一、雙碳政策下可再生能源裝機(jī)高增，新型能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型催生儲(chǔ)能需求
1.1 全國碳排放權(quán)交易市場正式啟動(dòng)，電力行業(yè)成碳交易市場先行試驗(yàn)田
火力發(fā)電是我國碳排放的主要來源。中國是全球碳排放主要貢獻(xiàn)者，碳排放量常年占 比全球碳排總量的 30%，2021 年碳排放超 199 億噸。從排放結(jié)構(gòu)角度看，電力行業(yè)為 我國碳排放的主要來源，占比超過 42%，幾乎所有碳排放均來自于燃煤發(fā)電，占比高 達(dá) 99%。制造行業(yè)碳排放量其次，占比超 38%，其中 5 大高耗能產(chǎn)業(yè)(石油化工及煉 焦、黑色金屬冶煉、非金屬礦物冶煉、化工、有色金屬冶煉)是重點(diǎn)排放對(duì)象，貢獻(xiàn) 國內(nèi)制造行業(yè) 90%的碳排放。交通行業(yè)考慮生產(chǎn)過程的碳排放以及行駛過程中的碳排 放，總碳排放量占比則超 5%。
火力發(fā)電碳排放量仍呈現(xiàn)逐年上漲態(tài)勢(shì)。近五年火力發(fā)電量占比逐年下降，從 2017 年的 72%下降到 2021 年的 71%，但是因?yàn)樯鐣?huì)總用電量不斷上升，火力發(fā)電的絕對(duì)數(shù) 值仍然持續(xù)增加，從 2017 年的 4.8 萬億 kWh 增加到 2021 年的 5.8 萬億 kWh，進(jìn)而帶 來的碳排放量的增長，減碳形勢(shì)不容樂觀。
電力行業(yè)成碳交易市場先行試驗(yàn)田。全國碳排放權(quán)交易市場于 2021 年 7 月 16 日正式 啟動(dòng)交易，成為全球覆蓋碳排放規(guī)模最大的碳市場。目前中國碳市場覆蓋發(fā)電行業(yè)控 排企業(yè) 2162 家，控排企業(yè)的年排放量超過 40 億噸二氧化碳，占全國碳排放比例超 40%，從規(guī)模方面講已超過歐盟碳市場覆蓋的排放量(2019 年約為 19 億噸二氧化碳)， 成為全球“覆蓋碳排放量”大的碳市場。
1.2 雙碳政策下能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，可再生能源裝機(jī)迎來高增
《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》，到 2025 年可再生能源年發(fā)電量達(dá)到 3.3 萬 億千瓦時(shí)左右。“十四五”期間，可再生能源發(fā)電量增量在全社會(huì)用電量增量中 的占比超過 50%，風(fēng)電和太陽能發(fā)電量實(shí)現(xiàn)翻倍。即相較 2020 年，推算 2025 年 可再生能源發(fā)電量占比將至少達(dá)到 18%左右。
2023 年政策層面端再加碼，國家能源局出臺(tái)《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍(lán)皮書(征求意 見稿)》，規(guī)劃到 2030 年新能源裝機(jī)占比超過 40%，發(fā)電量占比超過 20%。文件制 定了新型電力系統(tǒng)“三步走”發(fā)展路徑，包括加速轉(zhuǎn)型期(當(dāng)前~2030 年)、總體 形成期(2030~2045 年)、鞏固完善期(2045~2060 年)，并明確指出打造“新能 源+”模式，加快提升新能源可靠替代能力，推動(dòng)新能源成為電量增量主體。
預(yù)計(jì)到 2030 年可再生能源發(fā)電占比超 4 成。根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2021 年我國水、 光、風(fēng)可再生能源發(fā)電量合計(jì) 2.3 萬億千瓦時(shí)，約占總發(fā)電量的 28%。根據(jù)《中國 2060 年前碳中和研究報(bào)告》結(jié)合國家政策規(guī)劃，預(yù)計(jì)到 2025/2030 年，可再生能源裝機(jī)量 可依次達(dá)到 15/22 億千瓦，可再生能源發(fā)電量占全社會(huì)用電的比例將達(dá)到 35%/44%， 到 2030 年可再生能源年度發(fā)電量將超 5 萬億千瓦時(shí)。
測(cè)算邏輯：根據(jù)國家發(fā)改委下設(shè)全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織 2021 年 3 月發(fā)布 的《中國 2060 年前碳中和研究報(bào)告》數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)到 2030 年全社會(huì)總用電量將達(dá) 到 11 萬億千瓦時(shí)，光伏、風(fēng)電、水電總裝機(jī)將分別達(dá)到 10/8/4.4 億 kW，假設(shè) 光伏、風(fēng)電、水電的年利用小時(shí)數(shù)分別為 1400/2000/3800 小時(shí)，預(yù)計(jì)光伏、風(fēng) 電、水電、火電在發(fā)電結(jié)構(gòu)中占比將分別達(dá)到 27%/22%/12%/36%。
1.3 新型能源結(jié)構(gòu)催生儲(chǔ)能需求，長時(shí)儲(chǔ)能需滿足大規(guī)模應(yīng)用和時(shí)間邊際成本低的特性
可再生能源發(fā)電具備波動(dòng)性，需配儲(chǔ)調(diào)節(jié)。儲(chǔ)能可分為電源側(cè)儲(chǔ)能、電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能和用 戶側(cè)儲(chǔ)能，核心均為實(shí)現(xiàn)電能的跨時(shí)間應(yīng)用，但具體到每一側(cè)，儲(chǔ)能的作用又有細(xì)微 不同。
電源側(cè)：1)平滑、調(diào)峰作用：由于光伏、風(fēng)電、水電的隨機(jī)性、波動(dòng)性特征， 電源側(cè)需要儲(chǔ)能以實(shí)現(xiàn)電力從秒級(jí)到季度的供需平衡;2)黑啟動(dòng)：借助儲(chǔ)能電 量帶動(dòng)無自啟動(dòng)能力發(fā)電機(jī)組。
電網(wǎng)側(cè)：調(diào)頻：可再生能源上網(wǎng)電量的波動(dòng)可能會(huì)造成火力發(fā)電量的波動(dòng)，進(jìn)而 影響火力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，改變交流電的頻率，因此儲(chǔ)能還起到調(diào)節(jié)電網(wǎng)交流電頻率的作用。
用戶側(cè)：1)削峰填谷：允許用戶調(diào)整用電時(shí)間，降低用電成本;2)分布式發(fā)電： 推動(dòng)戶用可再生能源發(fā)電裝置的發(fā)展;3)備用電源。
電源側(cè)日度級(jí)別和季度級(jí)別儲(chǔ)能需滿足容量高、儲(chǔ)能時(shí)間長、大規(guī)模應(yīng)用成本低的特 性。電源側(cè)的可再生能源發(fā)電因其具有隨機(jī)性、波動(dòng)性的特點(diǎn)，表現(xiàn)為時(shí)間維度上的 出力不均。
秒-分鐘變化：可再生能源波動(dòng)性需儲(chǔ)能平滑。光伏發(fā)電的輸出與光照強(qiáng)度直接 相關(guān)，因此其輸出特性受天氣影響明顯。晴天光伏出力均勻且類似正態(tài)分布，多 云和陰雨天因光照強(qiáng)度波動(dòng)較大，光伏出力也會(huì)發(fā)生分鐘級(jí)的變化。分鐘級(jí)波動(dòng) 會(huì)造成發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，進(jìn)而影響到發(fā)出的交流電頻率，造成系統(tǒng)失穩(wěn)， 因此需要儲(chǔ)能裝置頻繁的充放電平滑分鐘級(jí)的波動(dòng)，因此該種儲(chǔ)能適合動(dòng)態(tài)響應(yīng) 快、效率較高的儲(chǔ)能形式，如鋰電池儲(chǔ)能。
小時(shí)-天變化：光伏晝夜不均需儲(chǔ)能調(diào)峰。光伏發(fā)電出力時(shí)間集中在 6：00-18： 00 之間，10：00-14：00 為出力高峰期，夜晚出力幾乎為零，一天的輸出功率變 化區(qū)間為 0-100%，晝夜差別巨大，同理風(fēng)力發(fā)電在有風(fēng)天氣和無風(fēng)天氣功率輸出差別也很大，需要儲(chǔ)能進(jìn)行晝夜甚至跨日間的調(diào)峰，此種儲(chǔ)能要求儲(chǔ)能容量大， 因此適合能量密度高、大規(guī)模應(yīng)用成本低的儲(chǔ)能方式，如氫儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、 抽水儲(chǔ)能。
季度變化：可再生能源季節(jié)性差異需儲(chǔ)能調(diào)峰。觀察 2019-2022 年平均每月發(fā)電 量情況可以發(fā)現(xiàn)，用電側(cè)高峰期出現(xiàn)在夏、冬季，光伏發(fā)電高峰期出現(xiàn)在春、秋 季，風(fēng)力發(fā)電高峰期出現(xiàn)在春季以及 12 月，水力發(fā)電則只有夏季偏多，其余季 度很少。為了解決可再生能源的季度發(fā)電不均衡現(xiàn)象，儲(chǔ)能則為必要的手段。此 種儲(chǔ)能要求儲(chǔ)能時(shí)間長、儲(chǔ)能容量巨大，因此適合無自衰減、大規(guī)模應(yīng)用成本低 的儲(chǔ)能方式，如氫儲(chǔ)能、抽水儲(chǔ)能。
季節(jié)性儲(chǔ)能可實(shí)現(xiàn)長時(shí)及廣域空間的能量轉(zhuǎn)移，多為跨能源形式的長期儲(chǔ)能與利用。 當(dāng)前電力系統(tǒng)中應(yīng)用的如電化學(xué)儲(chǔ)能等儲(chǔ)能方式主要提供面向電力系統(tǒng)的日內(nèi)調(diào)峰、 調(diào)頻、爬坡等，用于平抑短時(shí)(秒、分鐘、小時(shí))尺度的電力波動(dòng)，難以應(yīng)對(duì)長時(shí)間 (周、月、年)尺度下可再生能源出力與負(fù)荷需求的電量不平衡問題。為實(shí)現(xiàn)長時(shí)間 尺度的能量平移，平抑?jǐn)?shù)日、數(shù)周乃至季節(jié)性的電量波動(dòng)，參與月、季乃至年調(diào)節(jié)過 程，需要采用長時(shí)間、大容量的儲(chǔ)能技術(shù)，即季節(jié)性儲(chǔ)能。其在電力系統(tǒng)電能富余時(shí) 將電能轉(zhuǎn)化為其他可長期存儲(chǔ)的能量形式進(jìn)行儲(chǔ)存，實(shí)現(xiàn)跨能源形式的長期儲(chǔ)能與優(yōu) 化利用。
評(píng)論