电池储能技术如何助力脱碳

美国的电池储能电力装机将从2021年不足5GW增加到2025年的30GW，五年增长500%。如此增长将使风电和太阳能发电占比提高多少？美国电池储能电站建设集中于两个经济发展快、体量在美国举足轻重的州：加利福尼亚州和得克萨斯州。这两个州的电力体系在美国又颇具代表性。电池储能电力在这两个州的发展能否带动更多的州更积极地利用气候法案所提供的投资税收抵免的优惠？电池储能在多大程度上可以支持美国实现2030年的气候目标？本期《能言能语》播客为您分析。

 

“全文” 逐字稿

 

各位听众好，欢迎收听《能言能语》播客节目，我是赵昂。从本期节目开始，我将用系列讨论的方式为大家较为详细的分析2022年8月在美国国会通过的通胀削减法案对美国能源产业的影响。今天我们先来看一下，电网规模级别的电池储能电力这一发展迅速的低碳技术。为什么会注意到这个技术？这与我看到的一篇美国能源信息管理局的官方文章有关。

 

文章发表于美国当地时间12月8日，其实也就是昨天的事情，主要内容就是美国电池储能装机将从2021年不足5GW，就是500万千瓦，增加到2025年的30个GW，也就是3,000万千瓦，等于说5年的时间增长了500%，这是非常惊人的增长预期了。当然我想这个预期因为是官方文章发表，所以大概率是可能实现的，也是根据市场的各种因素来做出的判断。这样的增长预期可以与太阳能光伏发电在2010年到2015年这5年时间实现的增长速度相提并论，当然比起来的话，增长速度快的还是太阳能光伏。

 

这个产业的增长预期之所以如此乐观，主要跟两个因素有关。第一个是电池储能技术在电力系统中可以发挥削峰填谷的作用，增加电力系统的灵活调动能力。第二个是通过替代化石能源装机或是化石能源发电，比如增加风电和太阳能发电等可变的可再生能源电力在电力系统中的比例或者渗透率，这一技术可以成为电力系统脱碳的一个重要手段。也正是基于这两点，美国的气候法案当中有专门的这种投资税收减免的政策，是针对电池储能技术的。

 

那么关于气候法案如何支持这一技术，我们稍后来说。先来看一看电池储能在电力供应当中所扮演的这种独特的作用。参照美国国家可再生能源实验室的分析，电池储能有以下几个特点，第一它是可以套利的，经济上是有利可图的，这样怎么理解？就是说电池可以在电网供求比较不紧张的时候，或者是在波谷的时候，去吸纳电网里面价格比较便宜的电。在白天需求高峰的时候，电池可以放出电来满足高峰的需求。充电和放电这两个过程它的成本和收益是有明显的差异的，所以它可以获得经济利益，这对于企业，发电企业、供电企业的这种经济有效性来讲是非常好的一个选择。

 

第二点的话是提供可靠的电力供应，从而来满足电力供应高峰时的这种需求。而这种需求一般来讲，电网级的这种电池储能设施满足它的标准负荷的时候，可以持续供应长达4个小时以上的电力。第三一点，作为电力运行当中的这种储备电力，面对突发情况可以做出这种较快的响应，这也是评价电力系统是否有韧性，或者可以能达到面对突发情况作出快速响应的一个重要指标了。这些突发情况可以包括电力的供需关系的这种巨大波动，比如说尖峰时刻或者是突发的自然天气情况，使得这种电力需求突然的增长。另外一部分的话也可能出现这种电力系统当中一些电力负荷它的这种机械性故障，出现停机的情况，这个电池储能这种电站可以以快则数秒钟的时间，长则以分钟或者小时的这种速度做出快速响应，这比一些传统的发电设施，比如说煤电或者是其它的一些电力可能在响应速度上来讲要有优势。

 

在美国，调峰电力以天然气发电为主，我们看到美国最大的发电来源用的能源是天然气。煤炭已经降为比天然气更低的了，因此电池储能电站可以替代天然气装机，因为在调峰的时候，不再用天然气装机来去供高峰的需求，而是用储能电站，从而降低电力系统的碳强度，因为储能电站里面的电是来自于可再生能源发电的设施。在提供可靠调峰电力供应方面，电池储能电站可以在标准装机负荷的情况下，提供长达4个小时以上的电力负荷供应，这是相当的稳定的，这一点刚才我也提到，从而可以非常有效的降低高峰需求对电力系统的压力。一般来讲高峰需求的这种电力系统压力的时间也是以4小时为单位，短的，当然长的如果是遇到热浪天气的话，这个时间可能再稍微长一点。

 

关于气候法案当中所提到的主要的政策工具，刚才我也提到了，我们现在就来看一下，所谓的投资税收减免。美国的气候法案主要内容还是提供各种激励，有一种通俗的说法是说他不再用大棒，而是用胡萝卜。当然不是没有大棒，我在这个节目的最后也会提到一点。那么投资税收减免是对电池储能发展有直接的影响的，因为任何的电力投资它都是一个长期的项目，长期项目当中对投资的税收提供减免的话，对于整个项目的投资回报的收益会有很大的影响。所以一般来讲，对于电力项目来讲，这是一个最有效的一种激励或者是补贴方式。

 

除了这一点其实还有一点非常关键，那就是这个政策取消了之前要求建设电池储能电站的一个约束性条件，那就是如果你要想建设电池储能电站，必须与太阳能发电设施相连，没有太阳能发电设施你不可以建。这个政策是取消链接或者约束之后，那么建立独立性的电池储能电站就变得是可行的，这样的话就减少了建立电池储能电站和太阳能光伏一起所必须的这种更复杂的审批流程和门槛，这样的话可以为着储能电站的这种快速发展提供这种条件。因此，这种监管的放开以及有效期可以从现在到2030年较长的一个时间的税收减免政策，大大刺激了产业的增长预期。显然从电力系统增强调度灵活性和增加风光（风电和光伏发电）的渗透率的角度来看，电池储能有相当大的这种发展潜力。

 

我们来看一下美国整个目前发电的比例情况，那么美国一年的风电和太阳能发电之和占到全国年发电量的比例是从2018年的约8%一直在增加，到去年2021年占比达到了12%，就是风电和太阳能光伏加起来。同期，煤电是由28%降低了22%，从18年到2021年。天然气的话，因为它这些年的发展很快，包括美国本国内的天然气开采的量也越来越多，所以天然气发电不断的替代了煤电，所以天然气发电从2018年占发电系统的总比例有35%增加到38%，超过1/3的电力都是来自于天然气。可见实现2030年和2050年的短期和长期的气候目标，美国需要尽快减少煤电的比例，其次是减少天然气发电的比例。

 

这一过程当中，电池储能和其它储能就需要发挥关键作用。当然今天我主要谈的是电池储能，其它储能方式包括抽水蓄能，也是类似的方式，在电价比较低的时候，把水从低处抽到高处，但电价高的时候，再把高出水放下来，去卖掉，卖到电网上来换取差价，另外还有绿色氢能也有类似的情况。

 

我们看到既然有这样明显的这种政策的激励，和它本身在电力系统调度当中所具备的一些优势，那么我们要简单的去看一下，如果到2030年美国能够实现3,000万千瓦的电池储能电站的建设的话，它可以有怎样的一种气候影响？当然我这边会补充一点，在目前来看的话，美国有两个州是在发展电池储能电站方面走得最快的，一个是深蓝州，加利福尼亚州，一个是深红州，德克萨斯州。一个是民主党占主要的州，一个是共和党占主要的州。这两个州很有意思的，加州是在气候政策方面是在全美是领先的，德克萨斯州虽然没有领先，但是德克萨斯州在产业发展方面，它的风电装机，还有电网的建设和电网的调度各方面也在美国居于领先的地位。所以这两个州如果能够在电池储能方面，在未来5~8年时间做出一些成绩的话，可能会带动美国更多的州加大电池储能装机的增长。毕竟根据美国清洁能源产业协会的预测，美国到2030年需要有100个GW的这样的一个电池储能的装机，到2025年大概有30个GW，2026年到2030年的5年时间，还有更大的增长空间。这可以看得出来，可能未来的这段时间是电池储能电站在美国快速增长的一个爆发期。

 

我们回到刚才说的减排的影响，如果美国电池储能发电到2025年如期实现30个GW的装机的话，它能替代多少天气发电量呢？这里我们假设电池储能电站的话，每个工作日大概是可以在高峰电力供应时满负荷运行三个小时，这是一个假设。当然大多数情况下，其实它是可以运行到4个小时以上的。那么每年的话我们按照一周5个工作日的话，大概算一年有260个工作日，从而可以算出来它基本的一个工作小时数，满足电力高峰需求的时候的工作小时数。

 

它在电力需求低的时候，在电价低的时候，晚上它储存电网里面的电，或者是说储存风电和太阳能的一些电力，当然储存太阳能的电力它就不能是在晚上了，而是在白天，风电有可能是晚上的出力更大，所以不管怎么样，它的主要的电力来源是可再生能源电力。天然气的发电的碳强度我这边也说一下，在美国来讲的话，最新的2021年的数据，美国是每发一度天然气电力它对应的碳排放是0.44公斤二氧化碳当量，这些参数假设完之后，我们就可以初步算出来，到2025年30个GW，就是3,000万千瓦的电池储能电站在美国，它可以带来大概1,000万吨二氧化碳当量的减排量，这是相当可观的一个减排量。

 

好，我们下面来说一下刚才我提到所谓美国气候法案当中所谓的大棒的因素，因为大家都说这是一个激励的政策，但是它也有一些约束，但这个约束可能对于美国的产业发展来讲，其实还是一个利好因素，因为在美国颁布的政策当中，要求在采购可再生能源的这种电力设备方面，应该是要他采购本国生产或者是有更多的这种产业链的要求。所以从这个角度来看的话，我们看到电池储能技术，它的主要一个竞争的产业是电动汽车，因为它们会重叠使用一些大组件的这种电池。电池的话，我觉得从另外一个角度来讲，电动汽车的这种发展，它也存在稀有金属的这种供应的问题，还有产能的问题，还有这种芯片的问题，所以这些放在这个当中来考虑的话，我们会看到美国在短期内要快速的建设更多的电池储能电站，它的生产和产能还有供应的问题，是不是跟得上？我觉得也是一个问题。当然美国因为有了这样的政策和基于它本身的一些产业规模，可能在生产方面也许可能这几年会有一个比较快的进展。

 

当然了，我们也看到电动汽车电池报废之后的这种再应用，所谓第二次生命的时候，还有更多的资金、研究者能在讨论说，电动汽车卸下来的电池，它可以通过一些技术，通过一些新的创新能让这些电池能变成未来的这种储能电站。我想随着电动汽车的发展，可能市场占有率越来越高，它随着退役的时间慢慢临近，也会有越来越多的电动汽车退役，退役之后它的电池如果可以被储能电站这样的这种新的电力设施方式能够利用的话，这也是一个非常好的方向。但不管怎么样，美国在未来三年是否能够如期实现，无论是可能超期，还是说也许可能在产能方面和供应链方面，还有包括电池储能设施的这种成本方面，遇到各样的困难的时候，可能也许也会达不到这样一个目标。但无论怎样，我们看到美国颁布这个政策之后，是给产业发展注入了一个强心剂，这一点是毋庸置疑的。至于产业发展在政策支持下，是否能够如期实现它的一些发展目标，甚至超出这些目标，还有待于我们继续观察。