中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：目前，德國(guó)的電池儲(chǔ)能裝機(jī)功率達(dá)到11吉瓦，儲(chǔ)能容量為16吉瓦時(shí)。根據(jù)德國(guó)輸電公司的最新統(tǒng)計(jì)，目前申請(qǐng)入網(wǎng)的集中式電池儲(chǔ)能總功率已飆升至160吉瓦，按照之前的電網(wǎng)擴(kuò)建計(jì)劃，市場(chǎng)中的集中式電池儲(chǔ)能容量預(yù)計(jì)要到2045年前后才能接近50吉瓦。德國(guó)媒體將這一現(xiàn)象形容為一場(chǎng)令人震撼的“海嘯”。
在電力系統(tǒng)中，集中式電池儲(chǔ)能占據(jù)主導(dǎo)地位，主要用于調(diào)頻和現(xiàn)貨市場(chǎng)。隨著電池價(jià)格的下降和電網(wǎng)需求的增加，新的商業(yè)模式不斷涌現(xiàn)。其中，最引人注目的是“一池多用”的共享電池儲(chǔ)能模式。該模式通過(guò)一個(gè)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，可同時(shí)滿足調(diào)頻、現(xiàn)貨市場(chǎng)和家庭儲(chǔ)能等多種需求，提升了電池的利用效率和經(jīng)濟(jì)效益。這些共享系統(tǒng)在集中式電網(wǎng)儲(chǔ)能中發(fā)揮了重要作用，并開始向家庭儲(chǔ)能領(lǐng)域滲透。
本文將探討德國(guó)電池儲(chǔ)能的幾大應(yīng)用場(chǎng)景，包括家庭儲(chǔ)能、現(xiàn)貨市場(chǎng)、調(diào)頻市場(chǎng)和電網(wǎng)調(diào)度，并分析這些場(chǎng)景下的商業(yè)模式特點(diǎn)。同時(shí)，將解析“一池多用”模式如何提升經(jīng)濟(jì)效益，以及電池應(yīng)用對(duì)系統(tǒng)成本的影響，并展望其未來(lái)發(fā)展?jié)摿ΑＭㄟ^(guò)深入分析德國(guó)在經(jīng)濟(jì)層面的成功與失敗經(jīng)驗(yàn)，本文還將探討為中國(guó)電池儲(chǔ)能市場(chǎng)提供借鑒的可能性。
家庭電池儲(chǔ)能
家庭電池儲(chǔ)能市場(chǎng)已成為能源行業(yè)中的一股重要力量，最常見(jiàn)的商業(yè)模式是將光伏系統(tǒng)與電池儲(chǔ)能相結(jié)合，電池用于提高自發(fā)電的自用比例，本質(zhì)上是一種“削峰填谷”的家庭應(yīng)用。
根據(jù)德國(guó)弗勞恩霍夫研究所的一項(xiàng)研究，在理想情況下，配備電池的家庭光伏系統(tǒng)成本可以與不帶電池的系統(tǒng)相當(dāng)，但在最差情況下，成本可能會(huì)翻倍。因此，從投資角度來(lái)看，盡管電池價(jià)格在持續(xù)下降，但這類系統(tǒng)并不總是最具經(jīng)濟(jì)效益。此外，如果沒(méi)有65%的稅收減免，家庭電池儲(chǔ)能幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)盈利。
為提升家庭電池儲(chǔ)能的盈利能力，一種新興的商業(yè)模式——虛擬電廠應(yīng)運(yùn)而生。通過(guò)這一模式，家庭電池不僅可以滿足自用需求，還能通過(guò)集合電量打包進(jìn)入一次調(diào)頻市場(chǎng)獲取額外收入，實(shí)現(xiàn)盈利模式的多樣化。不過(guò)，這種模式會(huì)限制自用比例，而且當(dāng)前其規(guī)模仍較小。預(yù)測(cè)顯示，到2045年，德國(guó)家庭電池的規(guī)模將達(dá)到上百吉瓦。然而，測(cè)控裝置在總成本中的占比過(guò)高，系統(tǒng)的盈利能力顯著降低。此外，研究表明，電池的充放電可能進(jìn)一步增加配電網(wǎng)的投資成本。相比之下，其他家庭儲(chǔ)能方式的盈利性更高，例如，通過(guò)市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)的家庭熱泵可以將包括平衡在內(nèi)的系統(tǒng)成本降低24%，而電動(dòng)汽車充電的成本甚至可以降低70%以上。
為緩解電網(wǎng)擁堵和維護(hù)系統(tǒng)平衡，德國(guó)正計(jì)劃實(shí)施更廣泛的再調(diào)度措施。以往，再調(diào)度主要通過(guò)調(diào)整電廠的發(fā)電計(jì)劃來(lái)解決電網(wǎng)堵塞問(wèn)題，而現(xiàn)在，這些措施已經(jīng)擴(kuò)展到配電網(wǎng)層面，要求在新能源棄電的情況下依然保持系統(tǒng)平衡。未來(lái)，再調(diào)度措施將進(jìn)一步覆蓋家庭光伏、熱泵和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。推廣可控的“智能電表”是關(guān)鍵，通過(guò)“一池多用”實(shí)現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)，降低測(cè)控裝置在總成本中的占比。這不僅能優(yōu)化家庭的電力自用，還可參與一次調(diào)頻市場(chǎng)，甚至減少負(fù)電價(jià)現(xiàn)象的發(fā)生，并通過(guò)再調(diào)度獲取多重收益。
總的來(lái)看，家庭電池儲(chǔ)能不僅幫助用戶參與現(xiàn)貨市場(chǎng)交易、減少新能源預(yù)測(cè)誤差，還能優(yōu)化電力消費(fèi)、降低用電成本。同時(shí)，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)不僅為家庭供電提供保障，還能通過(guò)向調(diào)頻市場(chǎng)售電獲得額外收益。通過(guò)“一池多用”的商業(yè)模式，有效降低控制裝置在總成本中的占比，提升了投資回報(bào)率。然而，值得注意的是，在一次調(diào)頻市場(chǎng)上，集中式電池由于能夠大幅降低控制裝置的相對(duì)成本，并且在容量規(guī)模上滿足調(diào)頻要求，相比家庭電池儲(chǔ)能展現(xiàn)出更強(qiáng)的盈利能力。
一次調(diào)頻電池儲(chǔ)能
調(diào)頻是通過(guò)調(diào)整電網(wǎng)頻率來(lái)保持發(fā)電和用電的平衡。當(dāng)頻率波動(dòng)時(shí)，一次調(diào)頻像是應(yīng)急反應(yīng)，快速進(jìn)行初步調(diào)整，防止頻率變化過(guò)大；二次調(diào)頻則更精細(xì)，進(jìn)一步修正頻率，確保系統(tǒng)長(zhǎng)期平衡。由于一次調(diào)頻的電價(jià)在所有電價(jià)中最高，因此，它成為集中式電池儲(chǔ)能市場(chǎng)中最常見(jiàn)的商業(yè)模式。
德國(guó)自2014年起允許電池參與調(diào)頻市場(chǎng)。與2013～2015年的平均水平相比，調(diào)頻成本下降了約64%（2021年和2022年因能源危機(jī)成本有所回升），這主要得益于集中式電池儲(chǔ)能在調(diào)頻中的廣泛應(yīng)用。
這種商業(yè)模式的成功有三個(gè)主要原因：一是集中式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)幾乎免稅，降低了成本；二是調(diào)頻持續(xù)時(shí)間縮短，減少了懲罰風(fēng)險(xiǎn)；三是政策改革降低了市場(chǎng)門檻。
首先，由于幾乎免稅，成本降低了一半。其次，調(diào)頻持續(xù)時(shí)間從半小時(shí)縮短到一刻鐘，電池在充放電時(shí)幾乎無(wú)需擔(dān)心因未達(dá)標(biāo)而受到懲罰。最后，2015年德國(guó)將調(diào)頻市場(chǎng)的最低功率從10兆瓦降至1兆瓦，這一政策改革極大推動(dòng)了市場(chǎng)發(fā)展。如今，調(diào)頻市場(chǎng)上不僅有基于生物質(zhì)發(fā)電的新能源運(yùn)營(yíng)商，還有不擁有發(fā)電廠的交易公司，甚至還有通過(guò)聚合家庭電池儲(chǔ)能提供服務(wù)的運(yùn)營(yíng)商。而在過(guò)去，調(diào)頻服務(wù)主要由傳統(tǒng)發(fā)電集團(tuán)提供。
德國(guó)業(yè)界認(rèn)為，持續(xù)盈利的關(guān)鍵在于市場(chǎng)容量是否充足，以及價(jià)格能否保持穩(wěn)定。歐洲電網(wǎng)需預(yù)留3000兆瓦一次調(diào)頻容量，以彌補(bǔ)兩個(gè)發(fā)電機(jī)組同時(shí)故障時(shí)的功率損失。每天采購(gòu)約1400兆瓦的一次調(diào)頻功率，并對(duì)各國(guó)設(shè)定最低和最高采購(gòu)量。這一機(jī)制旨在確保供應(yīng)商在各國(guó)的分布相對(duì)均衡，以便在電網(wǎng)解列時(shí)，每個(gè)地區(qū)都能擁有足夠的一次調(diào)頻儲(chǔ)備。
德國(guó)的一次調(diào)頻需求為580兆瓦，其中至少167兆瓦必須從德國(guó)境內(nèi)采購(gòu)，其余部分可從鄰國(guó)進(jìn)口，前提是鄰國(guó)的一次調(diào)頻價(jià)格更低。如果德國(guó)供應(yīng)商的報(bào)價(jià)足夠有競(jìng)爭(zhēng)力，他們還可以向鄰國(guó)出口166兆瓦（出口上限），這意味著德國(guó)供應(yīng)商最多可提供746兆瓦的一次調(diào)頻。隨著丹麥西部被納入德國(guó)-盧森堡電力頻率控制區(qū)塊，德國(guó)的潛在出口能力有所提升。
隨著集中式電池儲(chǔ)能進(jìn)入市場(chǎng)，價(jià)格排序出清機(jī)制壓低了整體價(jià)格，導(dǎo)致核電、硬煤電廠和生物質(zhì)發(fā)電設(shè)施等高成本電源逐步退出一次調(diào)頻市場(chǎng)。因此，抽水蓄能電站和集中式電池儲(chǔ)能成為一次調(diào)頻市場(chǎng)的主要力量。這一趨勢(shì)與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)類似，但不同之處在于，抽水蓄能擁有近7吉瓦的容量，足以滿足調(diào)頻市場(chǎng)需求。因此，在新能源比例不斷提高的情況下，價(jià)格不會(huì)像現(xiàn)貨市場(chǎng)那樣依賴燃?xì)怆姀S出清定價(jià)而上升。
電池儲(chǔ)能系統(tǒng)相對(duì)于抽水蓄能電站有兩大優(yōu)勢(shì)。首先，抽水蓄能受限于水庫(kù)和高度差等地理?xiàng)l件，而電池儲(chǔ)能可以靈活部署在不同地區(qū)。其次，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠在亞秒級(jí)內(nèi)快速、精準(zhǔn)地響應(yīng)功率需求，而抽水蓄能電站在發(fā)電與抽水模式之間的切換需要數(shù)秒至數(shù)分鐘。盡管電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的初始成本較高且使用壽命較短，但從投資回報(bào)和總收益來(lái)看，電池儲(chǔ)能仍具吸引力。一般而言，功率在2兆瓦以上的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)通?？梢詫?shí)現(xiàn)盈利。隨著電池價(jià)格的持續(xù)下降，這一優(yōu)勢(shì)將進(jìn)一步擴(kuò)大。
2024年底，用于一次調(diào)頻的集中式電池儲(chǔ)能預(yù)認(rèn)證容量超過(guò)德國(guó)的需求量（580兆瓦），不僅能夠滿足國(guó)內(nèi)需求，還可覆蓋允許的最大出口容量（166兆瓦）。然而，抽水蓄能在平均出清價(jià)格上仍然占有優(yōu)勢(shì)。
為了進(jìn)一步擴(kuò)大集中式電池儲(chǔ)能在調(diào)頻領(lǐng)域的市場(chǎng)容量，電池儲(chǔ)能應(yīng)用正逐步向二次調(diào)頻領(lǐng)域拓展。
二次調(diào)頻電池儲(chǔ)能
德國(guó)二次調(diào)頻的市場(chǎng)價(jià)格已接近一次調(diào)頻，但電池儲(chǔ)能容量仍然顯得不足。此外，系統(tǒng)在整個(gè)服務(wù)周期內(nèi)必須持續(xù)提供二次調(diào)頻，并具備應(yīng)對(duì)故障的備用能力。因此，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)通常需要更大的容量，才能獨(dú)立完成二次調(diào)頻任務(wù)。
為了增加市場(chǎng)份額，并確保全周期內(nèi)的穩(wěn)定調(diào)頻，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)必須充分優(yōu)化設(shè)計(jì)。一些方案試點(diǎn)嘗試長(zhǎng)時(shí)電池，如EWE能源公司采用了結(jié)合鋰離子和鈉硫電池的設(shè)計(jì)。另一些方案則將電池與燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)合，減少對(duì)電池容量的需求，同時(shí)確保提供4小時(shí)的調(diào)頻服務(wù)。這類組合方案被認(rèn)為比單獨(dú)出售各類設(shè)備更具經(jīng)濟(jì)效益。
虛擬電廠通過(guò)信息技術(shù)將各類集中式和分布式發(fā)電設(shè)備（如傳統(tǒng)電廠、太陽(yáng)能、風(fēng)能及家庭儲(chǔ)能電池）整合為統(tǒng)一調(diào)度系統(tǒng)。自2009年起，德國(guó)市場(chǎng)開始引入虛擬電廠。例如，虛擬電廠能夠調(diào)度數(shù)十座傳統(tǒng)發(fā)電廠、數(shù)百個(gè)發(fā)電機(jī)組及上千個(gè)新能源發(fā)電設(shè)備，實(shí)現(xiàn)調(diào)頻、自動(dòng)發(fā)電優(yōu)化和電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的平衡。通過(guò)集中管理發(fā)電廠的測(cè)量數(shù)據(jù)和控制指令，虛擬電廠建立發(fā)電機(jī)組的數(shù)學(xué)模型，并借助優(yōu)化算法確定最優(yōu)控制策略，實(shí)時(shí)將海量指令精準(zhǔn)分配至各發(fā)電機(jī)組。自2016年起，電池儲(chǔ)能在一次和二次調(diào)頻中的應(yīng)用得到進(jìn)一步加強(qiáng)。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)憑借其快速響應(yīng)的優(yōu)勢(shì)，不僅基本解決了發(fā)電計(jì)劃中的階梯誤差問(wèn)題，還彌補(bǔ)了抽水蓄能的不足。
二次調(diào)頻的收入主要來(lái)自備用費(fèi)用和實(shí)際出力費(fèi)用，兩者金額大致相當(dāng)。相比于一次調(diào)頻，電池儲(chǔ)能在二次調(diào)頻中的使用頻率更高，因此，收益也更為可觀。通過(guò)優(yōu)化價(jià)格策略，電池還可以進(jìn)一步提升調(diào)度收入。二次調(diào)頻市場(chǎng)容量較大，日均交易量約為2吉瓦。然而，電池儲(chǔ)能在二次調(diào)頻中的參與度仍明顯低于一次調(diào)頻，這讓業(yè)界感到困惑。原因可能在于技術(shù)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性。
然而，隨著調(diào)頻市場(chǎng)參與者的增加，價(jià)格下降的風(fēng)險(xiǎn)也逐漸顯現(xiàn)。為了應(yīng)對(duì)市場(chǎng)變化，電池運(yùn)營(yíng)商逐步將業(yè)務(wù)擴(kuò)展至電力現(xiàn)貨市場(chǎng)，以尋求更多的盈利機(jī)會(huì)。
現(xiàn)貨市場(chǎng)的電池儲(chǔ)能
現(xiàn)貨市場(chǎng)推出以來(lái)，能源公司逐漸用其取代傳統(tǒng)的削峰填谷機(jī)制，幫助用戶通過(guò)市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)進(jìn)行套利并優(yōu)化電力消費(fèi)。相比傳統(tǒng)的削峰填谷模式，如今的電池儲(chǔ)能不僅能幫助用戶規(guī)避高峰電價(jià)或避免合同違約費(fèi)用，還通過(guò)參與現(xiàn)貨市場(chǎng)交易實(shí)現(xiàn)附加利潤(rùn)。
現(xiàn)貨市場(chǎng)中的套利方法包括利用不同市場(chǎng)的價(jià)格差獲利。更重要的是，電池儲(chǔ)能不僅能通過(guò)價(jià)格套利獲利，還能優(yōu)化系統(tǒng)效率，維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。根據(jù)“調(diào)頻在線平臺(tái)”的數(shù)據(jù)，電池儲(chǔ)能在一次調(diào)頻中的收入仍高于現(xiàn)貨市場(chǎng)的套利收益。
通過(guò)智能優(yōu)化充放電策略，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠在市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)中實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)的最大化。儲(chǔ)能技術(shù)的進(jìn)步和智能化管理工具的應(yīng)用，使這一過(guò)程更加高效。從2022年起，市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了利用人工智能進(jìn)行優(yōu)化的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品能夠在調(diào)頻市場(chǎng)、日前市場(chǎng)、日內(nèi)市場(chǎng)和實(shí)時(shí)市場(chǎng)等多個(gè)領(lǐng)域優(yōu)化電池的充放電操作。與傳統(tǒng)商業(yè)模式相比，人工智能優(yōu)化可以提升超過(guò)60%的收入，類似于股票市場(chǎng)中的趨勢(shì)跟蹤算法。通常，趨勢(shì)跟蹤模式的盈利是套利模式的3倍以上，但由于風(fēng)險(xiǎn)更大，通常用于長(zhǎng)期市場(chǎng)。
根據(jù)咨詢公司Frontier Economics的預(yù)測(cè)，從2030～2050年，集中式電池儲(chǔ)能在現(xiàn)貨市場(chǎng)的廣泛應(yīng)用將大幅壓低市場(chǎng)價(jià)格。這一趨勢(shì)表明，電池儲(chǔ)能將在未來(lái)電力市場(chǎng)中占據(jù)重要地位，同時(shí)提升系統(tǒng)效率并抑制電價(jià)上漲。作為“一池多用”模式的典型代表，電池儲(chǔ)能不僅可以參與實(shí)時(shí)市場(chǎng)，還能夠同時(shí)涉足日前市場(chǎng)、日內(nèi)市場(chǎng)和調(diào)頻市場(chǎng)，進(jìn)一步拓展收益渠道，實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)之間的平滑銜接。然而，隨著市場(chǎng)價(jià)格持續(xù)走低，電池儲(chǔ)能的商業(yè)模式也將面臨潛在的挑戰(zhàn)和風(fēng)險(xiǎn)。
德國(guó)現(xiàn)貨市場(chǎng)發(fā)電側(cè)和負(fù)荷側(cè)都采用統(tǒng)一價(jià)格。相比發(fā)電側(cè)的節(jié)點(diǎn)電價(jià)機(jī)制，統(tǒng)一電價(jià)允許更多的交易組合。因此，市場(chǎng)出清后，電網(wǎng)調(diào)度部門還需對(duì)交易結(jié)果進(jìn)行安全檢查。目前，電池儲(chǔ)能已經(jīng)被用于解決電網(wǎng)堵塞與穩(wěn)定安全方面。
根據(jù)德國(guó)調(diào)頻功率在線網(wǎng)站的數(shù)據(jù)，“一池多用”依然是一個(gè)經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)的選擇。
電池儲(chǔ)能在電網(wǎng)調(diào)度上的應(yīng)用
近年來(lái)，德國(guó)進(jìn)行了多項(xiàng)關(guān)于電池儲(chǔ)能在電網(wǎng)中應(yīng)用的研究，例如削峰填谷。然而，由于利用率較低，經(jīng)濟(jì)上通常不可行，電池儲(chǔ)能在電網(wǎng)運(yùn)行和調(diào)度中并未得到廣泛應(yīng)用。2024年4月，德國(guó)新能源用電比例曾超過(guò)70%，但電網(wǎng)調(diào)度中并未使用電池儲(chǔ)能，這便是一個(gè)典型例證。
然而，最新研究表明，電池儲(chǔ)能在一些特殊應(yīng)用方面展現(xiàn)了獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，例如，治愈性系統(tǒng)保護(hù)和電網(wǎng)穩(wěn)定安全。為保障電網(wǎng)安全運(yùn)行，輸電及高壓配電線路通常采用雙回線設(shè)計(jì)，即兩條并行線路。當(dāng)一條線路出現(xiàn)故障時(shí)，另一條可以替補(bǔ)，但每條線路只能輸送一半功率。換言之，為了防止極少發(fā)生的短路事故，電網(wǎng)實(shí)際損失了近一半的容量。
為了進(jìn)一步開發(fā)電網(wǎng)的輸電潛力，德國(guó)的運(yùn)營(yíng)人員受到再調(diào)度的啟發(fā)，提出了“治愈性”方法。這個(gè)新概念通過(guò)類似系統(tǒng)保護(hù)的方式，確保電網(wǎng)在故障后能夠迅速恢復(fù)到安全狀態(tài)。
具體來(lái)說(shuō)，正常運(yùn)行時(shí)，兩條輸電線的容量接近100%；當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，非故障線路短暫過(guò)載，網(wǎng)絡(luò)助推器電池介入解決過(guò)載問(wèn)題，系統(tǒng)迅速恢復(fù)正常。隨后，通過(guò)電轉(zhuǎn)熱設(shè)備、調(diào)整發(fā)電計(jì)劃、啟動(dòng)備用電廠、優(yōu)化潮流等措施接替電池儲(chǔ)能，類似一次、二次、三次調(diào)頻之間的過(guò)渡過(guò)程。
電網(wǎng)公司的研究表明，網(wǎng)絡(luò)助推器電池的投資回報(bào)期在合理范圍內(nèi)（約7～11年），可增加輸電容量30%～70%，降低再調(diào)度費(fèi)用80%，減少棄風(fēng)棄光70%（棄風(fēng)棄光次數(shù)減少20%～40%）。此外，網(wǎng)絡(luò)助推器在無(wú)故障時(shí)可通過(guò)提供無(wú)功功率來(lái)盈利。
目前，德國(guó)各大輸配電網(wǎng)已啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)助推器電池的試點(diǎn)項(xiàng)目，計(jì)劃優(yōu)先在電網(wǎng)堵塞嚴(yán)重的地區(qū)實(shí)施，而其他地區(qū)繼續(xù)沿用傳統(tǒng)的“n-1”靜態(tài)安全措施。歷史上，許多大規(guī)模停電事故都是由潮流連鎖越界引發(fā)的，因此，網(wǎng)絡(luò)助推器電池是一種能夠有效防止潮流連鎖越界的系統(tǒng)保護(hù)裝置。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這一應(yīng)用將為電網(wǎng)調(diào)度帶來(lái)革命性的變革。
由于德國(guó)實(shí)施棄核退煤政策，加之對(duì)架空線溫度特性的利用已接近極限，電網(wǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和穩(wěn)定安全裕度持續(xù)下降。為此，德國(guó)頒布了一系列新能源并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，使新型電力系統(tǒng)具備虛擬發(fā)電機(jī)的特性。例如，自2019年起，新安裝的光伏發(fā)電設(shè)備必須按發(fā)電功率提供無(wú)功功率；高壓電網(wǎng)中的風(fēng)電和光伏還需具備類似發(fā)電機(jī)的調(diào)壓能力，滿足頻率跌落率要求，并提供轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。對(duì)于2019年前安裝的風(fēng)電和光伏設(shè)備，要求加裝構(gòu)網(wǎng)型電池儲(chǔ)能。未來(lái)，德國(guó)還計(jì)劃在電力現(xiàn)貨市場(chǎng)推出與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相關(guān)的產(chǎn)品。
根據(jù)德國(guó)電網(wǎng)公司的預(yù)測(cè)，到2045年，網(wǎng)絡(luò)助推器電池容量將超過(guò)50吉瓦，而包括構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能在內(nèi)的電池總量將達(dá)到100吉瓦。這將顯著提升輸電能力，減少棄風(fēng)棄光現(xiàn)象，同時(shí)為投資者帶來(lái)長(zhǎng)期收益。然而，除了試點(diǎn)項(xiàng)目，這些計(jì)劃容量尚未納入正式的電網(wǎng)規(guī)劃，投資仍存在一定風(fēng)險(xiǎn)。
綜上所述，德國(guó)電池儲(chǔ)能市場(chǎng)在調(diào)頻、現(xiàn)貨市場(chǎng)和電網(wǎng)調(diào)度中的成功應(yīng)用，充分展示了儲(chǔ)能技術(shù)在提升電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)效益方面的關(guān)鍵作用。隨著稅收優(yōu)惠逐漸減少，“一池多用”的商業(yè)模式預(yù)計(jì)將成為未來(lái)發(fā)展的主流。
對(duì)中國(guó)的啟示與借鑒
在中國(guó)，關(guān)于電池儲(chǔ)能的發(fā)展存在兩種截然不同的觀點(diǎn)：一種主張風(fēng)電和光伏應(yīng)配備一定比例的儲(chǔ)能，大力推動(dòng)電池儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展；另一種則認(rèn)為風(fēng)光儲(chǔ)能的利用效率較低，盈利模式單一，可能導(dǎo)致發(fā)電成本上升。后者的看法與德國(guó)的實(shí)際情況比較接近，而借鑒一些德國(guó)的盈利模式正好是一種補(bǔ)充。
家庭電池儲(chǔ)能
中國(guó)已經(jīng)廣泛普及了家庭智能電表，通過(guò)虛擬電廠的集中上市，可以有效減少新能源預(yù)測(cè)誤差。擴(kuò)展可控功能還有助于減少負(fù)電價(jià)現(xiàn)象的發(fā)生概率。然而，鑒于德國(guó)家庭電池儲(chǔ)能的負(fù)面經(jīng)驗(yàn)，即便電池價(jià)格相對(duì)較低，投資仍需慎重。相比之下，中國(guó)電動(dòng)汽車的發(fā)展十分迅速，電池的充放電優(yōu)化不僅會(huì)顯著降低使用成本，還可以減少電力系統(tǒng)的整體投資。
調(diào)頻電池儲(chǔ)能
中國(guó)燃?xì)怆姀S的比例僅為3%，而抽水蓄能電站占到6%。由于部分天然氣需要進(jìn)口，大規(guī)模建設(shè)燃?xì)怆姀S并不現(xiàn)實(shí)。相反，抽水蓄能電站和電池儲(chǔ)能調(diào)頻有望迅速發(fā)展。從經(jīng)濟(jì)角度看，抽水蓄能相比電池儲(chǔ)能更具成本效益。因此，抽水蓄能應(yīng)成為電網(wǎng)調(diào)頻的首選方案。在無(wú)法建設(shè)抽水蓄能電站或其建設(shè)速度跟不上新能源發(fā)展的地區(qū)，調(diào)頻電池儲(chǔ)能可能成為一個(gè)快速發(fā)展的替代方案，而長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能電池或?qū)⒙氏葢?yīng)用于二次調(diào)頻市場(chǎng)。
國(guó)內(nèi)電池行業(yè)的“內(nèi)卷”現(xiàn)象既與電池廠商數(shù)量過(guò)剩有關(guān)，也受到國(guó)內(nèi)尚未完善的電價(jià)體系限制，尤其是在調(diào)頻電價(jià)較低的情況下。為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，廣東省已出臺(tái)多項(xiàng)政策，鼓勵(lì)電池儲(chǔ)能參與調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)，且其調(diào)頻電價(jià)也顯著高于其他省份。
歐洲電力現(xiàn)貨市場(chǎng)在規(guī)則和結(jié)算上是統(tǒng)一的，但各國(guó)在平衡結(jié)算方面仍存在一些差異。同時(shí)，歐洲已經(jīng)建立了統(tǒng)一的調(diào)頻平衡機(jī)制，并通過(guò)共同的排序優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)出清。由于中國(guó)各省調(diào)頻電價(jià)存在較大差異，建立統(tǒng)一的調(diào)頻市場(chǎng)顯得尤為重要。通過(guò)統(tǒng)一市場(chǎng)出清，并結(jié)合各省電網(wǎng)潮流的邊界條件，可以大幅降低系統(tǒng)調(diào)頻成本，從而推動(dòng)調(diào)頻電池的應(yīng)用與發(fā)展。如果電價(jià)改革順利推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)電價(jià)前置引領(lǐng)規(guī)劃，調(diào)頻電池的潛力將進(jìn)一步得到釋放。然而，歐洲大部分地區(qū)采用統(tǒng)一或區(qū)域性的電價(jià)機(jī)制，而中國(guó)的發(fā)電市場(chǎng)主要采用節(jié)點(diǎn)電價(jià)機(jī)制，因此，需要注意兩者在市場(chǎng)結(jié)構(gòu)上的顯著差異。
現(xiàn)貨電池儲(chǔ)能市場(chǎng)
類似于德國(guó)，中國(guó)也有大量高耗能企業(yè)，市場(chǎng)平衡機(jī)制將在其中發(fā)揮關(guān)鍵作用。例如，工業(yè)園區(qū)可以通過(guò)光伏與電池結(jié)合，借助虛擬電廠商業(yè)模式參與現(xiàn)貨市場(chǎng)，不僅能幫助降低峰值電價(jià)，還可以參與系統(tǒng)調(diào)頻。在調(diào)峰納入現(xiàn)貨市場(chǎng)后，企業(yè)甚至有機(jī)會(huì)直接從現(xiàn)貨市場(chǎng)中獲利。
與傳統(tǒng)價(jià)格機(jī)制相比，電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的價(jià)格波動(dòng)性顯著增強(qiáng)。事實(shí)上，現(xiàn)貨市場(chǎng)上電池儲(chǔ)能的盈利能力高度依賴市場(chǎng)平衡機(jī)制，而調(diào)峰是價(jià)格波動(dòng)和市場(chǎng)活躍的主要驅(qū)動(dòng)因素?；痣娮鳛檎{(diào)峰電源提供分鐘級(jí)調(diào)節(jié)，而電池儲(chǔ)能可實(shí)現(xiàn)秒級(jí)調(diào)節(jié)，兩者之間時(shí)間尺度差異較大，這為調(diào)峰資源的協(xié)調(diào)帶來(lái)了難題。實(shí)際上，這種差異應(yīng)從調(diào)平衡的角度去理解并加以有效利用。
當(dāng)前，中國(guó)尚未建立市場(chǎng)平衡機(jī)制，但正在積極推進(jìn)相關(guān)研究。山西省已將調(diào)峰機(jī)制引入電力現(xiàn)貨市場(chǎng)，為電池儲(chǔ)能商業(yè)模式奠定了良好基礎(chǔ)。當(dāng)然，一個(gè)獨(dú)立的調(diào)峰市場(chǎng)也可以引入市場(chǎng)平衡機(jī)制，其優(yōu)點(diǎn)是不受節(jié)點(diǎn)電價(jià)的約束，因此，更具有公平性。然而，其缺點(diǎn)在于調(diào)峰市場(chǎng)的信號(hào)可能與現(xiàn)貨市場(chǎng)的信號(hào)不一致，可能會(huì)對(duì)市場(chǎng)參與者的決策帶來(lái)一定困擾。隨著新能源占比的持續(xù)上升，市場(chǎng)平衡機(jī)制的逐步完善將進(jìn)一步推動(dòng)電池儲(chǔ)能在調(diào)節(jié)與平衡中被廣泛應(yīng)用。
中國(guó)水利資源豐富，水電與集中式電池儲(chǔ)能的結(jié)合在電力現(xiàn)貨市場(chǎng)中可能具有良好的盈利前景。在調(diào)峰機(jī)制納入現(xiàn)貨市場(chǎng)的地區(qū)，水電與集中式電池儲(chǔ)能結(jié)合，聯(lián)合使用隨機(jī)優(yōu)化和基于趨勢(shì)跟蹤的人工智能算法，盈利潛力會(huì)更大，成為一個(gè)極具吸引力的選擇。趨勢(shì)跟蹤作為正常的市場(chǎng)行為，不僅能提升盈利水平，還能降低市場(chǎng)價(jià)格。同時(shí)，需要做好解釋工作，避免這種盈利潛力受到電價(jià)政策的限制。
電池儲(chǔ)能在電網(wǎng)調(diào)度中的應(yīng)用
有國(guó)內(nèi)的電池廠家預(yù)計(jì)，開發(fā)和管理“零碳”電網(wǎng)的業(yè)務(wù)市場(chǎng)規(guī)模未來(lái)可能比電動(dòng)汽車市場(chǎng)大十倍。電網(wǎng)調(diào)度應(yīng)用主要涉及削峰填谷、提供無(wú)功支持和提升電力系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面。
隨著電池價(jià)格的持續(xù)下降，以及現(xiàn)場(chǎng)購(gòu)電協(xié)議減免過(guò)網(wǎng)費(fèi)用的推動(dòng)，基于電池的削峰填谷調(diào)度模式正呈現(xiàn)一定程度的回歸趨勢(shì)。與德國(guó)不同，由于中國(guó)電價(jià)水平較低，這一商業(yè)模式在盈利能力上是否優(yōu)于現(xiàn)貨市場(chǎng)和調(diào)頻市場(chǎng)，仍需視具體情況而定。
新能源比例的不斷提升，特別是在輸配電網(wǎng)未分離的場(chǎng)景下，基于電池的電壓/無(wú)功優(yōu)化潛力顯著增加。無(wú)功優(yōu)化與削峰填谷結(jié)合的“一池多用”模式有望顯著提高盈利水平。
在電力系統(tǒng)穩(wěn)定性方面，與德國(guó)不同，中國(guó)仍保留了大量的傳統(tǒng)電廠，部分地區(qū)甚至在擴(kuò)建。雖然中國(guó)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性問(wèn)題暫時(shí)沒(méi)有德國(guó)突出，但由于電壓等級(jí)高和輸送距離遠(yuǎn)，電網(wǎng)公司可能還會(huì)提前制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于電池制造商而言，德國(guó)的網(wǎng)絡(luò)助推器和構(gòu)網(wǎng)型電池儲(chǔ)能市場(chǎng)，可能會(huì)首先獲得更多的關(guān)注。實(shí)際上，國(guó)內(nèi)頭部電池廠家大多依賴歐洲、特別是德國(guó)和英國(guó)的電池市場(chǎng)，以彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)“內(nèi)卷”帶來(lái)的利潤(rùn)損失。
綜上所述，德國(guó)在電池儲(chǔ)能發(fā)展過(guò)程中積累的正反兩方面經(jīng)驗(yàn)，對(duì)中國(guó)具有一定的借鑒意義。值得注意的是，在德國(guó)，虛擬電廠主要作為市場(chǎng)的輔助工具，關(guān)鍵在于市場(chǎng)機(jī)制和商業(yè)模式的運(yùn)作。目前，虛擬電廠不僅用于分布式新能源，還更多地參與傳統(tǒng)電廠的聯(lián)合調(diào)度。相比之下，在中國(guó)，虛擬電廠則更側(cè)重于需求側(cè)響應(yīng)與控制。這種差異或許與兩國(guó)現(xiàn)行的調(diào)度方式及發(fā)電側(cè)電價(jià)機(jī)制的不同有關(guān)。
進(jìn)一步而言，一方面，“一池多用”的商業(yè)模式在不同市場(chǎng)中的特點(diǎn)值得參考；另一方面，除了關(guān)注電池的經(jīng)濟(jì)性，也應(yīng)重視其在市場(chǎng)中的作用。例如，電池套利和趨勢(shì)跟蹤等方法都是合理的市場(chǎng)行為，既能增強(qiáng)系統(tǒng)平衡能力，又能降低系統(tǒng)成本。
電池儲(chǔ)能只是眾多儲(chǔ)能方式之一，綜合儲(chǔ)能往往能帶來(lái)更顯著的協(xié)同效應(yīng)。例如，光伏與熱泵及儲(chǔ)熱的結(jié)合、抽水蓄能與電池儲(chǔ)能的結(jié)合、網(wǎng)絡(luò)助推器電池與電轉(zhuǎn)熱的結(jié)合，以及風(fēng)電光伏儲(chǔ)能與構(gòu)網(wǎng)型電池儲(chǔ)能的結(jié)合等。因此，以綜合儲(chǔ)能輔助服務(wù)技術(shù)為基礎(chǔ)的綜合能源服務(wù)和綜合能源網(wǎng)絡(luò)，才是推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型的最終方向。
最后需要強(qiáng)調(diào)的是，德國(guó)堪稱新能源商業(yè)模式的試驗(yàn)場(chǎng)，積累了豐富的正反兩方面經(jīng)驗(yàn)，借鑒它們可以顯著降低試錯(cuò)成本。然而，由于中國(guó)國(guó)情、經(jīng)濟(jì)布局和地理?xiàng)l件與德國(guó)存在明顯差異，直接復(fù)制德國(guó)的做法未必合適，仍需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。
