和甲烷、地 質儲能、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計原則以及 概念，供應樓宇使用或者輸入供熱管網）
綜合領域（分布式儲能設施的管理、制造工藝、系 統(tǒng)分析和儲能設施的公眾接受度）
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日結束 [18]，但是，聯(lián)邦各州和城市層面仍然對購買光伏儲能 設備提供支持[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 須共同努力，盡快為該領域吸引足夠的投資。
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靈活性研究[19]中對此進行了 詳細分析。這項研究關注的是怎樣通過幾種應用情景的 結合（實現(xiàn)多用途），使靈活性技術的使用得到優(yōu)化。 此處的優(yōu)化不僅指商業(yè)價值優(yōu)化，同時也意味著電網服 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、以市場為導向的應用情景和 以網絡服務為導向的應用情景。
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 商經濟效益的貢獻程度，以及對電網運營優(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，結合監(jiān)管優(yōu)化，向電廠運營商和電網運營商展示通 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(xiàn)貨市場交易，以平衡電力供需，為電 網提供服務。
? 案例2：低壓電網中產消者相互連接成智能社區(qū)， 合作利用社區(qū)儲能設施（電池），盡可能減少外部 購電。在多用途模式下，儲能設施還用于電力現(xiàn)貨 市場交易，以平衡電力供需，為和電網提供服務。
? 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(xiàn)貨市場交易，以平衡電力供需，保證電網中電 力供應不中斷。
? 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 多用途模式下，電熱轉換站還參與電力現(xiàn)貨市場交 易，平衡電力供需，為電網提供服務。
? 案例5：中壓電網中的配電網運營商建設并利用儲 能設施，減少電網擴容需求。在多用途模式下， 儲能設施還用于電力現(xiàn)貨市場交易，以平衡電力供 需，為電網提供服務。
? 案例6：中壓電網中的系統(tǒng)運營商在光伏電站現(xiàn)場 運營儲能設施，提供平衡電力。在多用途模式下， 儲能設施還用于電力現(xiàn)貨市場交易，服務電網。
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)調整后，儲能設備與其他發(fā)電機組具 有相同地位，因此，當他們使用電網電力時無需支付電 網使用費。此外，還應進一步修改法規(guī)，以允許電網運 營商使用儲能設施，優(yōu)化電網運營并降低電網擴容成 本。
法律和法規(guī)要求的調整可以使靈活性從經濟性角度得到 優(yōu)化利用。當前，關于靈活性使用的監(jiān)管框架非常復雜 多樣[20]。相關規(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，《德國能源經濟法案》、《可再生 能源法》、《熱電聯(lián)產法案》以及《電網費用條例》。
一方面，顯然當前的監(jiān)管框架沒有提供適當的激勵措施 和機會，讓靈活的電網用戶使用電網時既滿足需求又與 電網兼容。另一方面，電網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(xiàn)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(xiàn)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 衡量能源政策調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 化為批量生產創(chuàng)造了先決條件，并有助于加快技術知識 和創(chuàng)新成果的傳播。因此，標準化是大幅降低成本的關 鍵。
除經濟效益外，安全性在電池等儲能系統(tǒng)中也發(fā)揮著重 要作用。在這方面，標準化可以為提高產品安全性做出 重要貢獻。在國際上，標準化有助于避免技術性貿易壁 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(xié)會（DIN）和德國電 氣電子和信息技術協(xié)會（VDE）聯(lián)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(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領域的相關規(guī)范和標準：
? 電化學儲能設備（例如電池）
? 化學儲能（例如，電轉氣）
? 機械儲能
? 儲熱
? 電儲能設備
《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 線圖》正在不斷發(fā)展。 此處簡要概述與本報告最相關的五個技術領域中前三個 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)推動儲能產業(yè)發(fā)展，有助于中國構建“清潔低碳、 安全高效”的現(xiàn)代能源體系、加快實現(xiàn)綠色能源轉型。 縱觀中國儲能行業(yè)，除抽水蓄能發(fā)展歷史較長、技術較 為成熟外，電化學儲能等新型電儲能產業(yè)經過初期研發(fā) 示范階段，初步具備了規(guī)?；虡I(yè)化應用的基礎；但 是，其發(fā)展應用路徑還缺乏戰(zhàn)略頂層設計，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 業(yè)服務體系尚不完善?？紤]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，短時間內尚 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)，可因地 制宜，結合新能源消納、電力供應保障等實際情況，開 展示范建設工作，推動新型電儲能在電力系統(tǒng)源、網、 荷各側共同發(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驗。
借鑒國際儲能行業(yè)發(fā)展有益經驗，并結合我國儲能產業(yè) 發(fā)展實際，提出以下政策和機制相關建議：
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)展尚未納入國家規(guī)劃 體系，行業(yè)發(fā)展缺乏頂層設計指導。應積極探索推動將 儲能納入國家“十四五”相關規(guī)劃和能源領域中長期發(fā) 展戰(zhàn)略的可能性，明確儲能行業(yè)發(fā)展目標、重點任務及 實施路徑，科學指導儲能產業(yè)健康有序發(fā)展。
發(fā)揮標準體系建設對儲能行業(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)標準化工作的基礎上，統(tǒng)籌研 究，做好儲能標準體系建設的頂層設計，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、設計、 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施 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過程安 全監(jiān)測評估，有效排查控制儲能設備在生產、運輸、建 設、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(xiàn)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(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、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、 自由轉換、自行交易，實現(xiàn)經濟收益最大化。
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 市場獲得經濟補償。推動各地輔助服務市場賦予儲能市 場主體資格，促進儲能參與輔助服務市場并提供調頻、 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 平、科學反映儲能作為優(yōu)質靈活調節(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）
