德国储能发展现状及对中国的借鉴意义-giz.pdf-solarbe文库

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德国可持续供热方案研究最佳实践及中国的适用性分析中德能源与能效合作伙伴德国储能发展现状及对中国的借鉴意义出版说明德国储能发展现状及对中国的借鉴意义研究报告在中德能源与能效合作伙伴项目框架下发布。中德能源与能效合作伙伴项目立足于政府层面，致力于促进中德两国政府在推动能源转型领域的政策对话，同时也促进两国企业的交流。中德能源与能效合作伙伴在两国主管部委领导下开展活动，中方负责整体协调的部门是国家发改委和国家能源局，德方是德国联邦经济与能源部。受德国联邦经济和能源部委托，德国国际合作机构（GIZ）负责该项目德方的具体实施。出版方中德能源与能效合作伙伴北京市朝阳区亮马河南路14号塔园外交办公楼2-5 邮编100600 c/o 德国国际合作机构 Torsten Fritsche Köthener Str. 2 柏林10963，德国研究负责人尹玉霞、Maximilian Ryssel 德国国际合作机构研究协调方 Wolfgang Eichhammer 弗劳恩霍夫系统与创新研究所（Fraunhofer ISI）作者 Wolfgang Eichhammer、郑琳、 Marian Klobasa 弗劳恩霍夫系统与创新研究所（Fraunhofer ISI）致谢特别感谢电力规划设计总院程晨璐和王雅婷对本研究的支持引用格式 Fraunhofer ISI.（2020）德国储能发展现状及对中国的借鉴意义卡尔斯鲁厄图片来源德国联邦经济和能源部（封面）本报告全文受版权保护。截至本研究报告发布前，德国国际合作机构和相关作者对出版物中所涉及的数据和信息进行了仔细研究与核对，但不对其中所涉及内容及评论的正确性和完整性做任何形式的保证。本出版物中涉及到的外部网站发行方将对其网站相关内容负责，德国国际合作机构不对其内容承担任何责任。排版翁芳萍德国国际合作机构 © 北京，2020年8月目录前言 4 缩略语表 5 1 执行摘要 7 2 简介德国储能发展 9 2.1 电力部门的灵活性需求不断增长 10 2.2 提升电力市场灵活性的方案 12 2.3 研究方法 14 3 德国和全球储能系统/技术的现状 15 3.1 储能系统的典型应用领域和技术特点 15 3.2 储能系统的现状与发展趋势 17 4 储能系统应用案例 26 4.1 储能案例的选择 26 4.2 15个案例的应用、技术和经济特征 27 4.3 德国储电利用的商业模式和市场模式 30 5 储能在德国能源转型中发挥的作用以及德国的储能支持政策 36 6 德国的储电规范 39 7 从中国的电力市场框架和政策背景看德国电力储能 41 8 图录 42 9 表录 43 10 参考资料 4 附件德国储能系统的15个案例 46 4 德国储能发展现状及对中国的借鉴意义尊敬的读者朋友们， 2020年新冠疫情在全球的爆发和流行让我们看到人类社会在环境灾难面前的脆弱性。在医护、科研人员全力应对，紧急开发疫苗的同时，为了支持经济发展和保障人民生活，各国政府也都相继出台了经济复苏和刺激计划。经济复苏计划的核心内容大多都涉及抓住机遇，实现“绿色复苏”和应对即将到来的全球变暖危机。例如，德国已通过了规模达1300亿欧元的一揽子经济复苏计划，其中500亿欧元的预算将用于德国的现代化建设，包括对可再生能源、公共交通、氢能和电动汽车的投资。同样，欧盟理事会批准了7500亿欧元的一揽子复苏计划，该计划将与巴黎协定和欧盟的气候目标保持一致。中国为确保“十四五”的高质量发展也制定了重要的目标和措施。能源转型对于减少碳排放至关重要。2020年上半年，德国可再生能源占该国净发电量的比例已超过55。因此，为解决和平衡可再生能源占比不断提高情况下带来的电力波动性、间歇性这一问题，我们亟需创新的解决方案和商业模式。近年来，德国储能市场十分活跃，尤其是在支持电力市场辅助服务和家庭应用方面更是如此。该研究报告聚焦于储能这一重要主题。报告描述了储能在德国所发挥的作用以及支持其发展的政策框架，并提供了不同储能应用的具体案例。报告在德国联邦经济和能源部（BMWi）和国家能源局（NEA）的指导下，由中德能源与能效合作伙伴项目发布。我衷心感谢所有参与报告研究的专家和合作伙伴（弗劳恩霍夫系统与创新研究所、电力规划设计总院以及中关村储能产业技术联盟）为该研究项目做出的贡献。希望本报告能引起我国储能行业的政治决策者、专家、企业等同行们的兴趣和关注，并对我国储能行业的未来发展有所借鉴和启示。 Markus Delfs 德国国际合作机构（GIZ）可持续转型--投资与基础设施、能源、交通、废弃物管理项目组主任前言 5德国储能发展现状及对中国的借鉴意义缩略语表缩略词 BESS 电池储能系统储能集中式太阳能吉瓦光伏热电联产调频备用可再生能源法液态空气储能超导储能电转合成气煤当量（1tce29.39千兆焦耳）压缩空气储能电动汽车德国标准化协会热电联产法案可再生能源资源商用与工业温室气体电转X（电力转换为X热能，交通工具，氢，合成燃料和化学品等）德国能源经济法案抽水蓄能电力网费条例电制氢 EV DIN LAES SMES CAES FCR EEG PHS StromNEV CHP GHG PtX EnWG PtCH4 Tce CI GW PV ES PtH2 CSP KWKG RES 释义 6 德国储能发展现状及对中国的借鉴意义缩略词 UPS 不间断电源虚拟电厂间歇性可再生能源车辆（电动汽车）到电网 VRE VPP V2G 释义 7德国储能发展现状及对中国的借鉴意义 1 执行摘要过去几年，在可再生能源和储能技术成本降低的双重推动下，储能行业发展相当迅速，尤其是得益于迅猛发展的电动汽车电池技术。储能是促进能源系统实现气候中性转型的重要驱动因素，同时储能还可以与其他能够提升高比例可再生能源电力系统灵活性的技术相结合，例如电网扩容、需求响应和能源效率技术。抽水蓄能系统和热储能系统与集中式太阳能电站相结合，已显示出通过大容量储能提供灵活性的能力。通过提供网络服务和优化输配电网，电池储能系统以及尚未得到广泛应用的储能技术如压缩空气储能越来越多地显本报告详细地探讨了三个商业案例大规模储能对电网频率调整的贡献、利用储能系统优化光伏电力自发自用、储能参与电力现货市场。储能在能源系统转型方面发挥着重要作用。然而，大规示出在提升灵活性方面所作出的贡献。电池储能不仅在大规模应用中意义重大，在电表后端需求侧这一小规模应用领域的作用同样不容忽视，其市场也在不断扩大。储能系统在德国越来越普及，一方面是由于德国电价较高；另一方面，光伏与储电相结合降低了自发自用的发电成本，因此独立用户对储能相关的解决方案很感兴趣。但是，这一发展趋势必须是有利于电网优化的，否则就必然要求电网的大规模扩容。在本报告第四章中，我们将选择15个储能系统的应用案例（其中大部分是德国案例）进行详细分析。表1展示了入选案例分属的类别模储能容量并不一定是成功实现能源转型的先决条件。在德国，良好的输电线路和与邻国的良好互联保证了足够的容量用以平衡大部分间歇性可再生能源。虽然与未来情景下的发电和输电相比，储能的能源总量很小，但是储能可以缓解电网扩容的压力，使转型过程更加平稳表115个储能系统应用案例概览电化学储能电池储能四例大型电池储能小型/分布式储能私人/家用（固定式家用储能）电网耦合式（捆绑式和独立式）两例非电网耦合式商用/企业数据中心（服务部门）工业内部物流公司电动出行储能电动汽车向电网放电（商用和公用）两例化学储能电转X 电制氢（电制氢与电动汽车相结合）电转合成气（电转甲烷与电动汽车相结合）机械储能抽水蓄能压缩空气储能 8 德国储能发展现状及对中国的借鉴意义 Shutterstock 311732285,Lee Yiu Tung 和高效。在电网扩容面临公众接受度问题的地区，情况尤其如此。在比德国小，且与邻国之间的互联线路不够理想的国家，例如，岛国或处于外围的国家如葡萄牙，储能的价值会进一步凸显。对于领土面积大的国家来说，情况也是如此。在这些国家中，由于可再生电力必须远距离输送，因此输电网络的成本更高。当前，针对灵活性利用的监管框架非常复杂多样。相关规定并非始终一致，而且分散在各种法律法规当中。因此，监管框架和电网使用费用机制的改进必不可少，从而鼓励灵活性利用，以便电网受益。但是储能系统的价格仍然高于其他灵活性方案。因此，降低成本是提高储能系统经济效益的最重要前提。除了研发以外，标准化对于提高储能系统经济效益也非常重要。标准化是批量生产的先决条件，并有助于加快技术知识传播和创新。除了经济效益外，安全性在电池等储能系统中也发挥着重要作用。标准化可以为产品安全性提高做出重要贡献。标准化还涉及其他方面（例如安装、验收、并网、处置），这些方面也与储能技术的发展有关。从国际上来看，标准化可以避免在贸易中出现技术壁垒，从而降低市场准入门槛。 © shutterstock/ petrmalinak 9德国储能发展现状及对中国的借鉴意义 2 简介德国储能发展在中国，可再生能源的快速发展增加了传统电厂和整个电力系统对灵活性的需求。弃风弃光仍一直是中国面临的一个挑战，虽然近年弃风弃光问题有所改善，但是中国电力部门仍需更多的灵活性。2016年中国全年弃风率高达17[1][2]，甘肃等省份全年弃风率甚至高达40。在采取了一系列措施后，到2019年，年弃风率和弃光率分别降至4和2。当前，提高电力灵活性的措施主要是针对火电厂。但在消费侧和输电侧，在引入平衡电力市场试点和计划引入针对需求响应措施的经济激励措施方面，灵活性潜力也变得越来越重要。尤其重要的是，设计针对灵活性的经济激励机制，即通过电力市场和交易所、平衡电力市场或通过网络运营商的干预（例如再调度、网络阻塞/并网管理），来改善灵活性的相应机制。储能系统在中国也发挥着重要作用。截至2018年底，中国的抽水蓄能电站已达约30吉瓦，电化学储能（电池储能）达到1吉瓦。中国政府计划推进电池储能设施扩大规模，以进一步推动可再生能源并网。然而，除了初始投资高或资本成本高以及技术难度大（生命周期、安全要求）以外，价格、市场以及针对储能利用的支持机制方面在未来发展中仍然面临挑战。 10 德国储能发展现状及对中国的借鉴意义图12020年7月德国的电力生产和消费结构（单位吉瓦）资料来源[4] 2.1 电力部门的灵活性需求不断增长可再生能源在能源系统中的占比提高使每小时发电模式发生变化。如果发电依靠风能和太阳辐射，则会导致发电过程中的波动性增加，而波动必须加以平衡。灵活性的定义如下“电力系统旨在确保发电和用电在时间和空间上时刻保持平衡。电力系统的灵活性代表了电力系统能够在多大程度上根据需求调整发电和用电，从而以具有成本效益的方式保持系统稳定。灵活性是指电力系统在面临供需急剧波动的情况下，保持持续供电的能力。”[3] 通常情况下，可再生能源的比例不断提高，每小时发电量变化会增加。但是，波动幅度和对灵活性的需求取决于可再生能源类型以及不同可再生能源技术的组合。光伏电站非常适合太阳能辐射充足的地区，并且光伏并网具有日波动和季节性波动特征。风电并网量与风速呈高度相关关系，在各种可再生能源类型当中，风电每小时并网曲线是最不规律的。因此，风电场和光伏电站的并网量很难预测，所以电力系统中发电计划在很大程度上取决于并网量预测，而并网量预测应尽可能做到精确无误。但是，即使预测水平有所提高，仍然需要灵活性技术，以便快速增加或减少发电量或用电需求。然而，也有一些非波动性可再生能源。在世界范围内，水电是一种非常普遍的可再生能源，发电出力几乎恒定。不过，在一些夏季气候干燥的国家，水电的季节性波动比风电大（葡萄牙风电相当稳定，但水电在夏季波动很大）。生物质能可控性很好，如今在欧洲和北美得到广泛使用，地热和太阳能热电厂与储能相结合也可以保证电力供应恒定，不同技术的组合使用会决定最终的发电模式，并决定在平衡波动时采用何种技术或概念。图1 显示了2020年7月德国每小时的发电量，从中可以清楚地看到陆上风电和光伏的波动性。在德国的能源结构中，可再生能源占比达到43（图2）；到2030年，预计这一比例将超过65％，到2050年，电力系统基本全部使用可再生能源。 Figure 1 Power Generation and Consumption 125 GW 100 GW 75 GW 50 GW 25 GW 0 GW Conventional power plants Hydro Solar Biomass Wind Oﬀshore Hard coalElectricity Consumption Wind Onshore 30 June 2 July 4 July 6 July 8 July 10 July 12 July 14 July 16 July 18 July 20 July 22 July 24 July 26 July 28 July 30 July 1 Aug 常规燃煤电厂太阳能 6月30日 7月4日 7月10日 7月16日 7月22日 7月28日7月20日 7月26日 8月1日7月2日 7月8日 7月14日7月6日 7月12日 7月18日 7月24日 7月30日陆上风电海上风电水电生物质能用电量硬煤电力生产和消费 11德国储能发展现状及对中国的借鉴意义图21990年到2019年德国可再生能源占比（）除了供电方面的波动外，每小时用电需求也有所变化。因此，不仅电力供应需要预测，电力需求也必须预测，供需必须得到平衡。未来随着电动汽车或热泵等新技术 - 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 可再生能源在全国用电总量中的占比可再生能源在供热与制冷中的占比可再生能源在交通部门的占比资料来源[5] 逐步取代化石燃料技术，预计电力需求将增加。同时，能效的提升也将显著减少电力需求。因此，一个地区的年电力需求和每小时需求模式也会发生变化。 12 德国储能发展现状及对中国的借鉴意义提升能源系统的灵活性有多种方案。表2列出了这些方案，并简要说明了方案目标。显然能够满足灵活性需求的方案不止一种。大多数情况下，不同能源系统会有不同需求，因此，平衡供需需要综合运用多种方案。储能是众多方案中的重要一类，其中包括部门耦合方案。一些应用情景需要快速响应，因此需要响应时间短的技术。然而在其他情况下，则需要保证灵活性提供的持续时间，因此这些灵活性方案必须具有运行时间长、效率高的特点。在图3中，灵活性方案按典型运行时间排列。此外，调度方向已给定。正向调度指需求超过供应，因此必须减少需求或增加供应，以维持系统平衡。反向调度指供大于求，因此必须减少发电量或增加可控负荷的需求。表2灵活性方案概览（技术灵活性“有利因素”） 2.2 提升电力市场灵活性的方案灵活性方案（技术灵活性“有利因素”）方案目标可再生能源发电管理使可再生能源并网适应实际需求或电网容量。例如减少可再生能源并网，即如果电力供应超过需求或电网容量，则限制可再生能源并网可再生能源技术组合尽可能综合利用互补的可再生能源技术（受限于潜在可用的可再生能源）可控电厂（化石能源、生物质能、太阳能热电厂和地热电厂）在可再生能源上网比例低、可再生能源并网剧烈波动（大幅上升或下降）时供电延长电网线路和互联线路通过改善各国间或国内各区域间互联电网线路，改善平衡效果，实现可再生能源的空间整合储能系统如果可再生能源并网多，则储能系统充电；如果可再生能源并网少，则放电能源效率和需求侧管理整体上减少电力需求这会减少对灵活性的需求，从而自动增加灵活调度的比例。改变电动汽车、热泵等灵活电力消费终端的用电需求部门耦合电转热利用电力制热电转气/燃料/化学品电制氢或甲醇等碳基能源资料来源作者编写 13德国储能发展现状及对中国的借鉴意义此外，还有一些非技术因素可以改善灵活性，例如提高预测能力或改进非歧视性市场设计（表3）。例如，市场设计在建立合适的框架条件中发挥着重要的作用，在这些框架条件下可以广泛采用灵活性方案。监管框架应为非歧视性能源市场准入提供便利，并确保投资安全。图3灵活性方案的调度类型和典型运行时间正调度负调度电池储能供电运行时间短长长期储能供电可再生能源发电管理弃风弃光后并网增加需求侧管理需求减少可控电厂爬坡可控电厂下坡电转热、电转气/燃料/化学品需求增加电池储能充电长期储能充电可再生能源发电管理并网减少需求侧管理需求增加因此，可再生能源的推广必须与支持使用灵活性方案的市场设计一起进行。市场设计方案不仅可以影响对灵活技术的投资，而且可以促进国际贸易，从而改善整个系统的灵活性（参见[3]）。灵活性支持（非技术灵活性“有利因素”）方案目标改进可再生能源发电的监测和预测方法（至少在短期内）为预期发电增加确定性非歧视性市场设计将具有成本效益的方案的选择和组合留给市场，因为灵活性方案显示的发展潜力是目前难以评估的协调一致的能源政策确保提供的各种灵活性相互支持，从而改善供应安全性和系统稳定性接受度让公民参与实施过程，并认真考虑他们的想法表3灵活性支持手段概览（非技术灵活性“有利因素”）资料来源作者编写 14 德国储能发展现状及对中国的借鉴意义由于大市场区域具有不同的地质和大气条件，因此，在大市场区域内，可再生能源并网波动可以得到更好的平衡，邻国（或相邻省份）的密切合作在提供灵活性方面发挥着重要作用。邻国之间的能源政策协调一致，可以给双方带来好处，因为这样可以确保彼此提供的灵活性相互支持，从而提高供电安全性和系统稳定性。但是，在政策层面开展合作的同时，必须确保实际电网容量和互联线路步伐一致。然而，初步经验表明，延长电网线路、发展电厂和可再生能源很少或完全不被当地公众接受，德国的某些地区就是如此。因此，企业和政界人士都有义务在早期阶段使公民参与到有关能源转型的交流讨论中。在这一过程中不仅要向居民和广大公众提供信息，还应使公民参与实施过程，并认真考虑他们的意见。 2.3 研究方法在此背景下，本报告旨在通过一系列案例研究，阐述德国储能市场的发展趋势，并介绍德国储能系统的市场机制、政策和商业模式。其中重点突出当前德国储电系统标准化过程中遇到的问题，并讨论德国与中国在标准化领域合作的潜力。 © shutterstock/ petrmalinak 15德国储能发展现状及对中国的借鉴意义在简要介绍了储能系统（重点是储电）的典型应用领域和技术特点之后，本章将概述全球和欧洲储能系统的现状和发展趋势。最后一节将聚焦德国的具体情况。 3 德国和全球储能系统/技术的现状 3.1 储能系统的典型应用领域和技术特点本节仅简要概述储能系统。更多详细信息，请参见参考文献[6]至[14]。储能系统的区别如下（参见图4）放电时间 - 短时间（几秒/分/小时） - 长时间（几天或几周）应用范围 - 电能质量和不间断电源 - 输配电网支持和负荷转移 - 大容量电力系统管理储能技术特别是 - 抽水蓄能系统 - 电化学储能系统（尤其是电池储能系统） - 抽水蓄能系统以外的机械储能系统（尤其是压缩空气储能、飞轮等） - 化学储能（特别是电制氢，电转合成燃料/化学物，一般是电转X）图4储电技术的特征描述 Figure 4 Uninterruptible Power Supply Power Quality Transmission Distribution Grid Support and Load Shifting Bulk Power Management Discharge time at rated power Seconds Minutes Hours Lithium Ion Batteries High Energy Supercapacitors NaS Batteries Advanced Lead Acid Batteries NaNiCl Battery Lead Acid Batteries NiCd NiMH High Powered Flywheels High-Power Supercapacitors SMES Flow Batteries Pumped Hydro Pumped Hydro Molten Salt Thermal Energy Storage There are a variety of energy storage technologies, this chart summarizes the deﬁning features and applications of each technology 1 kW 1 kW 100 kW 1 MW 10 MW 100 MW 1 GW 不间断电源与电能质量输配电网支撑和负荷转移大电力系统管理熔盐储热抽水蓄能高能超级电容器锂离子电池液流电池硫化钠电池镍氯化钠电池镍镉超导磁储能系统镍氢大功率飞轮大功率超级电容器高级铅酸电池铅酸电池抽水蓄能与功率相关的放电时间时分秒储能技术种类繁多，本图归纳了每种技术的典型特征和应用。来源[6]基于[7] 10 kW 16 德国储能发展现状及对中国的借鉴意义关于典型储电应用领域更详细的分类，请参见图5[8] 。附件A.1中也使用此分类，对所选案例研究进行区分。图5储电的典型应用领域参考文献[8]也展示了有关储电系统成本的详细介绍。这些储能系统发展迅速，最突出的是基于锂离子电池的电池储能系统（图6）。到2030年，电池 Figure 5 Boxes in red Energy storage services directly supporting the integration of variable renewable energy Bulk energy services Electric energy time shift arbitrage Electric supply capacity Ancillary services Regulation Spinning, non- spinning and supplemental reserves Voltage support Black start Transmission infrastructure services Transmission upgrade deferral Transmission congestion relief Distribution infrastructure services Distribution upgrade deferral Voltage support Customer energy management services Power quality Power rellability Retail electric energy time shift Demand charge management Increased self-consump- tion of solar PV Oﬀ-grid Solar home systems Mini-grids System stability services Mini-grids Facilitating high share of VRE Electric 2/3 Wheelers, buses, cars and commer- cial vehicles Transport sector 红框能源服务直接支持整合各种可再生能源资料来源[8] 资料来源[12] 储能成本与2018年相比平均可以减少一半，甚至可减少至原来的三分之一（[12]）。图6截至2050年的四小时锂离子电池成本预测，左图为与2018年相比的相对值，右图是2018年绝对值（单位美元/ 千瓦时） 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 四小时电池成本预测（与 2018 年相比）高中低 0 50 100 150 200 250 300 350 400 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 四小时电池系统资本成本（ 2018 年美元 / 千瓦时）高中低大容量能源服务辅助服务输电基础设施服务配电基础设施服务客户能源管理服务电能时移（套利）电力供应能力家用太阳能系统电力可靠性两轮/三轮电动车、公交车、汽车、商务车微电网系统稳定服务微电网增加间歇性可再生能源的占比零售电能时移增加太阳能光伏的自发自用调峰调频黑启动电压支撑需量收费管理旋转备用、非旋转备用和补充储备输电升级延缓缓解输电阻塞电压支撑配电升级延缓电能质量离网交通部门 17德国储能发展现状及对中国的借鉴意义 3.2 储能系统的现状与发展趋势全球情况图7展示了截至2019年2月各地区和国家的兆瓦级储电项目概况（包括在运项目和计划建设项目）。其中，美国图7各区域（上图）和每个国家（下图）的兆瓦级储电项目，截至2019年2月（单位兆瓦）领先，其次是欧盟各国（尤其是英国、德国）、澳大利亚、日本、中国和韩国）。 0 1000 2000 3000 4000 5000 北美洲欧洲亚洲澳大利亚大洋洲非洲南美洲 MW 已宣布已签约在运在建在已宣布和已签约的储电容量方面，北美领先，欧洲紧随其后；在在建项目方面，亚洲处于领先地位。 18 德国储能发展现状及对中国的借鉴意义 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 MW 已宣布已签约在运在建储能市场属于全球性市场，因为所有电力生产侧正在进行脱碳的国家都在努力应对光伏和风能等波动性可再生能源所带来的挑战。储能系统为应对这些挑战提供了一个解决方案。资料来源[6] 根据国际能源署储能追踪报告[11]，2019年以来，储能系统（不包括抽水蓄能系统）的实际建设量自2019年以来首次下降（图表8）。值得注意的是，韩国市场受到技术问题的影响，储能系统建设与安全法规（电池起火）相冲突。根据国际能源署报告[11]，2020年的新冠疫情危机很可能加剧这些影响，因为电池生产包括从电池、组件到包装和安装在内的供应链特别复杂。 19德国储能发展现状及对中国的借鉴意义图8按国家/地区划分的2013-2019年度储能部署（不含抽水蓄能）（上图），电表后端需求侧储能与电网级储能对比（下图） 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 韩国中国美国德国其他 GW 中国美国韩国德国其他 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 电网级（吉瓦）电表后端需求侧 GW 电网级表后资料来源[11] 20 德国储能发展现状及对中国的借鉴意义图9目前主要应用的储电系统/技术类型图9显示了锂离子电池在储电中的主要作用，其次是热储能，特别是集中式太阳能电站熔融盐储能有所增加。处理风电和太阳能发电造成的电力过剩是利益相关方安装储电设施的主要原因（图10），但是电网调频和其他系统服务也是建设储电设施的原因。美国能源部全球储能数据库DOE Global Energy Storage Database [9] 给出了全球各项目的详细的数据。 0 5 10 15 20 25 30 我不知道氢重力储能飞轮液流电池锌溴电池压缩空气储能液流电池铁铬固态电池硫化钠固态电池电化学超级电容器其他固态电池镍镉抽水储能液流电池钒液流电池氧化还原热能储存锂离子 *调查由ATAInsights完成。问题您已利用了哪些大型储能技术，或者将利用和/或投资哪些技术（732份答卷）资料来源[6] © shutterstock/ symbiot 21德国储能发展现状及对中国的借鉴意义图10储电系统/技术的当前主要应用情景* *调查由ATAInsights完成。问题您已部署或将要部署的储能系统的主要目的是什么（1113份答卷）资料来源[6] 0 2 4 6 8 10 12 14 16 其他输电和配电升级延缓电压或无功支撑能源套利负荷跟踪爬坡 /旋转备用同地互补可再生能源连续供电微网不间断电源负荷管理调节电网频率备用电源电网调峰过剩的风能和太阳能电力 22 德国储能发展现状及对中国的借鉴意义图11欧盟按技术和国家划分的储能容量（在运项目规划项目）资料来源[13] 欧洲情况图13对近期欧洲范围内的储能系统进行了概述，并建立了欧洲储能设施详细信息数据库。其中显示，欧盟的大部分储能（占现有功率的90以上）属于抽水蓄能（图 11中的浅蓝色部分），具有容量大和功率大的特点。机械储能达8万兆瓦，其中近5万兆瓦处于在运状态，其余处于规划或建设阶段。此外，还包括约1500兆瓦的非常规储能方案，例如压缩空气储能。电化学储能规模累计达8000兆瓦，其中约1200兆瓦处于在运状态，处于规划/建设阶段的电化学储能为6000兆瓦（图12）。已取消700兆瓦，未在图中列出。在在运电化学储能系统方面，英国和德国处于领先地位；在规划储能容量方面，爱尔兰和西班牙颇为突出。该分析及图14还表明，表后储能在进一步增长（图8和图13）。 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 丹麦塞浦路斯匈牙利芬兰瑞典荷兰爱沙尼亚斯洛文尼亚斯洛伐克罗马尼亚立陶宛捷克共和国卢森堡挪威波兰克罗地亚比利时希腊保加利亚爱尔兰葡萄牙瑞士法国奥地利意大利英国德国西班牙容量（ MW）国家化学储能电化学储能机械储能热能储能技术类型 23德国储能发展现状及对中国的借鉴意义图12欧盟按国家/地区划分的电化学储电容量（上图在运；下图计划） 1 1 2 3 3 5 6 6 7 11 11 13 19 19 34 37 56 406 570 0 100 200 300 400 500 600 波兰罗马尼亚丹麦捷克共和国奥地利瑞典葡萄牙芬兰匈牙利爱尔兰西班牙斯洛文尼亚法国瑞士比利时荷兰意大利德国英国容量（ MW）技术类型电化学储能 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 斯洛伐克立陶宛丹麦荷兰塞浦路斯芬兰斯洛文尼亚希腊意大利比利时法国德国西班牙爱尔兰英国容量（ MW）国家已宣布已批准已提交在建设施状态资料来源[13] 24 德国储能发展现状及对中国的借鉴意义 2020年3月发布的欧洲储能市场监测报告（4.0版）（EMMES4.0）[14]指出，就欧洲整体而言（类似于全球总体情况），2019年储能市场发展有所放缓，但预计会有进一步发展（需要妥善地应对最近爆发的新冠疫情危机）。根据欧洲储能市场监测报告（4.0版），大规模储能的主要回报形式是向电网运营商提供调频服务和其他辅助服务，而不是大量储电和放电。由于此前发展最快的国家（例如英国和德国等）的调频备用市场趋于饱和，电池系统直接接入电网，表前部分发展放缓。这些市场当中的价格已从2015年的16欧元/兆瓦时降至 2019年的6欧元/兆瓦时，这说明市场出现放缓。本报告给出了英国电池商业应用的新案例，从调频到批发，从平衡机制到日间交易和日内交易。图13欧盟表前和表后（居民、商业和工业）年度欧洲储能市场（吉瓦时）累积市场规模0.6 吉瓦时 4.8 吉瓦时资料来源[14] 德国在德国，电网级电池和家用电池正在迅速发展，后者的甚至发展更快（图14）。请注意2019年和2020年的数字是预测值，并不反映最新的发展情况。大型电池发展的主要驱动力是因为它们有益于一次备用市场（见4.3 节例子）。由于一次备用市场价格下跌（使得这些市场暂时对于投资者的吸引力下降），“表前”应用目前有所放缓。表后项目，特别是工商业部门的表后项目正在迅速发展。这一趋势在德国和英国两大大型储能市场表现最为明显，这两个市场都存在调频市场饱和的现象。不仅仅中小型企业出现这一趋势，更为重要的是，容量为1兆瓦时到几兆瓦时的大型工业储能设施也呈现这一趋势。与电网储能设施相比，表后项目的运营商在选择商业模 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 2015 2016 2017 2018 2019 2020e GW h 居民工商业电表后端需求侧 8 125 76 -13 30 e 估计值 25德国储能发展现状及对中国的借鉴意义图14德国的电网级电池和家用电池快速发展的市场式时具有更大的灵活性。这里的重点是提供削峰服务，从而为用户节省接入电网的成本和网络费用。对于那些需要额外应急电力服务且对电力质量要求高的公司来说，其意义更加明显，因为在此基础上可以增加其他应用，从而提高盈利能力。必要时，还可以提供其他网络服务，例如与整合商一起，将规模较小的储能设施捆绑在一起，提供网络服务。总之，电网级电池和家用电池都在快速发展。与家用电池相比，电网级电池的发展放缓的两个主要原因是，一方面，如上所述，一次备用市场的价格下跌，这降低了商业案例的吸引力；另一方面，自发自用和购电之间价格差很大，导致自发自用替代购电的成本很高，且反送入电网的电力的价格仅为从电网购电价格的十分之一（请参阅第4.3节，家用电池的商业案例）。 0 200 400 600 800 1000 2015 2016 2017 2018 2019 2020 MW 电网级电池家用电池电网级电池项目数量 59 2019年家用电池存量 180,000 2019年新增家用电池数量 65,000 2019年家用电池累计总容量 1,400,000千瓦时 2019年家用电池平均容量 7-8千瓦时配备家用电池的光伏系统所占比例 55 资料来源根据RWTHSpeichermonitoring2017、BundesverbandSolarwirtschaft2018、TeamConsultundBVES2018自行编