《“乘风破浪”的光伏产业:消纳条件为什么如此重要?》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2020-08-07
  • 又一度SNEC展即将盛装来袭,各大光伏企业正在积极“备战”,准备用琳琅满目的新技术、新模式,在这次“组团摆摊”中“各显神通”,硬核展示走向平价上网时代的实力。
    今年以来,随着技术的进一步提升,全球光伏最低发电成本纪录继续突破,出现1.35美分/千瓦时的历史性报价,低于人民币0.1元/度。在全世界诸多地区,由于受“非技术成本”制约较小,光伏发电“1毛钱一度电”已成为现实。
    然而,随着国内平价时代的来临,光伏产业想要“乘风破浪”,除了技术本身的进步,更需要消纳条件的保障。进入平价阶段,消纳条件将成为光伏新增装机规模的最大制约因素。
    光伏发电利用率“逆势上升”
    消纳压力仍然存在
    今年以来,新冠肺炎疫情对电力需求造成一定冲击,但在此情况下,根据中国光伏行业协会日前发布的数据,上半年我国光伏发电装机规模同比增长0.88%。与此同时,光伏等新能源发电的利用率也在逆市上升。两大电网公司近日发布的统计数据显示,上半年,国家电网经营区内的风电、太阳能发电利用率为96.9%,南方电网可再生能源发电利用率达99.87%,较去年同期都有提升。
    据电力规划设计总院高级工程师程晨璐介绍,尽管受疫情影响,全社会用电量同比下降,但各方齐心协力加强新能源消纳。上半年,全国光伏发电量1278亿千瓦,同比增长20%,光伏发电量占全部发电量的3.8%,较2019年增长约0.8个百分点。
    程晨璐预计,下半年光伏新增装机将有所回升,一方面下半年依然有约3700万千瓦光伏消纳空间,另一方面2020年光伏发电项目国家补贴竞价结果已发布,约2597万千瓦光伏竞价项目计划在2020年并网。他表示,由于已复工及新开工一批电网输变电工程,相关新能源送出受阻情况将逐步好转,下半年全国整体光伏消纳形势稳步向好。
    2020年,国家积极支持、优先推进无补贴平价上网光伏发电项目建设,推进光伏向平价上网阶段平稳过渡。据水电水利规划设计总院新能源部太阳能处处长秦潇介绍,2020年度,全国共申报竞价项目3350.911万千瓦,其中434个项目纳入2020年国家竞价补贴范围,总装机容量2596.7208万千瓦,预计2020年全国新增消纳能力将达到4845万千瓦。
    不过,由于新能源发电成本逐步下降,竞争力进一步提升,清洁能源并网规模将继续增长,意味着消纳能力也将面对更大的挑战。根据国网能源研究院日前发布的《中国新能源发电分析报告2020》,2020年,我国光伏度电成本预计为0.245-0.512元/(kWh),到2025年,我国光伏发电度电成本将在0.220-0.462元/(kWh)之间。
    国网能源研究院预计,2020年全国新能源利用率整体可以保持95%以上,但个别省区面临较大压力。预计甘肃、新疆新能源利用率仍低于95%,但均较2019年有所提升,冀北、山西、青海受新增装机规模较大等因素影响,新能源利用率可能低于95%,华东、华中地区在春节等负荷低谷时段首次出现限电情况,但新能源整体利用率仍保持较高水平。
    国网能源研究院指出,随着新能源装机比重的不断提升,受新能源资源、装机容量增长、电力需求增长等边界条件共同影响,新能源消纳情况可能存在一定的不确定性。例如,系统调节能力提升可能有限、新增装机存在不确定性、跨省跨区交易组织难度可能增加,都将对光伏等新能源消纳造成影响。
    平价光伏欲“乘风破浪”
    保障消纳是关键
    据了解,随着后补贴时代的来临,国家层面或将不再对可再生能源装机做定量规划,而落实消纳将成为光伏“乘风破浪”的核心。国家发改委能源研究所研究员时璟丽表示,光伏发电正迈向全面平价,进入后补贴时代,需要发挥可再生能源电力消纳保障机制的长效和重要作用。她强调,可再生能源高质量发展的要求和方向不会变,而消纳条件是决定新增规模的因素之一。
    时璟丽认为,需要强化可再生能源电力消纳保障机制,保障持续稳定的增长空间,同时发挥绿证及交易机制的作用、延续光伏发电市场环境监测评价机制,通过开发项目开发市场、实施竞争配置项目等手段探索和逐步实施项目建设管理,让可再生能源项目尽可能多地参与电力市场,最终推动光伏发电技术和经济竞争力的提升。
    对于建立健全适应新能源消纳市场机制,程晨璐建议,健全电力辅助服务市场机制,向新型灵活性资源提供市场准入,纳入响应速度、调节精度等质量因素,发挥灵活调节资源对系统的真实价值;深化电力现货市场建设,通过反映电能真实市场价值,激发各类电源、负荷和储能调节能力,加强现货市场运行与中长期市场有效衔接;同时探索建立容量补偿机制或容量市场。
    结合我国电力市场建设进程,以及不同交易机制对促进新能源消纳成效的评估,国网能源研究院认为,下一步应重点完善我国调峰辅助服务市场机制与新能源跨省区交易机制,进一步发挥市场机制对于提升新能源消纳能力的作用。
    国网能源研究院建议,首先要完善调峰辅助服务市场机制,并做好与现货市场设计衔接,激励各类资源为系统提供灵活调节能力;其次,需要完善新能源跨省区交易机制,逐步建立相互开放的、跨省区的统一市场机制,促进新能源在更大范围消纳。

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    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2021-01-19
    • 2020年注定是不平凡的一年,新冠疫情成为这一年的主题,确诊病例的曲线走势如同股市行情一般牵动着许多行业的神经,而对于国际储能市场而言,2020年是魔幻的,是充满挑战的,是突破和创造历史的一年,储能联盟将通过七个关键词带您一起回顾,看看这一年国际储能市场都发生了什么? 01疫情救济 2020年,新冠疫情席卷全球,许多行业均遭受到严重的影响,对于储能行业而言,特别是上半年,很多国家的电池储能项目审批、采购、运输、施工等环节受到一定程度的延误,致使新增投运项目规模与2019年同期相比有所下降,根据中关村储能产业技术联盟(CNESA)全球储能项目库的统计数据显示,2020年上半年,全球新增投运项目装机规模达591.8MW,降幅26.2%。此外,储能领域的的融资总额(包括风险投资、私募股权等)也从去年同期的19亿美元降至7.16亿美元,降幅显著。 针对此,同时也是为了复苏和提振经济,很多国家和地区开始采取相关举措抗击疫情带来的负面影响,其中不乏对储能行业的支持,例如: 美国国会出台了一揽子疫情救济计划,其中包括延长光伏系统的投资税收抵免以及拨款10亿美元用于支持储能技术的研究、开发和示范等; 西澳大利亚政府发布了一项6630万美元的以可再生能源为重点的一揽子计划,其中包括对电池储能系统和虚拟电厂的支持; 欧盟计划投入7500亿欧元支持绿色经济复苏,而储能对于实现欧洲绿色经济,特别是在交通和能源行业领域实现碳中和的道路上将发挥重要作用; 奥地利针对小型光储系统启动3600万欧元的退税计划; 意大利为户用光储系统提供税收减免,北部的伦巴蒂政府也将拨款1000万欧元,继续为购买户用光储系统的用户提供补贴。 02“大”规模 经过上半年,特别是一季度的低迷之后,市场开始逐渐回暖,此前停滞或延后的项目申请和建设慢慢恢复正常,项目的建设规模越来越大,开始进入“大”规模时代,特别是以美国、英国和澳大利亚为代表,相继发布了百兆瓦级储能项目建设规划,规模均创造了各自的历史新高。 美国,2020年无疑是美国储能史上重要的一年,电网级电池储能的新增市场规模首次突破了10亿美元大关和1GW大关。与2019年相比,总装机容量翻了一番,新增装机容量主要来自加州,LS Power在该地区完成了美国乃至全球最大的电池储能项目,规模为250MW/250MWh,此外,该州还有类似几个大型项目正在加速完成中。 英国,2020年迈出了“重大、积极又适时”的一步,内阁通过立法,取消电池储能项目容量限制,允许在英格兰和威尔士分别部署规模在50MW和350MW以上的储能项目。这项举措打开了英国大型储能项目建设的大门,英国当前规模最大的储能项目业已出现,该项目位于泰晤士河畔,规模320MW/640MWh,且未来有望扩增至1.3GWh。 澳大利亚,继续将Hornsdale百兆瓦级电池储能项目的成功经验复制到多个地区,其中包括,AGL在南澳规划的一个250MW/1000MWh电池储能项目、Neoen在维多利亚州部署的一个300MW/450MWh锂电储能项目、以及Renewable Energy Partners在昆士兰州开发的一个500MW电池储能项目等。 03小”储能 虽然储能项目的建设规模越来越大,但小型分布式储能,特别是家用储能的发展在2020年也取得了重大进展,越来越多的储能企业、公用事业公司在关注这些“小”储能,尤其是将它们聚合形成虚拟电厂后所发挥的“大”价值,而如何控制这些分散在不同地点的“小”储能为电网提供服务?可以实现一些大型电厂一样的功效吗?用户需要多少补偿才有动力参与? 任何人都可以在适合的地区安装足够多的“小”储能来赚取一些钱吗?这些都是萦绕在该领域的热议话题,资本市场也表现出了对虚拟电厂项目的青睐,这些灵活的“小”储能正在转变为一种可投资的基础设施,2020年,很多公司都在积极布局这方面的业务。 美国领先的光储系统供应商Sunrun目前已经安装了1.3多万套家用储能,正在与南加州爱迪生公司合作,研究虚拟电厂在大洛杉矶地区的价值; Green Mountain Power目前控制着2567套特斯拉的Powerwall家用储能系统,灵活性容量达13MW,通过降低高峰时段为公司节省300多万美元; 聚合商Swell Energy从Ares Capital Management获得了4.5亿美元的融资,用于安装1.4万套家用储能系统,以履行其与公用事业公司之间签署的服务合同; 需求响应初创公司Ohmconnect获得1亿美元融资,其中8000万美元将用于建设一个550MW的虚拟电厂项目; 家庭备用电源领军企业Generac收购分布式资源软件控制开发商Enbala,以此打入家用储能市场,并在虚拟电厂市场分一杯羹。 04长时储能 近年来,锂离子电池储能技术一直在快速增长,根据CNESA全球储能项目库的数据统计,锂离子电池近五年来(2015-2019)的年复合增长率为85%,截止到2020年9月底,锂离子电池的累计装机规模达到9.8GW,在已投运电化学储能项目中的占比为90%,占据了绝对主导地位,但从目前已投运的锂电项目上看,它们的全功率放电时长很少能超过4个小时,长时非锂储能技术开始进入大众视线。2020年一些政府部门、储能企业已开始将各自的长时储能计划提上日程。 加州公用事业监管机构预测,到2026年,该州可能需要约1GW的长时储能; 加州储能协会预计到2045年,加州在清洁能源转型过程中将需要45GW+的长时储能,相当于目前加州的峰值电力需求; Form Energy将在2023年为明尼苏达州的一家公用事业公司提供一套150小时的“水空气”储能系统,并获得7600万美元的C轮融资; Lockheed Martin开始其首个长时储能系统GridStar Flow的测试工作,规模500kW/2500kWh,完全放电情况下持续放电时长为5小时,半放电情况下放电时长可达10小时。 05低成本 锂离子电池组方面,过去十年来(2010-2020),全球锂离子电池组平均价格从1100美元/kWh降至137美元/kWh,降幅达89%,并且在2020年首次出现了价格低于100美元/kWh的调研样本,同时预测未来三年内,价格将降至101美元/kWh。 储能系统成本方面,2020年一个完成安装的、4小时电站级储能系统的成本范围为235-446美元/千瓦时。带动成本下降的主要因素则包括储能电池成本降低、系统设计优化、系统充放电时长标准化程度提高以及市场成熟度提高。 平准化成本(LCOE)方面,2020年,一个4小时的电池储能系统的LCOE已达到150美元/MWh,是两年前的一半,同时,在2小时以内的放电时长情况下,电池储能用于调峰已经比传统的燃气电站更具经济性。此外,美国能源部在近期发布的储能大挑战路线图中还提到,到2030年,长时固定式储能应用的LCOE将达到50美元/MWh。 06光+储 在过去几年里,美国各地宣布建设了一系列光储项目,这些项目因其极低的PPA而总是能登上新闻头条,从2015年夏威夷KIUC 签署的139美元/MWh PPA 开始,到2017年亚利桑那州图森电力公司签署的45美元/MWh PPA,PPA一跌再跌,直至加州Eland 光储项目签署的40美元/MWh PPA,创造历史新低。尽管如此,这么低的PPA仍然还是可以实现的,但需要备良好的可再生能源条件,光伏电站总能源输出与储能容量之比足够高,政府激励政策,以及储能系统成本的持续下降等特定的先决条件。 此外,光储项目的成本也在快速下降,根据NREL的数据统计,美国西南地区光储项目的成本已低于30美元/MWh。以20MW/80MWh储能系统为例,仅仅2018年一年大型电池储能的安装成本下降了近40%,预计到2030年安装成本也有可能再下降52%。在一些地区,光储系统以对传统火电、天然气电站、柴油发电等形成竞争。 07安全警钟 2020年7月,亚利桑那州公用事业服务公司对外发布McMicken电池储能项目火灾事故报告,原因直指电池,将大众视线再次聚焦到该项目电池供应商LG化学上,毕竟在韩国本土发生的30起火灾事故的储能电站中,LG化学就是主要的电池供应商之一。无独有偶,2020年9月,位于英国利物浦的20MW Carnegie Road电池储能项目发生火灾事故,该项目的电池同样来自LG化学,这无疑将LG化学推上风口浪尖。2020年12月,LG化学又相继收到了五起有关美国储能电池过热引发火灾的报告,公司以相关储能电池存在过热风险,可能引起火灾或冒烟为由,召回了几个特定批次的家用储能电池产品。 安全问题依然是储能行业面临的一大挑战,现有标准规范虽然都已经认识到热失控蔓延是一种严重的安全风险,但并没有很好的解决措施,仍然需要有商业上可用的技术和设计来应对潜在的热失控蔓延风险。此外,这些安全事故也给当前国内低价竞争环境下的储能项目建设敲响了警钟,储能系统的安全需要从系统设计、建设到运维进行全方位考虑,如果没有做好安全防护,小隐患终将会酿成大事故。
  • 《换电站纳入新基建 换电模式未必乘风破浪》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2020-07-22
    • 作为一种新的商业模式,换电模式受到了政策与市场的力捧,但它目前还面临着缺乏统一标准、电池性能有差异、换电站投资成本大等难题——   虽然我国新能源汽车产销量连续多年位列全球第一。但对于不少消费者来说,是否选择购买新能源汽车依旧纠结,因为里程焦虑、充电焦虑仍横亘在眼前。   如今这道一直困扰新能源汽车发展的难题似乎有了新解。2020年新能源车补贴新政,对换电模式倾斜明显,明确指出起售价30万元以上(含30万)的新能源汽车将不再享受补贴,但支持换电模式的车辆例外,7月22日正式生效。   不仅如此,换电站作为新基建的重要组成部分,首次被写入政府工作报告。   那么,有新基建加持的换电模式,能否让新能源汽车的进击之道“乘风破浪”?若要大规模推广,还需扫清哪些路障?就此,科技日报记者采访了相关专家、车企和消费者。   换电模式成为下一个“风口”   去年,储先生果断入手了一辆蔚来电动汽车,吸引他的正是蔚来汽车的换电服务。“不用坐等电池充电,我只需去4S店的换电站,不排队的话, 10分钟左右就能开走电量十足的爱车。对我而言,换电比快充更好更便捷。”他说。   一度沉寂的换电模式,不仅削减了人们对购买新能源汽车的后顾之忧,也迎来了与充电模式并肩发展的新机遇。   5月25日,工信部部长苗圩在两会“部长通道”答记者问时表示,将继续加大充换电基础设施建设,并鼓励各类充换电设施实现互联互通。   “在市场低迷的当下,换电模式成为新能源汽车产业发展的下一个‘风口’已日渐明晰。”北汽新能源党委副书记、新闻发言人连庆锋告诉科技日报记者,随着新能源汽车市场与换电模式的日臻成熟,“换电”得到了政府和社会的更多关注与认可。   截至目前,全国共有换电站430余座,主要分布在一线城市及新能源汽车推广较好的省市。当前,国内采用换电模式的主要有4家企业:北汽新能源、蔚来汽车、重庆力帆和浙江时空电动。政策上的支持和消费者的认可,让这些曾一度饱受质疑的换电模式探路者备感欣慰。   作为国内最早从事换电模式推广的整车企业,北汽新能源在换电模式上的探索与布局已达10年之久,形成了从技术、产品、平台到产业链、资本链、生态圈的完整闭环。   “我们已在19个城市建成并启用了187座换电站,投入运营的换电车辆达1.8万台,已累计完成换电480万次,换电车辆行驶总里程达到6.9亿公里。”连庆锋直言,这些数据在全国乃至全球范围内均属领先。   将促进新能源汽车推广普及   换电模式的推广普及将会对新能源汽车的长远发展产生哪些影响?   “换电模式优势明显,将综合促进新能源汽车的推广普及,加快电动化进程。”宁德时代新能源科技有限公司相关负责人举例说,整车剥离了电池资产,不仅降低了终端用户的购车成本,也大幅减少了初期投入;用户不持有电池资产,打消了其对电池质保、可靠性等方面的顾虑;换电模式通过构建新型能源服务网络,大幅提高车辆运营效率,形成可持续发展的商业模式。   在连庆锋看来,换电模式被认可,根本原因是它能有效解决新能源汽车发展的瓶颈问题,推动产业走向成熟。在解决新能源汽车的充电问题上,国内已形成共识,即“慢充为主,快充为辅,鼓励换电”。但是,慢充面临“建桩难”的问题,无法实现大规模全面覆盖,成为影响新能源汽车消费增长的瓶颈。   “相比之下,换电模式补能过程比加油还快,且无需停车位支持,更加集约高效。”连庆锋说,通过电池的统一管理、集中慢充,不仅能有效保证充电安全与电池寿命,还能帮助城市电网削峰填谷,消纳更多可再生能源。   中国电动汽车百人会传播顾问沈承鹏则认为,换电只是电动汽车充电的一种方式,并不会取代充电。他坦言,增加换电站设施,还需政策加大支持力度。   经济性和标准化成发展障碍   作为一种新的商业模式,换电模式受到了政策与市场的力捧,那么这是不是意味着这种模式能一路高奏凯歌,并带动新能源汽车“乘风破浪”呢?事实上并没有这么简单。   早在2007年,以色列BetterPlace公司就曾尝试推广换电模式,但由于运营投入和收益无法平衡而难以为继,于2013年5月宣布破产清算。2013年,特斯拉也曾短暂试水换电模式,但终因换电价格昂贵、操作不便等原因,宣告放弃。   “换电模式在发展初期,面临的最大问题是经济上是否划算。”连庆锋认为,目前换电模式还存在缺乏统一标准、电池性能有差异、换电站投资成本大等难题。   对此,沈承鹏持相同观点。“从新能源汽车行业刚起步发展时,选择充电模式还是换电模式的争论就不曾停歇。”他说,国家电网最初倾向支持换电模式,后来积极性也不高,现在充电桩的布局速度远远大于换电站的建成速度,其中原因值得探究。   沈承鹏分析,有几个因素制约换电站建设发展。首先,建站成本高,一般中小企业承担不起。其次,换电站维护成本也高,比如要配置一定比例的备用电池,还要负责电池检测维护。再次,换电站一般不能建在市区人口密集地区,因此站点选址等工作远比建设换电站更复杂。   “电池型号、尺寸不统一,不同车企或同一企业不同车型的电池不兼容,也阻碍了换电模式的推广普及。”沈承鹏直言,特别是私家车领域,如果购车时车电分离问题不解决,换电模式也难以在大范围推广。因为消费者会担心在换电站换到旧电池甚至坏电池,“这个问题不从宏观层面解决,换电方式就只能在公用车领域应用”。   宁德时代相关负责人进一步指出,目前车电分离的政策法规还不够完善,二手车流通模式及相关评估体系未建立,这些都是车电分离推广过程中遇到的较大挑战。   不过,经过近10年探索和实践,北汽新能源在换电模式的经济性、便利性、安全性上取得突破。比如,北汽新能源换电站布局已可满足北京市区2.53公里的服务半径(即2.53公里内可找到一个换电站),便捷性近似于加油站。值得注意的是,北京出租车采用换电模式后,日均订单数量增长25%,运营里程提升38%,司机收入增加30%……   “全国汽车标准化技术委员会、中国电力企业联合会标准化中心正在牵头制定一系列电动汽车换电标准,目前已发布相关国家标准26项,行业标准18项,这为换电模式的推广应用奠定了基础。”连庆锋称,新能源汽车虽在短期内产销承压,但从长期来看,换电模式市场前景广阔,将作为新能源车发展的一剂强心针,带动行业持续增长。(来源:科技日报)