「气荒」西欧，押注新型储能和虚拟电厂

焦点内容

1、英国“燃料贫困”人口翻番，欧洲公民只能二选其一——高昂的能源要么用于做饭，要么用于供暖；住手现在，美国面临能源危急显然更具缔造力，例如守护“民主”守护中东油源，又例如支持“人权”放缓脱碳历程。

2、为了提升太阳能行使率，光伏装机量需要连续提升。随着装机量提升，这种供电颠簸也随之放大。发电源多元化意味着更高的建设成本，发电调治力度增强进一步增添了电力系统的维护成本。光伏发电的经济价值可能随着太阳能普及率的提高而缩水。

3、虚拟电网将发电效率*化，并实现面向终端用户的高效能源分配，“智能电网之于欧洲，就像页岩气之于美国”。只管成本高昂、储能时间较短、寿命有限使得电池被视为可调剂电源的“弱替换品” ，然则得益于价钱竞争力和供应链成熟度优势，电池仍在新型储能市场占有主导职位。储能手艺的成本效益将是战胜可再生能源供电颠簸的要害。

元气资源。事实上，凭证Swanson's Law（斯旺森定律），耐久来看，太阳能电池板的累计产量每增添一倍，其成本就会下降约莫20%。在住手2016年之前的二十年间，全球光伏年产量年增进率高达近40%。

太阳能作为能量泉源，其潜力险些是无限的——太阳每小时散发的能量足够地球使用一年有余。不外，正如元气资源前文所述，“已往人们在火的精准控制方面显得力有未逮，现在，电的应用也让人们面临新的挑战——电力难以大规模储存。这一挑战将光伏风电等新能源置于逆境”。

与核电、水电、风电相比，太阳能对天气和地理环境要求相对较低。然则，由于光伏发电效率受限于阳光照射强度和时长，时间（日间/黑夜）、天气（晴天/阴天）均对光伏发电功率造成影响。Varun Sivaram在<Taming the Sun>（驯服太阳）中警示，由于太阳能供电的不稳固性，人们尚未对该能源的普遍应用作好足够准备。

能源需求调控以及新型储能手艺研发与商业应用探索的意义便在于此。

「忘记沐浴吧……要么饱腹，要么保暖」

自俄乌冲突以来，西方对俄经济制裁引发的能源供应欠缺加之极端高温天气带来的需求高涨配合推高能源价钱。8月29日，Reuters云云形貌欧洲通胀危急，“忘记沐浴吧，欧洲公民只能二选其一——高昂的能源要么用于做饭，要么用于供暖”。据悉，欧洲基准自然气价钱在已往12个月中已经攀升550%。

事实上，此次能源危急较上世纪70 年月和80年月更为严重——“在1982年石油危急最严重的时刻，英国公民能源支出的收入占比为9.3%”。然而，Carbon Brief估算数据显示，今年冬天，这一占比或将高达10%，英国家庭能源支出将是2021年的两倍。IEA（国际能源署）的家庭通胀调整指数解释，2022年头欧洲主要经济体家庭自然气价钱已经超出上世纪70 年月、80 年月以及本世纪初能源危急的峰值。  

△ 英国公民平均10%的家庭收入将被用于购置燃气、电力、其他取暖和燃料，以及汽油或柴油（泉源：Reuters）

能源危急直接触发电力危急。2021 年，英国近四成电力由燃气天生，其余六成为家庭及企业供暖、提供热水，或用于储存。Financial Fairness Trust的研究效果显示，能源危迫切使三分之一的英国家庭削减了炊具和烤箱的使用，三分之一的英国家庭削减了淋浴次数。Ofgem曾于8月26日示意，英国消费者能源成本将从10月起上涨 80%。英国慈善机构National Energy Action以为，这或使890万英国家庭陷入“燃料贫困”，较去年10月450万的燃料贫困人口险些翻番。 

上世纪70年月，两次石油危急促成英美工业衰退。现在，在欧洲民众面临生涯成本危急的同时，飙升的能源账单使“欧洲工业引擎”德国的钢铁、零部件、化学品等厂商陷入逆境。周六，英国制造游说组织 MakeUK指出，在已往 12 个月中，42%的英国制造商电费上涨了100%，32% 的制造商煤气费翻了一番，“平均每10家英国制造企业，便有6家面临关闭的风险”。

△ 2000年至今英国天燃气价钱（泉源：BBC）

早在8月尾，欧洲自然气价钱已比已往十年平均水平凌驾约10倍。在俄乌冲突发作之前，欧盟高达40%的自然气源自俄罗斯，这一数字在德国更是高达55%。

△ 2021年各国自然气出口量排名（泉源：BBC）

9月3日，Gazprom（俄罗斯自然气工业股份公司）宣布北溪一号无法按设计恢复自然气运送，欧洲电价再创新高，能源危急进一步恶化。9月5日（周一）上午，欧洲基准自然气价钱进一步飙升 28%，英国自然气期货上涨了三分之一。以上自今年6月以来，由于维护问题以及因西方对俄制裁导致的涡轮机丢失争议，Gazprom已将北溪一号运送量削减至产能的20%。

能源危急对经济流动的潜在袭击直接导致市场对欧元区或将提前到来的经济衰退担忧加剧。9月5日，欧元跌破0.99美元，创二十年新低。英镑触及1.14美元，为1985年以来*。此前，Credit Suisse董事总司理兼全球 STIR 战略认真人Zoltan Pozsar将本轮能源危急比作欧洲的“明斯基时刻”。从德国、奥地利、瑞典，到芬兰、瑞士，欧洲各国政府纷纷出台纾困基金。

事实上，IMF（国际钱币基金组织）早于9月2日宣布数据显示，在脱节英国殖民统治75年之际，印度在2021年最后三个月跨越英国成为天下第五大经济体。凭证预计，印度经济总量将在五年后超出英国20％。这一事着实增强印度民族自信的同时，无疑对英国公民对经济抱有的信心造成新一轮袭击。

正如英国前宰衡Boris Johnson在面临居高不下的食物价钱时曾于6月呼吁英国公民“削减食物摄入能够减肥”，9月6日，法国总统Emmanuel Macron敦促法国公民节约能源——与*次石油危急中的美国如出一辙。

美国「天真」应对能源危急

虽然美国自然气价钱也已飙升至2008年以来的最高水平，然则在所有蓬勃经济体中，欧洲处境似乎最糟。IEA数据显示，在已往40年中，美国家庭为自然气支付的平均价钱较欧洲家庭更高，然而，这一征象已经今年*季度被推翻。

△ 1978年-2022年Q1欧洲五国、美国与OECD自然气价钱对照（泉源：Reuters）

除了对俄能源依存度存在本质区别，欧洲在能源危急“比惨运动”中的*职位或与盟友美国应对通胀危急更为“天真”的解决方式有关。

凭证Alaraby UK，自2017年9月起，被称为“自卫队”的“叙利亚民主气力” 在美国的支持下连续扩张并控制了该国90%以上的油田和约45%的自然气生产。叙利亚国家通讯社SANA披露，“在叙利亚所谓‘民主气力’的辅助下，美国占领军继续从叙利亚东北部掠夺和窃取叙利亚的财富，包罗粮食、石油、文物和牲畜”。

8月8日，叙利亚石油部指出，“仅在今年1-6月，美国及其雇佣军便在该国盗采6.6万桶石油，约占叙利亚石油产量的80%.……讲述期内，叙利亚石油产量为1450万桶，日均产量为8.03万桶，其中交付给炼油厂的石油总量近为1.43万桶”。

此外，放缓能源转型历程也是美国借以应对电力缺口的战略之一。高企的自然气价钱与极端高温推升的电力需求，加之光伏发电项目的延时，迫使美国公用事业公司延伸燃煤电厂的使用寿命。今年以来，美国延迟“退役”的燃煤电厂已达8家，仅在8月便新增3家。

值得注重的是，美国光伏发电项目的延时与羁系障碍有关，而羁系的焦点在于抵制中国太阳能电池板进入美国市场。由于美国严酷观察入口商（中国）是否逃避东南亚太阳能电池板入口关税（此前，美国对华关税迫使一些中国光伏厂商转而通过东南亚市场使零部件流入美国），美国公用事业公司和光伏产业开发商在采购零部件方面面临重重难题。咨询公司Wood Mackenzie以为，今年美国公用事业规模光伏装机容量将新增8.7GW——仅为去年水平的一半左右。

光伏发电的「价值通缩」

正如70年月石油危急推进西方天下——尤其是西欧国家的能源转型历程，本轮能源危急与电力危急或进一步拉动清洁能源在欧洲市场的渗透率。今年以来，欧洲在加速实现“完全脱节化石燃料”方面彰显雄心。一项新的欧盟目的旨在于2030年之前将该区域可再生能源的电力份额提高至63%，远超出此前55%的目的。

笔者以为，短中期看来，美国市场对于中国清洁能源产业出口厂商未必有利可图。美国克日通过《通胀削减法案》拨款3740亿美元用于脱碳，同时支持在风能、光伏、电池以及绿氢领域的本土制造业，以大幅削减对华依赖。此外，除了美国对华羁系限制，相较于欧洲市场，美国能源转型的政策延续性更值得嫌疑。只管与中国差异，西欧能源政策均为“危急心态”主导，然则欧洲较美国更大的能源入口依赖决议了美国能源解决方案更容易停留于权宜之计。

因此，欧洲或将成为中国新能源厂商在中国本土市场以外得以发展的广袤天地，而新能源产业一定拉动储能以及能源需求治理产业的响应增进——风电光伏供电的不稳固性决议了二者与新兴储能以及能源需求治明白决方案往往携手并进。

以太阳能为例，云层遮蔽等天气征象影响光伏电网的瞬时供电——以风电光伏为首的可再生能源因而被称为间歇性能源。为了提升太阳能行使率，光伏装机量需要连续提升。然而，随着装机量提升，这种供电颠簸也随之放大。为了“配合”光伏发电，多种电源需要被接入电网，而这种多样性意味着更高的建设成本。同时，光伏发电占比越高，发电系统颠簸局限越宽，随之增强的发电调治力度进一步增添了电力系统的维护成本。

Varun Sivaram将此称为太阳能潜在的“价值通缩”——光伏发电的经济价值可能随着太阳能普及率的提高而缩水。

由此可见，光伏产业的康健生长并非仅仅关于提升装机量、提升电池效率或者提高渗透率，开发高效的调峰解决方案和能量存储手艺迫在眉睫。

虚拟电厂「削峰填谷」

元气资源，“或是由于石油入口依赖水平差异，欧洲对能源转型出现出的热情远远超出美国。2020年上半年，风电光伏在德国、英国电力市场渗透率划分高达42%和33%，这一数字在美国仅为12%”。事实上，德国即是开拓Virtual Power Plant，即虚拟电厂的先驱。早在2008年至2012年间，德国联邦经济事务和能源部门便已资助一项名为eTelligence的早期虚拟电厂研究项目。

Virtual Power Plant，即虚拟电厂，是一种基于“云”和“小型漫衍式能源集群”的调峰解决方案。这种能源治理系统的能源结构往往包罗可调剂或不能调剂、可控负荷或天真负荷（CL或FL）的漫衍式发电系统。这意味着，无论屋顶太阳能电池板、小型风力发电厂(WPP)，照样大部门时间处于闲置状态的备用发电机，都能通过被聚合并作为单个发电厂运行。

互连单元通过虚拟电厂中央控制系统（VPP 软件）举行调剂，但在操作和所有权方面保持自力，而且能够在能源市场上举行智能生意。Pike Research剖析师Peter Asmus将虚拟电网称为“能源互联网”。

△ 虚拟电厂能源结构通常涉及微型热电联产、自然气往复式发念头、小型风力发电厂、光伏、径流式水力发电厂、小型水电、生物质能、备用发电机和储能系统等（泉源：Power Mag）

△ 漫衍式供能系统（泉源：西安交通大学能源与动力工程学院）

由于涣散的发电单元和VPP软件之间能够实现实时通讯，虚拟电厂得以聚合、控制、监控和优化漫衍式能源 (DER) 的漫衍式能源生产，从而调治负载颠簸。在此历程中，发电单元成为一个可调剂资源，这种联网为发电单元提供了发电天真性。通过优化电力生产、电力消费，以及电力存储，虚拟电网将发电效率*化，并实现面向终端用户的高效能源分配。

CNBC曾于2012年指出虚拟电厂北美模式与欧洲模式的区别，“由于美国的需求响应市场加倍成熟，包罗EnerNOC和Constellation Energy在内的北美虚拟电厂由需求驱动；而欧洲虚拟电厂则由供应驱动，这是由于欧洲大陆拥有大规模风能和太阳能等间歇性电力资源”。

虚拟电厂能为公用事业部门和聚合商带来效率跟高、利润更高的商业模式。欧盟能源同盟副主席Maroš Šefčovič曾于2015年流露电网改造对欧洲能源自力的决议性意义，“智能电网之于欧洲，就像页岩气之于美国……住手现在，实现电网智能化能为我们削减30%的供电容量”。

新型储能手艺协调「间歇性能源」供电颠簸

随着可再生能源在整体能源结构中所占份额的增添，电力供应的间歇性和可调剂性问题正在成为脱碳电网的焦点问题。储能的意义在于，在清洁能源输出功率高时，将多余电力转换为其他能源形式加以储存，并在输出功率下降时释放，以填补电力缺口。一些学者以为，当渗透率低于电网需求的20%，可再生能源通常不会严重改变经济状态；当渗透率跨越20%，储能变得极其主要。

△ 储能使得负荷转移成为可能，从而提高供电效率（泉源：EOS）

能量存储手艺来通常能被归为以下几种类型——机械存储（e.g. 飞轮，压缩空气）、热能存储（e.g. ）、化学能存储、电化学能存储（e.g. 电池）和电能存储。能量储存往往意味着将能量从难以储存的形式转换为更利便或更经济地储存形式。可充电电池储存化学能，易转化为电能；水电大坝将能量作为重力势能储存在水库中；化石燃料储存远古生物从阳光中获得的能量。

△ 储能手艺分类（泉源：European Commission）

能量存储设施的主要手艺特征通常以容量、功率和响应时间三大维度权衡。一些手艺能够实现短期能量存储，例如飞轮或电池，而另一些手艺则能延伸存储时长，例如储氢。住手现在，大容量储能仍由抽水蓄能水电主导。抽水蓄能的限制在于较高的地形（高度差）要求，极高的占地面积和相对较低的功率。

△ 2015年储能手艺放电时间及容量对照（泉源：RMIT University School of Engineering）

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△ 2018年储能手艺放电时间及容量对照（泉源：化学工业出书社）

相比之下，电池存储的优势在于其模块化和漫衍式的部署方式。不外，成本高昂、寿命有限使得电池被视为可调剂电源的“弱替换品”。此外，电池无法填补可再生能源长达数天、数周甚至数月的供电间隙。Varun Sivaram以为，储氢具有较大潜力——太阳能生产的多余电力能够将水分子剖析成氧气和氢气。

西安交通大学教授何雅玲以为，相较于电化学和机械能存储手艺，热能存储手艺在使用寿命、成本和平安性方面具有优势，具有推广潜力。其中，显热储热成本较低、手艺成熟，然则储热能力有限，潜热储热储热能力较强，然则现在受限于储热质料质料选择；热化学储热储热能力较大，然则手艺尚未成熟。

只管云云，住手现在，得益于价钱竞争力和供应链成熟度方面占有优势，电池仍在新型储能市场占有主导职位。电池手艺提高——尤其是锂离子电池的成本下降，正在推动储能市场生长。2021 年，磷酸铁锂（LFP）在牢靠存储的应用中首次跨越镍锰钴（NMC）化学品。BNEF预计，电池在新型储能市场的主导职位将至少连续至本世纪30年月，“2021年至2030年，全球新增储能容量将跨越日本2020年总发电量，中 美两国将主导储能市场，二者全球储能装置占比在2030年将超五成”。

△ 2010年-2035年锂离子电池价钱转变及展望（泉源：BNEF）

今年以来，连续高涨的大宗商品价钱加剧了电池储能成本压力。在此靠山下，BNEF将2022年美国储能部署规模展望下调29%至5.4GW/11.7GWh。

△ 2022年美国储能部署展望规模降幅高达29%（泉源：BNEF）

事实上，在今年4月在纽约举行的BNEF峰会上，Trina Storage北美市场认真人Trina Storage指出，早在通胀危急之前，储能行业便面临供应链限制——由于产业市场规模导致的订单体量差异，*电池制造商倾向于优先思量电动汽车客户而不是储能系统客户。

△ 锂离子电池需求结构（泉源：BNEF）

中国正在制订规则以吸引基于电池的新能源存储设施投资以加速脱碳历程。自新冠疫情发作以来，中国牢靠存储市场增进迅速。一项BNEF于2020年开展的关于牢靠存储系统电池供应商原产国的观察效果显示，中国牢靠存储系统电池全球市占率从2019年的35%攀升至2020年的69%，同期，第二大原产国韩国市占率从39%萎缩至22%，美国市占率从17%缩短至3%，这一占比在日本更是从9%骤降至微不足道的2%。

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△ 2019年和2020年牢靠存储系统电池市场结构（泉源：BNEF）

除了公共事业规模（Utility-Scale）储能，建于住宅和商业等客户端漫衍式电池也被纳入储能装置局限内。BNEF以为，到2030年，基于家庭和企业的储能将占全球储能装置的四分之一。住手现在，德国和日本为该领域主要市场。

△ 基于功率输出盘算的委托储能结构（泉源：BNEF）

值得注重的是，V2G（Vehicle-to-grid），即车电联网，能够使电动汽车——电池电动汽车（BEV）、插电式夹杂动力汽车（PHEV）以及氢燃料汽车，作为内陆化储能单元向电网销售需求响应服务。不外，由于V2G需要配备诸如双向逆变器等专用硬件，电池充电周期数有限，增进的循环次数可能导致电池退化而且影响电池寿命。因此，V2G的经济可行性取决于电池磨损是否跨越其缔造的经济效益。

整体而言，储能手艺的成本效益将是战胜可再生能源供电颠簸的要害。

后能源危急时代，能源依赖带来的危急心态，以及清洁能源不停凸显的价钱竞争力，或将加速西方经济体脱碳历程。随着清洁能源在供电系统中的渗透率连续提升，电网调峰和电力储能需求势必随之增添，而这将为中国光伏储能制造厂商带来更为伟大的产业时机。

△ 2010年-2021年清洁能源发电成本降幅（泉源：IRENA）

△ 可再生能源与化石燃料发电价钱（泉源：IRENA）

参考资料：

Sivaram V., 2018. Taming the Sun: Innovations to Harness Solar Energy and Power the Planet. The MIT Press

RT Online. 2022. 

Alaraby UK. 2022. 

Zerrahn, A., Schill, W. and Kemfert, C., 2018. On the economics of electrical storage for variable renewable energy sources. European Economic Review, 108, pp.259-279.

BNEF. 2021. Global Energy Storage Outlook. 

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