中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近年來(lái)，中國(guó)大力發(fā)展風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電，裝機(jī)容量持續(xù)攀升。2025年第一季度，我國(guó)風(fēng)電+光伏新增裝機(jī)74.33GW，累計(jì)達(dá)到1482GW，首次超過(guò)火電裝機(jī)規(guī)模。同期，風(fēng)光發(fā)電量達(dá)5,364億kWh，占全社會(huì)用電量22.5%。風(fēng)光發(fā)電固有的間歇性與波動(dòng)性，導(dǎo)致其在特定時(shí)段（如陽(yáng)光輻射極佳光伏發(fā)電出力大增的午間和在用電低谷的后半夜刮大風(fēng)時(shí)）產(chǎn)生大量富余電力。傳統(tǒng)方案如抽水蓄能建設(shè)周期長(zhǎng)并受地理限制，難以在短期內(nèi)大量建成投產(chǎn)。而新型儲(chǔ)能如電池儲(chǔ)能投資成本高，壽命相對(duì)較短。
目前，中國(guó)的家庭已經(jīng)普遍安裝了家用電熱水器或天然氣熱水器，按每年每人用熱水熱能500kWh計(jì)，全國(guó)就有7000億千瓦時(shí)的熱水熱能。利用家用電熱水器的用電儲(chǔ)熱功能形成“熱能電池”，將幾億家庭的熱水需求轉(zhuǎn)化為電網(wǎng)的靈活調(diào)節(jié)資源，能夠?qū)崿F(xiàn)高效率、低成本地消納過(guò)剩風(fēng)光電力。
現(xiàn)狀：風(fēng)光電過(guò)剩與“家庭儲(chǔ)能”設(shè)施閑置并存
風(fēng)電、光伏發(fā)電成本的斷崖式下降是熱水器儲(chǔ)能大規(guī)模發(fā)展的基石。2023年起，全國(guó)范圍內(nèi)大多數(shù)地區(qū)風(fēng)光發(fā)電的平均發(fā)電成本（LCOE）已經(jīng)普遍低于新建燃煤電廠。在我國(guó)部分太陽(yáng)能資源優(yōu)越的地區(qū)，光伏發(fā)電成本甚至可低至0.1元/千瓦時(shí)左右。然而，風(fēng)光發(fā)電“靠天吃飯”的特性，使其發(fā)電功率與用電需求時(shí)空錯(cuò)位明顯。在電網(wǎng)需求低而風(fēng)光發(fā)電出力大的時(shí)段，過(guò)剩電力無(wú)處可去，“棄電”成為常態(tài)。目前調(diào)節(jié)風(fēng)光發(fā)電波動(dòng)和過(guò)剩的手段主要是集中式儲(chǔ)能和電網(wǎng)升級(jí)。抽水蓄能電站在用電低谷期夜間抽水，白天用電高峰時(shí)發(fā)電，其運(yùn)行成本低且壽命長(zhǎng)，但建設(shè)周期長(zhǎng)并受地形、水源等限制。
近年來(lái)，我國(guó)抽水蓄能裝機(jī)翻倍，從2015年的2280萬(wàn)kW增加到2024年底的5869萬(wàn)kW。然而，單純依賴(lài)抽水蓄能難以滿足快速增長(zhǎng)的電力調(diào)節(jié)需求。相比之下，鋰電池等新型電儲(chǔ)能建設(shè)周期較短且布局靈活，可隨時(shí)響應(yīng)，但系統(tǒng)成本仍在800元/千瓦時(shí)左右，電池壽命往往只有幾年。2024年底，蓄電池儲(chǔ)能電站的儲(chǔ)能容量為1.68億kWh。兩者都難以在短期內(nèi)滿足高速發(fā)展的風(fēng)光電的消納補(bǔ)償需求。
與此同時(shí)，家庭層面蘊(yùn)藏著巨大的可調(diào)節(jié)電力負(fù)荷。家用電熱水器功率一般為3kW，可在風(fēng)光電發(fā)電的高峰和用電低谷，即中午（光伏發(fā)電高峰、家中用電空置時(shí)段）和后半夜（風(fēng)電發(fā)電高峰、用電低谷）啟動(dòng)加熱，將過(guò)剩電力轉(zhuǎn)化為熱能。這兩個(gè)時(shí)段家用電器負(fù)荷極低，無(wú)須升級(jí)住宅區(qū)的電網(wǎng)容量，即可靈活消納。
按全國(guó)每人有平均1千瓦的熱水器功率，若全國(guó)的熱水器都為電熱水器時(shí)，就等于擁有14億千瓦的抽水蓄能電站，既可削減傍晚和清晨洗浴高峰也是用電高峰時(shí)的用電量，又可消納中午和深夜的過(guò)剩電力。這種用戶(hù)側(cè)調(diào)節(jié)方案難度低、見(jiàn)效快、投資僅數(shù)百元/臺(tái)，是容易落地的“家用儲(chǔ)能”路徑。
解決方案：把家用電熱水器改造為“熱能電池”
這一方案的技術(shù)機(jī)制在于，儲(chǔ)水式電熱水器利用電加熱元件將電能轉(zhuǎn)為熱能，存儲(chǔ)在保溫水箱內(nèi)。在電網(wǎng)的電力富余時(shí)段（如中午12:00左右光伏峰值或后半夜風(fēng)電高峰）自動(dòng)啟動(dòng)加熱，將水箱溫度最高提升至75℃（國(guó)標(biāo)GB4706.12—2006最高允許值）；在電網(wǎng)用電緊張自動(dòng)停機(jī)，使用已存熱水。以60升熱水罐的機(jī)型為例，將水從15℃加熱到75℃需約4.5kWh，等同于一塊4.5kWh的“熱能電池”。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，需要對(duì)現(xiàn)有的家用儲(chǔ)水式電熱水器進(jìn)行一定改造。一是加裝智能控制器：核心是智能繼電器（或升級(jí)熱水器內(nèi)置控制器），如果有智能電表，配合電網(wǎng)給智能電表的信息運(yùn)行。如果沒(méi)有智能電表，則在智能繼電器中按照電價(jià)的時(shí)段，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟?？刂?。二是提供用戶(hù)友好的操作界面，設(shè)置“智慧模式”（自動(dòng)響應(yīng)電網(wǎng)）和“即時(shí)加熱”（滿足臨時(shí)使用需求）選項(xiàng)，保障用戶(hù)的使用舒適度。
智能家用熱水器可起到“一箭三雕”之效：消納、降本、削峰填谷。家庭熱水需求具有明顯時(shí)段性，一般在清晨和傍晚用水高峰出現(xiàn)。我國(guó)多地調(diào)查表明，居民熱水負(fù)荷日內(nèi)典型呈現(xiàn)“雙峰”結(jié)構(gòu)，一次在早晨6:00—8:00（起床洗漱），一次在19:00—22:00（洗澡清潔）。如果在白天光伏發(fā)電過(guò)剩時(shí)段（11：00—14：00）和后半夜風(fēng)電過(guò)剩時(shí)段（1:00—6:00）自動(dòng)啟動(dòng)電熱水器對(duì)儲(chǔ)水罐中的水加熱，在早晨（6:00—8:00）和傍晚（19:00—22:00）用電高峰使用存儲(chǔ)的熱水，既可以有效消納過(guò)剩風(fēng)光電，也可降低用戶(hù)用能成本，同時(shí)通過(guò)負(fù)荷的削峰填谷減輕電網(wǎng)壓力，有“一箭三雕”之效此外，由于電熱水器有相當(dāng)?shù)谋啬芰?，提前?chǔ)熱并不會(huì)對(duì)用戶(hù)的使用舒適性造成明顯影響。
經(jīng)濟(jì)性與儲(chǔ)能潛力分析。與抽水蓄能和電池儲(chǔ)能相比，家用電熱水器的儲(chǔ)熱成本極低。大多數(shù)家庭已經(jīng)擁有電熱水器，利用現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行夜間或低谷時(shí)段加熱幾乎無(wú)須額外投資。用戶(hù)無(wú)須購(gòu)置新的電熱水器，增量投入僅為智能控制裝置。在有分時(shí)電價(jià)的地區(qū)，由于將加熱水的時(shí)間集中在低電價(jià)時(shí)段，用戶(hù)節(jié)省了電費(fèi)。
水熱儲(chǔ)能的一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于無(wú)須額外維護(hù)或更換老化部件，可長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。全國(guó)有數(shù)以?xún)|計(jì)的家用熱水器?，F(xiàn)有電熱水器的功率一般為3kW，平均儲(chǔ)熱量為約4.5kWh。如果全國(guó)的熱水器全部更換為電熱水器，則平均每人的熱水器功率為1kW，儲(chǔ)熱容量約為1.5kWh。于是全國(guó)的熱水器總計(jì)約為14億kW，有21億kWh的儲(chǔ)能容量。如果給這些熱水器全部加裝智能控制器，等于建設(shè)了總計(jì)14億kWh、21億千瓦時(shí)的蓄電池儲(chǔ)能電站。而現(xiàn)在中國(guó)的抽水蓄能儲(chǔ)能電站僅有5869萬(wàn)kW，蓄電池儲(chǔ)能電站僅有1.68億kWh的儲(chǔ)能容量。
將一個(gè)3kW、60升的家用電熱水器的水從15℃加熱至75℃，每次加熱需要4.5kWh的電量，等于存儲(chǔ)了4.5kWh的電力。而購(gòu)買(mǎi)和安裝智能控制器的費(fèi)用僅為300元左右。這意味著，將家用電熱水器改造成消納過(guò)剩風(fēng)光電的儲(chǔ)能裝置的單位功率投資僅為約100元/kW，單位儲(chǔ)能量的投資僅為67元/kWh。相比之下，抽水蓄能的單位功率投資約為6000元/kW，電池儲(chǔ)能的單位儲(chǔ)能量投資約為800元/kW。
政策建議
為將家用電熱水器轉(zhuǎn)變?yōu)橛行У姆植际絻?chǔ)能資源，可從以下三個(gè)方面落地推進(jìn)。
首先，在全國(guó)范圍對(duì)居民用電普遍實(shí)行分時(shí)電價(jià)。目前，全國(guó)有20多個(gè)省對(duì)工商業(yè)用電戶(hù)實(shí)施了分時(shí)（峰谷）電價(jià)，但對(duì)居民用電戶(hù)采用分時(shí)電價(jià)政策的僅有山東、江蘇、浙江等少數(shù)幾個(gè)省。這是釋放家用電熱水器“儲(chǔ)能”潛力的最重要機(jī)制條件。
其次，建議給所有家庭的電熱水器免費(fèi)購(gòu)買(mǎi)安裝智能控制裝置，使熱水器能根據(jù)電價(jià)時(shí)段或電網(wǎng)負(fù)荷自動(dòng)啟動(dòng)，同時(shí)保留用戶(hù)“即時(shí)加熱”按鈕，兼顧靈活性和便利性。
再次，制定統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，明確智能熱水器的最小調(diào)節(jié)功率（≥500W）、響應(yīng)時(shí)延（≤5分鐘）、通信協(xié)議及加密要求，確保設(shè)備能安全響應(yīng)調(diào)度指令。考慮到智能電熱水器是通過(guò)公共通信網(wǎng)或者通過(guò)時(shí)間進(jìn)行調(diào)度，為保證電網(wǎng)的運(yùn)行安全，政府應(yīng)對(duì)智能插座/繼電器制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和通信協(xié)議，防止電熱水器的啟停被非法控制。
把家用電熱水器改造為分布式儲(chǔ)能單元，不僅投資成本低、實(shí)施速度快，而且可在不降低用戶(hù)舒適性的前提下，能夠?qū)⑦^(guò)剩風(fēng)光電“鎖進(jìn)”熱水箱，隨需釋放。全國(guó)總計(jì)14億千瓦、21億千瓦時(shí)的電熱水器儲(chǔ)能能力，可為約20億千瓦的新增風(fēng)光電提供過(guò)剩電消納能力，每年消納約7000億千瓦時(shí)的過(guò)剩風(fēng)光電。
