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儲能+光伏:如何成為新能源經濟驅動?

儲能+光伏:如何成為新能源經濟驅動?

發布時間:
2015/10/23 14:41
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  根據國際可再生能源署發布的《2014年可再生能源發電成本》,可再生能源發電成本可能下降到與化石燃料發電成本持平甚至更低的水平。根據該報告,目前獨立風電項目發電成本最低僅為0.05美元/度;公用事業規模的光伏發電成本也可降至0.08美元/度。

  更重要的是,與傳統能源不同,可再生能源技術還處于快速進步的階段,未來成本還將持續降低。但是,可再生能源也有固有的缺陷,風能和太陽能都有波動性和間歇性,大規模接入電網會影響到電網的穩定性和安全性,大幅度提高電網成本。因此可以說,制約可再生能源大規模發展的主要因素已經不是發電成本,而是電網對其的接納能力和電網成本,而儲能技術是破解這個難題的關鍵。

  通常討論的儲能技術一般是指儲電,即通過一定的物理和化學手段將電能存儲起來。目前已經成熟商業化應用的儲能技術包括抽水儲能和壓縮空氣儲能。隨著電池成本的不斷下降,大容量電池儲能也開始得到廣泛關注。從儲能的技術路徑選擇上,抽水儲能和壓縮空氣儲能受到地理條件的限制,規模發展存在瓶頸,而且其無法應用于獨立的微電網;而電池儲能從規模和使用環境上都有很強的靈活性。在幾種電池儲能的技術中,目前最有潛力的是鋰電池,很有可能是儲能發展的主要方向。

  曾幾何時,儲能技術還只是科學家們的討論,美國的特斯拉(Tesla Motors)一下子把儲能技術和大眾拉近了。特斯拉于今年4月推出了幾款商業化的鋰電池,涵蓋了從家用級一直到電網級的不同產品,對應的存儲規模從7千瓦時一直到10千千瓦時以上。雖然特斯拉電池從技術上似乎并沒有什么創新,但其最大的特點在于電池平衡系統和成本上的優勢。按其家用級產品Powerwall計算,儲能成本已低至350美元千瓦時。

  影響儲能投資收益的主要有兩個因素:一個是儲能的每個充放電循環能夠帶來的經濟價值,另一個是儲能系統的充放次數。其中,充放次數受到電池性能的制約,一般變化不大。因此影響儲能投資收益的關鍵,就在于每次循環過程中充電的成本與放電的收益之間的差值。以特斯拉電池的成本為例,在6%的貼現率下,考慮到充放電的電量損失,當充放電的價差在1元千瓦時以上時,電池投資就可以收回成本。而中國許多地區峰谷電價差都已經大于1元千瓦時,這些地方的儲能投資已經能夠帶來正回報,雖然還不是好回報。

  簡單歸納,未來儲能技術的具體應用上,可以有三種模式:第一種是“儲能+大電網”,即用戶可以在電價低時儲電而在電價高時由儲能系統供電。這種模式相當于利用大電網的峰谷電價差進行套利。目前美國和歐洲都已經有了利用儲能進行電力套利的項目。在中國東部一些峰谷價差較大的地區,利用儲能進行電力套利在經濟上也已具備可行性。從電網的角度來看,電力套利的存在使得電網可以利用價格工具來實現調峰,因此對整個電力系統效率是有好處的。但該模式更多的只是實現電網負荷的調節,對于能源結構的影響和低碳發展的作用則相對有限。

  第二種模式是依靠“儲能+可再生能源”建立的獨立微電網,與電網分離運行。這一微電網是一個完整的自我控制系統,作為完整的電力系統,能實現功率平衡控制、系統運行優化等方面的功能,可以孤立運行。由于其能夠徹底擺脫對于傳統能源和大電網的依賴,可以實現靈活按微小區域劃分的電力自足系統。

  微電網還可以與電網并網運行,這就是現實中常常會看到的第三種模式,既“儲能+可再生能源+大電網”。儲能在其中起到了平滑可再生能源的作用,但還可以和大電網互通有無,交換一部分的電能,用戶可以根據電價進行權衡后選擇最優的儲能規模。根據目前電池投資的盈虧點,該模式要想實現經濟上的吸引力,還需要電池與可再生能源成本的進一步降低。有學者對德國的“光伏+儲能+大電網”的模式進行過評估,只有0.28歐元千瓦時的電價,按4%的貼現率計算,儲能加光伏發電才能勉強實現盈利。

  儲能+可再生能源”的獨立微電網代表能源行業發展和人類能源供需的未來。一方面,應對氣候的低碳發展將迫使人類發展清潔的可再生能源。另一方面,保證供電可靠性和供電質量要求解決可再生能源的穩定性問題;以及由于解決目前可再生能源嚴重的市場消納困難和遠距離輸電成本,需要盡可能在靠近負荷中心設立電源,微電網可以減少分布式能源的種種缺陷和約束,而更具有經濟性。

  由于概念簡單,“儲能+可再生能源”的獨立微電網的可行性主要是成本約束,就是儲能成本和可再生能源的成本。只有當儲能成本加可再生能源成本小于傳統能源成本加輸配電成本時,這種模式才具備基本的經濟驅動力。根據目前情況,“儲能+可再生能源”的微電網最終成功,可能還需要多年的技術進步才得以實現,但不是遙不可及,由于其帶來的可能沖擊巨大,傳統的能源企業務必小心關注。

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