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光伏新能源来袭 改变原有电网模式

行业上下游中国仪表网2015年10月30日 18:09人气:11471

  【中国仪表网 行业上下游】随着电池技术的成熟,以及德国政府电池储能补贴政策的出台,电网调频市场与家用储能市场引爆了德国储能市场。
  

  在遵循“厂网分开”和交易机构独立原则的德国电力市场,输电企业既不可以从事发电业务,也不可以成为交易商。
  
  但是,它们依然要负责电网频率的调度,从而维护电网的稳定性。因此,它们要么得在调频市场进行电力交易,从而对电网实现充放电;要么得增加硬件投资,例如购买变压器,或者扩充电网。
  
  调频市场通过网上公开拍卖的形式进行,而输电企业可以在这里交易未来一段时间内所需的充放电服务。其中,一次调频市场对技术的要求颇高,它要求服务商能够在输电企业发出调频需求的30秒钟之内作出反应。这种实时需求的特性,吸引了电池储能技术提供商的兴趣。
  
  欧洲的一次调频市场每周进行一次网上拍卖。传统上来说,发电站会预留一些发电设备,从而为电网提供充放电服务;或者,电力服务公司会整合工业用户的资源,从而为电网提供充放电的商业化服务。但是,既然输电企业的电网有充放电的需求,为什么不用电池来实现这项服务呢?
  
  电池储能提供者在赢得输电企业标的后,将在未来一周为输电企业预留足够电池容量。当这些电池接到输电企业的充放电指令时,电池设备就可以自动进行相关操作。
  
  伴随着日益增加的研发投入,作为储能介质的电池价格大幅降低;与此同时,电网技术亦不断提高,这让电池储能的商业化运作成为可能,进而让电网得以更好地平衡光伏、太阳能等可再生能源所带来的波动性,让可再生能源更大比例地接入电网。
  
  抢滩电网市场
  
  以科技企业Younicos为例,它并非电池生产企业,而是从市场上采购来电池,再自行设计软件系统。这套设备可以将充放电的反应速度提高到200毫秒(即,0.2秒)之内。
  

  “除了提高电池反应速度以满足电网的稳定性要求外,还可以通过软件设计,以优化电池的工作环境,从而提高电池的寿命。”Younicos公关经理赫瑟曼泽(Philip Hiersemenzel)对《财经》记者表示,“因此,同样是三星的锂电池,但考虑到电池在不同工作环境下的状态差异,三星给了我们20年的电池担保,远远高于它为电动汽车企业提供的担保期限。”
  
  除了科技新秀Younicos,德国电力电子巨头博世(Bosch)以及德国能源提供商Wemag等,均通过锂电池或铅酸电池技术,涉足一次调频市场。
  
  根据德国联邦外贸与投资署数据,德国本土一次调频市场在过去四年的周均价为3200欧元/MW。德国一次调频市场的电力交易量为570MW,欧洲市场更是达到3000MW。
  
  然而,电池储能服务提供商在这一市场的容量,则是从2012年的1MW激增到2014年的22MW,仍有较大的增长空间。
  
  “在商业化运作之前,这些储能服务提供商需要先满足输电企业的安全要求,从而证明自己能够安全有效地进行调频服务后,才能接入全国高压电网的一次调频市场。”德国联邦外贸与投资署储能与燃料电池项目高级经理霍特哈希尔(Tobias Rothacher)对《财经》记者解释。因此,这些电池储能服务商需要与输电企业之间进行紧密的研发调试配合。
  
  然而,这些储能企业关注的不仅仅是这个“现成”的一次调频市场,它们更将目光瞄准了连接可再生能源的微电网系统。
  
  由于当前的微电网系统主要靠柴油或汽油发电机维持电压和频率的稳定,因此可再生能源仅占电力总量的15%至30%。
  
  宣布放弃核能的德国,计划到2020年将可再生能源比重提高到35%,并在2050年提高到80%。
  
  这一政策目标为储能技术企业提供了广阔市场前景,它们纷纷设立实验室或示范性项目,一边累积实际数据以进行技术储备,一边用软件模拟效果说服潜在的客户,从而成为可再生能源的缓冲器。
  
  以Younicos为例,它在柏林Adlershof科学园的实验室里,配备了1组1MW/6MWh的纳硫电池、1组200kW/200kWh的锂离子电池、1组兆瓦级的智能交频器、 1个可接入天气数据的能源管理设备、1台1MW的柴油发电机、1个14公里的中压配电网,以及风能光伏发电器与能源消费者的模拟器。
  
  通过这个实验室里的设备组合,Younicos可以根据不同地区的实际情况,模拟出实时的发电与用电情况,从而设计商业模式。
  
  他们坚信自己的电池管理能力和交频器设备量可以帮助电网实现100%的可再生能源并网。
  
  此外,大型电池储能提供商还在开发包括租赁在内的新商业模式。在这个模式下,一个小区分散化的剩余发电量可以集中储存到一个电池中,从而给终端用户提供电力服务。这个概念目前正在曼海姆等地进行测试。SolVer、Strombank、adstec等公司正涉足这种小区储存市场。
  
  除了调频市场,调峰市场亦被资本市场看好。
  
  传统的储能技术用抽水的方式,利用剩余的电量将水抽至高位蓄存,并在用电时利用水的势能发电。根据美国能源部2013年12月发布的报告,美国的电网储电装机容量为24.6GW,约占发电量的2.3%,其中95%为抽水蓄能。
  
  然而,风投涌动的美国市场在储能法案与公私联营项目的推动下,电池储能市场发展十分迅猛。在非抽水蓄能的1.2GW装机容量中,有26%为电池储能,约为304MW装机容量。
  
  相比之下,国际电池储能市场发展水平则明显滞后。
  
  根据2013年6月的彭博储能市场观察报告,意大利电池储能的装机目标容量为75MW,日本为30MW,韩国为154MW。
  
  而美国市场与技术的突飞猛进,正拉动其他工业国的电池储能发展。以Younicos为例,这家发源于德国的企业,在2014年兼并了美国电池储能技术公司Xtreme Power,从而获得了后者在夏威夷的兆瓦级储能管理经验,和在得克萨斯的36兆瓦级风电储存智能电网管理经验。
  
  补贴转向家庭储能
  
  在金融危机前全球光伏产能激增,与金融危机后光伏市场需求量降低的双重推动下,德国从2009年开始,家庭屋顶太阳能发电价格直线下降。
  

  德国联邦外贸与投资署推算,以缅因河畔的法兰克福地区为例,家庭屋顶太阳能发电在2011年初实现“电网平价”,即:家庭太阳能发电价格与家庭电网购电价格持平。
  
  当时,居民电价约为0.25欧元/千瓦时。考虑到光照时间和家庭用电时间错开,德国居民的家庭发电量仅占用电量的30%,其余用度需从电网购买。但由于德国采取了包括提前废止核电在内的一系列能源转型举措,德国电价持续上涨。
  
  与此同时,德国的并网补贴自2009年后也大幅减少。以装机容量30kW的居民屋顶项目为例,并网补贴价格从2004年0.57欧元/千瓦时的历史高位,一路降低到2014年的0.12欧元/千瓦时。这使得居民一方面要面对持续增长的购电电费,一方面要面对持续走低的自发电并网补贴。
  
  幸运的是,由于电池技术的突破,以及电池生产出现规模经济效益,电池价格亦大幅跳水。
  
  国际可再生能源机构(IRENA)今年发布的数据显示,电池价格自2011年至今已降低50%,并有望在2020年相较今天再降低50%以上。
  
  并网电价补贴逐步淡出的德国,开始将补贴政策转向对电池储能系统的补贴。
  
  2013年5月,德国政府通过政策性银行——德国复兴信贷银行(KfW)对家用太阳能电池储能系统进行补贴。
  
  KfW截至2015年的数据显示,2013年至2014年,德国光伏发电电池储能系统装机数量增长率超过50%,并在2015年4月达到1万余套。目前,德国家庭光伏发电装机数量有150万套。
  
  欧盟委员会估计,如果家庭光伏发电系统的峰值功率为1.5kWp,储电时间2小时,即3千瓦时的电池,可将自产光伏电量占家庭耗电量的比重,从原先的30%提高到45%到75%。因此,德国联邦外贸与投资署预计,2016年家庭光伏发电与电池储能系统将达到“电池平价”,即:光伏发电费用加电池储能系统的成本价与居民购电价格持平,约为0.32欧元/千瓦时。
  
  德国、意大利之外的其他欧盟国家,在实现“电网平价”后,也纷纷采取淡出并网补贴的政策。
  
  分析公司IHS在2014年发布的数据显示,全球家庭光伏发电电池储能装机容量,将从2014年的90MW增长至2018年的900MW,其主要增长市场为德国、意大利与英国。电动汽车领军者特斯拉也在2015年4月,推出7千瓦时与10千瓦时两个版本的低成本家用电池产品Powerwall。
  
  欧盟委员会在2015年7月发布的报告亦显示,这种鼓励家用光伏储能设备的政策,也有助于提高电动汽车的使用率。来自移动储能市场和固定储能市场的双向利好,使得电池价格降低与电池工厂投资相互促进。特斯拉亦在2015年3月宣布,在美国内华达州建立电池工厂Gigafactory。预计2020年建成时,其年电池产量将达到35GWh。
  
  除了居民光伏电池储能市场,一些公司也开始瞄准工厂这一类耗电大户。通用电气公司(GE)在柏林的混合电站是用电池和储热设备两种储能介质,对热电联产和光伏发电两种发电模式进行优化,从而调节自己工厂的峰谷用电。目前,这套设备仍在测试阶段,尚未完成一个年度生产周期。
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