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英國與加州緣何走在全球儲能技術應用市場前列？
來源：《財經》雜志 | 0評論 | 5096查看 | 2017-07-27 14:47:00    
       我們正(zheng)處在大規模儲(chu)能(neng)的(de)商業應(ying)用和電(dian)池投資激增的(de)臨界點，英國和加州是兩個先驅(qu)。英國私有的(de)、分拆(chai)的(de)電(dian)力市場給儲(chu)能(neng)的(de)發展提供了競(jing)爭機制，加州由于市場功(gong)能(neng)欠缺，通過政策激勵建成(cheng)了目前世界上最(zui)大的(de)儲(chu)能(neng)設施。

　　將近100年來，電力系統的設計壽命都大約是40年到50年，并有一定的柔性需求。能源在不斷變化，我們的系統也必須適應變化。隨著可再生能源和分布式發電的興起，系統的柔性越來越重要。如果沒有更柔性的系統，接入更多可再生能源的綠色世界會碰到更多的斷電事故，讓我們的數字世界陷入停滯。

　　柔性要求在電力需求上升時(比如晚上)或者可再生能源波動時(比如陰天或無風日)系統能提供更多的備用。這種柔性可以通過長距離高壓輸電(聯網)接入不同地區、時區的電源來實現，也可以通過本地的儲能來實現。

　　在電網聯網成本較高，或者受限于自然條件難以發展起大規模電網的孤島，儲能的需求會更加迫切。全球范圍來看，英國與加州是如今在儲能技術應用上走得比較靠前的兩個地區。

　　電池儲能迎來臨界點

　　儲能的應用在全球已經非常普遍，不過主要還是集中于技術含量較低的抽水蓄能，第一個抽水蓄能電站是1909年在瑞士的沙夫豪森(Schaffhausen)建成的，如今98%的儲能裝機都是基于這種有超過100年歷史的技術。抽水蓄能的概念簡單，開發總成本較高(通常需要數十億美元)，對環境影響較大。其他包括壓縮空氣儲能技術、電解制燃氣技術以及電池技術在內的儲能技術占據了剩下大約不到3%的投運儲能容量。

　　據國際能源署的2016全球投資報告介紹，每100億美元與電網相關的儲能投資中，超過80%投給了抽水蓄能。不過電網應用的電池儲能投資也增長迅速，2015年投資額是2010年的10倍。

　　盡管各種技術都在不斷發展，但從成本風險改善角度來看，電池技術是最有前景的。電池儲能的想法早在18世紀末就已經誕生，最早電池由Alessandro Volta發明。電池儲能的首次商業應用是在19世紀80年代，用來平衡紐約市區的隔夜電力負荷。不過直到20世紀70年代消費電子產品的出現，電池才迎來廣泛的商業應用。盡管電池技術已經在我們日常生活中普遍使用，但這些技術還未廣泛應用于現代電力系統。

　　大規模電池儲能系統的商業化難題仍然制約了它的應用。在包括中國在內的大多數國家，受困于電力市場結構、政策和法規等因素，電池投資者還很難從儲能中賺到錢，一個可持續的商業模式需要其收入大于成本。

　　好在情況正在迅速變化，電池儲能的投資即將變得越來越有利可圖。簡單來說，其商業模式由給社會創造價值的收入和成本綜合構成。

　　儲能可以通過降低輸配成本，提高柔性，提供輔助服務，增加備用容量和轉移需求時間(不限于高峰時段)為社會創造價值。然而，目前投資者只能從它創造的一部分價值中獲得收入。儲能要想有錢賺，需要商業模式和監管條件的創新，讓投資者能夠拿到更多的錢。

　　另一方面，儲能成本一直在下降，從2010年前后的超過1000美元每千瓦時下降到目前的400美元每千瓦時。通用汽車與特斯拉分別計劃到2021年和2020年將電池組件成本降低到120美元每千瓦時和100美元每千瓦時。

　　大規模儲能的商業應用前景需要進一步降低儲能成本、提高儲能收入。我們正處在電池投資激增的臨界點。

　　全球范圍來看，英國電力市場中的容量市場與輔助服務市場機制，為儲能在自由市場中如何發展帶來了啟示。而加州則是通過政府規劃部門的扶持，由電力公司主導進行儲能開發，是儲能在受管制的市場中發展的范例。

　　市場驅動的英國模式

　　英國儲能的發展離不開它成熟的電力市場結構。

　　英國從上世紀80年代撒切爾夫人執政時期開始了一系列能源市場自由化改革，是全球最早一批進行電改的國家。1989年的《電力法》，奠定了英國能源市場自由化和私有化的基礎。2000年頒布《公用事業法》，建立了電力批發交易平臺，并首次引入對可再生能源的補貼制度。2005年，引入BETTA(英國輸電和電力交易規則)，進一步提高能源市場競爭。2013年起，英國電改進入第四階段，提出電力市場改革(EMR)，引入差價合同和容量市場機制。

　　經過數輪改革，英國原來垂直一體化的電力產業結構被拆分為彼此獨立的發電商、網絡系統運營商、輸電商、配電商和零售商。除了系統運營商是國有的國家電網公司(National Grid)之外，隨著電力系統的自由化和私有化，在發電側和供應側都變成開放競爭環節，引入了更多的私有化資本投資，逐漸發展成為一個成熟的電力市場。

　　在英國的電力市場結構中，輸配電網包括私有的3個輸電網公司和8個配電網公司，在零售側，6個主要的能源供應商主導了這個市場，此外還有大約44個活躍的零售商和100多個注冊的零售商。

　　在英國，儲能項目主要通過其容量市場機制和輔助服務市場機制來獲利。

　　容量市場是2014年開始執行的，它是為確保英國未來能源供應的電力市場改革計劃(EMR)的一部分。容量市場機制的設立，是為了滿足電力供應短缺時，能夠有電力供應可以及時補充。為了補償這些備用容量電力的投資，通過設立容量市場，以拍賣的形式對容量進行定價，由政府支付這部分費用。

　　從2014年開始，英國每年會進行容量市場拍賣，為四年后的電力容量需求尋找備用機組。參與拍賣的發電商與需求側供應商報出自己四年后能夠提供的容量和價格，以能夠達到國家電網所測算的容量需求為最終需求，根據拍賣計算統一的出清價格作為容量市場價格。

　　2014年的首次容量市場拍賣，中標的絕大部分容量都是由英國已有的燃氣、生物質能和核電等老發電機組。2016年，首次有超過500MW的新建電池儲能在容量市場拍賣中獲得了合同，所有儲能占2020/2021年簽訂合同的總容量市場52.4GW的6%。這反映了隨著成本下降、技術成熟，電池儲能的商業可行性正在增大。2016年容量市場的拍賣出清價格為22英鎊每千瓦每年，高于一年前的18英鎊每千瓦每年，容量市場的出清價格越高，也意味著電池投資回報越好。

　　英國電力輔助服務市場是儲能能夠獲取商業回報的另一種途徑，先進頻率響應招標(EFR)是其中的典型機制。

　　隨著采用異步電機的新能源比例在電力系統中比例增大，替代了越來越多的采用同步電機的常規發電機組，這使得電力系統的慣量降低。而系統慣量反映了電力系統隨發電與負荷變化保持頻率穩定的能力，系統慣量與同步機組的容量直接相關，新能源機組不提供系統慣量。統計數據顯示，新能源比例升高后，面臨同樣幅度的供應、負荷波動，系統的頻率波動會更大。

       為了平抑這種波動，電網運營商需要(yao)采取(qu)措施維持頻率(lv)穩定。在(zai)此背景(jing)下，2015年4月，英(ying)國(guo)(guo)國(guo)(guo)家電網公司(si)啟(qi)動了先進頻率(lv)響應(ying)招標(biao)，總容量為201MW，尋求(qiu)響應(ying)時間(jian)在(zai)1秒或以(yi)內的頻率(lv)響應(ying)服(fu)務，維持電網頻率(lv)在(zai)50赫茲左右。

　　這一招標吸引了大量儲能的投資商，一共提交了243個儲能項目方案。最終，英國國家電網從中選中了8個中標者，價格為7英鎊到12英鎊/MW/小時不等，平均為9.44英鎊/MW/小時，所有招標采購價為6595萬英鎊。這次成功的招標確保了為期四年的輔助服務合同。

　　政策驅動的加州模式

　　加州是美國清潔能源發展最為激進的州之一。2016年底，加州境內風電、光伏、光熱的裝機容量已經占到加州總裝機容量的20%，其中光伏約占11%。

　　隨著可再生能源比例越來越高，尤其是光伏比例的大幅度提高，其波動性對電網系統的影響也越來越大。2012年，加州獨立系統運營商CAISO發布報告，提出在用電處在高峰、而光伏發電降低的傍晚時分，需要大量的柔性輔助服務來平衡系統。

　　這一動態響應的預測曲線就是加州有名的“鴨型曲線”(Duck Cruve)。

　　圖中的曲線表明了加州一天24小時中總能源需求減去可再生能源供應的凈需求。在傍晚，隨著太陽落山，光伏發電迅速減少，而用電需求卻在晚間進入高峰，需要非光伏發電迅速補充。

　　圖中多條不同的曲線代表著不
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