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能源危機與儲能革命

來源:全球起重機械網(wǎng)??人氣:4151
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     9月份,多地爆出拉閘限電的消息,一度打亂了居民們的正常生活。

    在10月8日召開的專項會議上,國家明確部署做好今冬明春電力和煤炭等供應(yīng)。針對部分地區(qū)用電缺口,會議提出用上浮定價上限的方式來代替一刀切式的停產(chǎn)限產(chǎn),確保群眾基本生活和經(jīng)濟平穩(wěn)運營。

    落實到執(zhí)行層面,在確保居民電價不變的基礎(chǔ)上,上浮定價將突破目前市場交易電價上下浮不超過10%、15%的范圍,調(diào)整為不超過20%,對于高耗能行業(yè)將進一步放開上限,采用市場交易形成價格。用電價來調(diào)節(jié)能耗,表明目前制約發(fā)電量的并非能力問題,依然還是成本。

    實際上,并不是只有我們面臨能源短缺的問題,除中國缺電外,歐洲缺氣,英國缺油,新一輪能源危機的前奏已經(jīng)奏響。能源奇缺導(dǎo)致大宗商品價格持續(xù)攀升,目前布倫特原油突破80美元大關(guān),歐洲天然氣也已經(jīng)達到歷史高位。這輪能源危機并非我國單獨面臨的區(qū)域性短缺,而是全球市場共振的危機。

    究竟是何原因造成的能源危機呢?這場潛在的能源危機又給我們帶來哪些啟示呢?

    預(yù)期差造成的困局

    在歷史的長河中,如今的能源危機只能算是一波漣漪。上世紀70年代,世界曾連續(xù)爆發(fā)了兩次更加猛烈的“能源危機”,直接促使原油價格由1.2美元/桶飆升至40美元/桶。

    這兩次“能源危機”過后,全球陷入二戰(zhàn)后最嚴重的經(jīng)濟“大通脹”,當時幾大經(jīng)濟強國十年間的CPI增速都在10%左右,韓國甚至一度出現(xiàn)復(fù)合年化率16.6%的“超級通脹”。70年代的“能源危機”也被經(jīng)濟學家稱為20世紀全球經(jīng)濟兩大黑暗時刻之一。

    鑒于那兩次能源危機對經(jīng)濟的破壞力,雖然當下的“危機”遠沒有過去兩次嚴重,但依然值得全球投資者警惕。追根溯源,當時的能源危機誘因主要是地緣政治帶來的原油斷供。因為美國被阿拉伯國家抵制,因此造成石油產(chǎn)能缺口。不同于此前能源危機的“暗戰(zhàn)”,當下危機的誘因更像是由預(yù)期差所引起的困局。

    全球大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè),這已經(jīng)是人人皆知的事情,因此對于傳統(tǒng)能源的投資就開始大幅減少。尤其在去年疫情爆發(fā)的情況下,停產(chǎn)停工讓企業(yè)對于能源的需求進一步削減,導(dǎo)致投資者一度將傳統(tǒng)能源當成是被拋棄的行業(yè)。

    在疫情肆虐的時候,能源需求沒有那么大,新能源產(chǎn)業(yè)彌補了傳統(tǒng)能源減產(chǎn)帶來的缺口。然而在2021年疫情逐漸平息后,全球各產(chǎn)業(yè)均開始復(fù)蘇,對能源的需求自然也就顯著增加,這就造成了部分地區(qū)出現(xiàn)短暫的能源供需緊張。實際上,當下全球能源市場理論上的總供給是足夠的,但由于新能源產(chǎn)業(yè)過于依賴自然狀況,具有很大的波動性,因此造成發(fā)電周期的巨大波動。

    在波峰的時候,光伏、風電等新能源可以轉(zhuǎn)化成大量的電能,然而由于這部分電能難以儲存,并網(wǎng)又是瞬時的,整體消納有限,因此造成很多的棄電現(xiàn)象,2020年全國棄光率為2.0%、棄風率為3.5%;在波谷的時候,新能源又因為自然因素而發(fā)電不足,從而產(chǎn)生能量缺口。

    一方面是疫情復(fù)蘇后能源需求的迸發(fā),另一方面是新能源發(fā)電的波動性,從而造成間歇性的用電缺口。

    由此來看,解決這次全球能源危機的方法很簡單,要不重新增加對于傳統(tǒng)能源的投資,要不想辦法解決新能源發(fā)電周期性波動的問題。重新追加傳統(tǒng)能源投入可以解決一時之憂,但無疑又讓人類距離碳“碳中和”的目標更遠了,因此想辦法解決新能源的波動性才是當務(wù)之急。

    儲能作為資本市場最火熱的概念,其定義是通過介質(zhì)或設(shè)備把能量存儲起來,并在需要時再釋放。在全球危機面前,似乎儲能已經(jīng)成為備選答案之一。那么備受期待的儲能是否可以解決當下全球能源困局呢?

    鋰電掀起的儲能革命

    面對大自然的無常,人類自古就有秋收冬藏的習慣,那么能源能否儲存起來以備不時之需呢?這正是儲能的由來。

    雖然儲能最近才走紅資本市場,但嚴格意義而言,它其實是一個已經(jīng)發(fā)展了139年的成熟行業(yè)。早在1882年,瑞士就興建了世界上第一座抽水蓄能電站,時至今日抽水蓄能依然是人類最主要的儲能手段。

    按照儲能方式的不同,儲能可以劃分為熱儲能、電儲能和氫儲能三大類。其中,電儲能最為成熟,抽水蓄能、壓縮空氣儲能、電化學儲能、飛輪蓄能等均屬于電儲能。

    抽水蓄能是目前最受歡迎的儲能方式,最核心的原因還是技術(shù)成熟。抽水蓄能電站的原理是在電力負荷低谷時,利用多余的電能抽水至水庫高層,并在電力負荷高峰期,放水發(fā)電并網(wǎng)。能夠?qū)㈦娋W(wǎng)負荷低時的多余電能,轉(zhuǎn)變?yōu)殡娋W(wǎng)高峰時期的高價值電能。數(shù)據(jù)顯示,2020年全球90%以上的儲能裝機為抽水蓄能,電化學儲能以7.5%的市場占比排名第二。

    除技術(shù)成熟外,抽水蓄能還具有儲能時間長的優(yōu)勢。行業(yè)中往往將儲能時長超過4小時的儲能方式稱為長期儲能,類似的長期儲能還有壓縮空氣儲能、儲氫等,可以用來進行電網(wǎng)調(diào)峰、備用容量。

    盡管抽水蓄能有如此多的優(yōu)勢,但其卻有著最大的短板,那就是必須依賴于地形優(yōu)勢,需要豐富的水資源。經(jīng)過100多年的發(fā)展,具備新建抽水蓄能電站的地方已經(jīng)并不多了?;谶@樣的背景,儲能行業(yè)急需一場革命。人類必須找到新的儲能方式來進一步改變儲能行業(yè)發(fā)展趨勢,而近來火熱的電化學儲能就被公認為是抽水蓄能的最優(yōu)替代方案。

    一來是因為動力電池發(fā)展迅猛,鋰電池已經(jīng)成為極為成熟的儲能手段。在所有電化學儲能市場中,接近92%的份額來自于鋰電池儲能,約13.1GW。同時,電化學儲能擁有更高的效率,且已經(jīng)成功商業(yè)化。

    二來電化學儲能安裝方便,幾乎不受地理因素限制,能夠布局在各種應(yīng)用場景。同時,建設(shè)周期短,能夠很快就投入應(yīng)用中。電力歸根結(jié)底是一門生意,成本依然是無可避免的話題。很長一段時間,水力發(fā)電都是成本最低的一種發(fā)電形式,但隨著我國光伏技術(shù)突飛猛進的發(fā)展,光伏發(fā)電成本已經(jīng)降至與水電相接近,陸上風電成本更是降至水電之下。

    作為光伏發(fā)電和風電的儲能方案,電化學儲能成為儲能行業(yè)中最主要的增長力量。在傳統(tǒng)儲能無法完全供給電力消耗的情況下,核心增量電化學儲能就幾乎成為了唯一的答案。儲能行業(yè)正在經(jīng)歷一場由電化學儲能掀起的產(chǎn)業(yè)革命。

    電化學儲能:電網(wǎng)的調(diào)節(jié)器

    之所以如此看重電化學儲能,除了其能很好的帶來儲能增量外,同時它也能夠參與到電網(wǎng)運營的各流程之中。按照應(yīng)用類型劃分,電化學儲能可以分為能量型和功率型兩種。能量型需求一般需要較長時間的放電,對響應(yīng)時間的需求并不高;而功率型則恰恰相反,需要快速響應(yīng)能力,對放電時間的需求并不長。

    基于多變的應(yīng)用途徑,實際上電化學儲能已經(jīng)突破了單純的存儲功能,而是應(yīng)用于整個用電體系的各個環(huán)節(jié)。在發(fā)電端,由于新能源具有很強的波動性、隨機性,在大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)時,其實也給整個電網(wǎng)的穩(wěn)定性帶來了極大的沖擊。傳統(tǒng)發(fā)電機的轉(zhuǎn)速一定,均為3000r/min,因此國內(nèi)電網(wǎng)的頻率恒定為50Hz。但由于風電和光伏發(fā)電的原理不同于傳統(tǒng)電機,因此呈現(xiàn)低轉(zhuǎn)動慣量、寬頻域震蕩等動態(tài)特征,這使得電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性下降。

    為了保證新能源并入電網(wǎng)的穩(wěn)定性,因此電網(wǎng)需要通過一次調(diào)頻、二次調(diào)頻等手段,保證系統(tǒng)的頻率維持在合格范圍內(nèi),這也是功率型電化學儲能出現(xiàn)的原因。利用儲能電池在短時間內(nèi)的充放電,來調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)調(diào)頻調(diào)峰的需求,以此來賺取峰谷價差帶來的利潤。在輸電側(cè),電化學儲能可以用來緩解電網(wǎng)阻塞,延緩輸配電擴容升級,起到整個電網(wǎng)緩沖帶的作用。存儲過量的光伏風電資源,通過充放電進行調(diào)節(jié),減小波動性、平滑出力、提高能源利用率。

    在用電側(cè),用戶可以安裝電化學儲能來自發(fā)自用,在動態(tài)電價地區(qū),通過自發(fā)電來套利,并且能夠進一步提升整個電網(wǎng)的可靠性。從古至今,人類用電需求就是不固定的,呈現(xiàn)周期波動,而在新能源逐漸被應(yīng)用后,這種不穩(wěn)定性延伸至發(fā)電側(cè)。電化學儲能就相當于整個電網(wǎng)的調(diào)節(jié)器,除了可以儲能能量,還能夠保持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。

    電化學儲能的“危”與“機”

    經(jīng)過前述分析,電化學儲能的重要性大家已經(jīng)心知肚明,但想要通過儲能來完全解決能源危機,短期看來可能性依然不大。從技術(shù)角度分析,電化學儲能放電時間并不具備優(yōu)勢,遠不如當下已經(jīng)十分成熟的抽水蓄能。在功率型儲能方面,目前電化學儲能可以完美勝任,但在容量性儲能的應(yīng)用上,電化學儲能依然存在較大的弊病?,F(xiàn)階段,發(fā)電側(cè)電化學儲能時長大多在2小時左右,這確實可以緩解棄電現(xiàn)象,但卻并不能夠根治棄電難題。2小時顯然無法完全“削峰填谷”,依然存在一定浪費現(xiàn)象。

    目前,全球都在加大對于長期儲能方式的研發(fā)。市場中有觀點認為,目前4小時的儲能時長遠遠不能滿足需求,持續(xù)放電時間長達24小時以上的儲能系統(tǒng)才是真正意義上的長期儲能。

    由此來看,現(xiàn)階段電化學儲能想要真正解決能源危機,首先就要想辦法延長儲能時間,從而真正實現(xiàn)“削峰填谷”,降低電力應(yīng)用的波動性。另一方面,電動車的迅猛發(fā)展推升了電化學儲能的成本。雖然儲能可以用新能源汽車退役的二手電池制成,但動力電池居高不下的售價依然讓電化學儲能短期內(nèi)的迅速應(yīng)用面臨壓力。

    據(jù)BNEF數(shù)據(jù),現(xiàn)階段鋰電儲能系統(tǒng)的成本中,電池成本超過總成本的50%以上,依然處于較高的價位。在新能源發(fā)電成本已經(jīng)大幅下降的情況下,儲能成本如何隨著下降也成為行業(yè)急需解決的問題。但業(yè)界對于鋰電儲能成本下降較為樂觀,專家預(yù)計鋰電儲能系統(tǒng)的成本將在未來有望持續(xù)走低,最終降至200美元/千瓦時之下。

    縱觀整個產(chǎn)業(yè)鏈,產(chǎn)業(yè)中游是目前資本市場關(guān)注的焦點。電化學儲能的中游共分為兩大部分:儲能電池系統(tǒng)、儲能變流器。儲能電池系統(tǒng)相當于儲能系統(tǒng)的心臟,是整體成本最高的部分。大多數(shù)儲能電池系統(tǒng)由動力電池廠商生產(chǎn),如寧德時代、比亞迪等。除動力電池廠商外,專注獨立儲能電池的派能科技也已經(jīng)提前布局這一細分市場。儲能變流器(簡稱PCS)控制蓄電池的充電和放電過程,是儲能系統(tǒng)的大腦。陽光電源、國電南瑞是行業(yè)龍頭,錦浪科技、固德威則是后起之秀。

    放眼未來,儲能是能源危機的破局之道,但想要真正解決這個問題,依然需要整個產(chǎn)業(yè)的長期迭代,尤其是電化學儲能的技術(shù)發(fā)展。隨著新能源行業(yè)的迅猛發(fā)展,目前滲透率不高的電化學儲能行業(yè)有望成為最受資本關(guān)注的行業(yè)。

    歷史總是驚人的相似,與過去一樣,如今人類可能會再次遇到能源危機。但與過去不同的是,電化學儲能發(fā)展帶動的“儲能革命”有望大幅增加新能源的存在感。“危”與“機”的交匯處,這一次有望迎來拐點,“新儲能”將從本質(zhì)改變?nèi)祟惸茉锤窬?。見道網(wǎng)

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