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与世界其他国家和地区相比,我国储新比明显偏低:2020年中国的储新比约为6.7%,而中国以外其他国家和地区的储新比为15.8%(图4),这个比值的显著差异在某种程度上反映了国内与国际能源电力结构的差异,尤其是中国具有“坚强电网”架构和高比例的调峰火电,因此在储新比较低的水平下,新能源仍然能够得到快速发展。未来在双碳目标的激励下,随着风电、光伏并网规模的快速提升,储能与新能源发电的关联性将越来越紧密,储新比将逐步增至国际平均水平。
未来储新比发展趋势分析
1. 国际储新比的未来发展趋势
储能是解决高比例新能源并网消纳的重要支撑,储能产业的发展得到了高度重视。近年来中国及全球储新比数据的下降幅度都已经明显趋缓;考虑储能技术的发展和市场需求,预计中国以外世界其他国家和地区的储新比有可能在2024年左右达到最低值,预计为13-15%左右,之后趋于稳定或略有回升。假设全球风电和光伏装机按照平均每年10%的增速发展,到2030年累计装机将达3900GW;而全球储能装机规模若按13-15%的比例计算,2030年将达507-585GW的规模(截至2020年底为192.2GW)。
2. 中国储新比的未来发展趋势
2020年12月,习近平主席在气候雄心峰会上宣布,到2030年,中国非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右,风电、太阳能发电总装机容量将达到1200GW以上。业界普遍认为该规模是发展的下限,乐观情况下有可能达到1800GW。假设未来10年平均年增速为13%,则到2025年的装机规模约1000GW;到2030年,装机规模为1800GW。储能方面,全球能源互联网发展合作组织于2021年发布的报告中预测,2025年我国抽水蓄能装机规模约为68GW,2030年达到113GW。国家发改委、能源局发布的《加快推动新型储能发展的指导意见(征求意见稿)》提出,到2025年实现抽水蓄能以外的新型储能装机规模达到30GW以上,2030年实现新型储能全面市场化发展。
根据以上预测数据分析,到2025年,我国储新比约为10%。基于目前我国的储新比水平(6.7%)较低,要在5年内达到预期水平,需要尽快扭转储新比下降的趋势:抽水蓄能全面建设,新型储能技术尤其是容量型储能技术在安全、成本和可持续发展方面需取得综合性突破,并得以商业化规模应用。产业环境方面,储能收益模式需尽快明晰,2025年之前风光储电力度电平均售价能够等于甚至低于全国煤电平均售价,新增新能源发电站因地制宜合理配置电化学储能系统;电网侧储能除抽水蓄能外,结合火电灵活性改造的需求,自主布局电化学储能系统;在电价政策或储能成本等因素,用户侧储能的电价政策或技术经济性需优于当前环境,电动汽车及虚拟电厂等比例大幅增加,与电动车智慧充电或换电结合的储能项目得到广泛应用。
基于以上产业条件的支持,2030年我国储新比将进一步提高,按12-13%计算,则储能规模有可能达到216-234GW(新能源规模按1800GW计算)。减去抽水蓄能113GW,新型储能规模为103-121GW。这意味着2021年至2030年之间的新增储能装机与新增新能源装机的比例需达到15%左右,才能够实现这一目标,而且到2030年,新型储能累计装机在储能装机总量中的占比需提高至50%左右的水平。
更长期而言,中国储新比将逐步与全球储新比水平趋于一致。全球能源互联网发展合作组织于2021年3月发布的《中国2060年前碳中和研究报告》提出:预计到2050年,我国电源总装机为7500GW,其中风电及光伏共计5570GW;储能方面,抽蓄装机170GW、电化学装机660GW。依据以上数据计算,储新比为14.9%,与本文对中国以外其他国家和地区的发展趋势分析数据基本吻合。
目前新能源发电+储能模式得到显著关注。从2020年开始,多省出台鼓励或强制要求新能源配套储能的相关政策,规定新能源发电侧配置储能的比例为5%~20%,新能源发电侧有必要配置一定比例的储能用于减小波动性已形成共识。截至2020年底,新能源发电侧配置新型储能不足1GW,按照2030年风光总量1800GW的装机上限计算,未来十年风光发电新增装机约1265GW。若新增新能源按5%的比例配置新型储能,其规模有63GW,在各种应用场景中占比最高。考虑各地新能源资源条件的不同,以及在储能配置需求方面存在的差异,预计2025年以后单站配储能将不再需要作为强制措施。合理的新能源发电配储能模式应由发电方根据当地资源特点和并网质量要求的实际情况进行测算,提出适宜的配置规模需求,可以结合各地新能源发展规划进行商业模式的探索,并最大限度发挥共享储能系统的使用效率和经济效益,避免无效配置造成的资源浪费。储能技术应用类型方面,目前新能源侧配置储能系统通常以1~2小时功率型或能量型应用为主,主要起到平滑功率波动的作用,未来将逐步过渡到4小时以上的长时储能,为电力系统提供削峰填谷的容量型服务功能。
总结
储能的快速发展是提高新能源比例、实现双碳目标背景下的必然趋势。本文基于储新比数据分析中国储能产业发展趋势,并提出实现预期规模所需的产业环境需求。目前中国储能比远低于全球平均水平,仅为6.7%;未来要达到预期产业规模以支撑双碳目标实现,需尽快在最近两年扭转储新比下降的趋势,争取在2025年提高到10%,2030年提高到12~13%,2050年长期目标达到与全球其他国家和地区基本一致的水平(15%左右)。
为实现储能产业快速发展的目标,国家和地方政府已陆续出台相关政策。2021年7月,国家发改委和国家能源局出台《关于加快推动新型储能发展的指导意见》,这将进一步积极促进储能产业的安全快速发展。因此预计中国储能市场规模将持续增长,到2025年达到5000亿元,其中新型储能市场规模700~800亿元(30GW);到2030年中国储能市场总规模达到万亿元,其中新型储能2800亿元以上(100GW以上)。
文 | 陈永翀 冯彩梅 刘勇
作者供职于中国科学院电工研究所储能技术组、中国化学与物理电源行业协会储能应用分会
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