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储能革命:机会 挑战 前景

2017-09-04   365电力采购网新闻中心
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导读:石墨烯被誉为“新材料之王”,具有电子迁移率快、强度高、导电性/导热性佳、透光率高、质量小等优异特性,在新能源、石油化工、电子信息、复合材料...

  石墨烯

  石墨烯被誉为“新材料之王”,具有电子迁移率快、强度高、导电性/导热性佳、透光率高、质量小等优异特性,在新能源、石油化工、电子信息、复合材料、生物医药和节能环保等领域的应用都有望引发行业的变革。因此,石墨烯成为了引领新一代工业技术革命的战略性新材料。

  业内专家认为,石墨烯在电化学储能领域的应用,是最有可能实现规划化量产的产业领域,特别是在超级电容器和电池领域。近年来,随着石墨烯电池技术的发展,石墨烯技术逐步走向产业链的下游,处于产业化应用的前夜,对于未来储能技术的推进非常值得期待。

  今年6月,珠海聚碳复合材料有限公司和哈工大合作成立石墨烯电池技术实验室,将科研项目更好的落实到应用产品以及商业化发展,高校与企业科研创新合作,达到高校与企业双赢局面。

  聚碳复材相关负责人表示,目前聚碳和哈工大研发石墨烯聚合材料电池的储能量是传统电池产品的三倍,用此电池提供电力的电动汽车能行驶超过1000公里,充电时间大大减少,充电次数可达3000次以上,电池的重量不足传统充电电池的一半。

  虽然这些数据仍处于试验阶段,但毫无疑问石墨烯将成为电池储能领域瓶颈的突破点。然而石墨烯材料的品质和成本问题,也严重制约它在电池储能领域规划化应用。

  未来,石墨烯在电池储能产业中的应用,迫切需要政府从宏观层面积极介入,通过政策性引导和资金支持,有效整合技术链与产业链中的各创新要素与资源,保障石墨烯储能材料的研发、生产与应用工作又好又快发展。

  储能技术进入了商业化转型窗口期

  储能作为一项先进的能源技术,在能源稀缺和能源结构转变的今天越来越凸显其重要的价值。

  自中共十八大召开以来,党和国家将“生态文明建设”上升到国家发展战略高度。节约资源和保护环境是建设生态文明的标志,而推动资源利用方式根本转变成为实现节约资源和保护环境这项基本国策的必然途径,其中,储能又是成功实现这一途径的主要抓手之一。在《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》首次提出了“依托储能技术,推进智能电网建设,增强电网优化配置电力能力和供电可靠性。”沿着储能技术创新所引发的企业生产和经营环节的创新以及产业价值链构建、更新与变革,一种新型的储能产业形态已在逐步形成。接着,在《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》又进一步强调要“大力推进高效储能与分布式能源系统等新兴前沿领域创新和产业化,形成一批新的增长点。”今年,国家能源局又因势利导出台了《关于促进储能技术与产业发展的指导意见(征求意见稿)》,不仅从研发、生产、输送和销售等环节诠释了储能技术的重点示范,而且从生产侧、传输侧和消费侧阐明了加快储能技术商业化应用。

  勿容置疑,中国储能产业面临前所未有的发展机遇,储能技术也由技术创新进入了商业化转型的窗口期。

  储能技术具有“双重外部性”

  据美国能源部统计,截至2016年底,全球累计储能装机总容量为167.24GW,其中,中国储能总装机容量为32.1GW,位列世界第一,而从储能技术装机分布类型来看,中国于2014年抽水储能装机总容量已经位列世界第一。然而,不局限于当前中国实务界所理解的仅将抽水蓄能作为储能技术,储能技术还涵盖了压缩空气储能、飞轮储能、铅蓄电池、锂离子电池、钠硫电池、液流电池、超导储能、超级电容储能、储热、储冷和储氢等物理、化学的电池技术类型。这些储能技术在为社会带来巨大的经济效益的同时,又能节约社会资源和保护环境,从而形成储能技术的“双重外部性”。

  通过储能技术的研发和应用,一方面,从微观层面来看,能减少煤炭、石油和天然气等一次能源的投入和依赖,既降低企业资源要素投入成本,也减少能源消耗所带来的环境污染效应;促进新的可再生能源开发和利用,激励可再生能源的价值挖掘,有效应对风能、水能、太阳能等新能源发电的波动性,防止弃风弃光,实现能源结构优化;通过能源存储弥补电力消费高峰时期的供应紧张,缓解电力消费低谷时期的能源供给过剩,增强能源系统的灵活性,熨平电力消费的周期性波动;增强能源系统的稳定性和可靠性,实现多种能源之间的调配与互补,提高能源的协调性和利用率。

  另一方面,从宏观层面来看,作为共性强的基础性的技术,既能提高创新主体资源利用效率,为企业带来经济效益的同时,还能引发全社会技术创新群和技术创新链扩张,如智能电网、微电网和环保技术等相关技术的创新和发展,有助于贯彻落实国家创新驱动发展战略,促使中国较快地从资源导向型发展模型向创新驱动型发展模式转型,以技术创新引领新时期供给侧改革。

  加快中国储能技术的商业化,还能激励中国企业开展储能技术的研发和充分挖掘储能技术的市场价值,以此提高企业的盈利能力和激发更多的主体开展以技术创新引发的创业行为,促进储能创新链横向拓展与纵向延伸,推动关联企业、相关行业和产业的发展,以此增强社会就业的吸纳能力,有助于形成“大众创业、万众创新”的良好局面。

  技术研发、商业化发展受掣肘

  然而,正是由于储能技术在宏观和微观两个层面都有“双重外部性”,储能技术研发和商业化发展也受到较多掣肘。

  与发达国家相比较,中国的储能技术及其商业化水平明显落后于发达国家。首先,储能商业化必然以储能技术的发展和广泛应用为前提,但在众多储能技术类型中,仅抽水蓄能技术相对成熟,其他类型技术正处于快速成长期。即便如此,现有的储能技术普遍存在“存储容量小、循环次数少、寿命短、启动响应速度慢、研发投入成本高”等劣势,未来储能技术发展的标准是以“高可靠性、大容量、高密度、长寿命、便携式、低成本”为特征。这些高端标准发展目标与储能技术类型的多样性相结合,加剧了储能技术研发的复杂性和风险性,使得储能技术研发投资的成本更高、风险更大。

  其次,由于储能技术不仅能为社会带来经济效益,同时能节约社会资源和保护环境。储能技术为社会带来的“双重外部性”产生的收益无法完全被创新主体吸收,使得创新主体对储能技术创新的积极性不高,特别是在当前发展储能技术配套环境不健全的前提下,中国储能技术大多从发达国家引进,本国企业缺乏储能技术自主研发和创新激励。

  再次,促进储能市场发育是储能技术商业化发展的关键。通过市场机制主导储能技术商业化,既能有效引导储能技术资源的优化配置,又能充分挖掘储能技术的市场价值,培育和发展储能市场。特别是中国正处于工业化和新型城镇化建设的进程中,能源消费成为不可或缺的重要推力,促进了储能市场的发育,因而中国储能技术的商业化具有广阔市场潜力和发展前景。但当前中国储能产业的市场机制还不健全,如储能项目的投融资体制、储能定价机制、商业运作模式、储能商业化过程中的辅助服务及其配套等市场发育环境都不够成熟,直接制约了储能技术商业价值的挖掘和储能技术的商业化。由于储能在未进行市场交易之前,无法体现其市场价值,既使得储能项目投融资存在困难,又使得储能定价存在困难。一旦能源市场出现短缺,储能进入市场进行交易时,其价格往往远高于其价值,使得市场失灵。因而,完善储能定价机制是储能市场发育的关键环节。

  同时,由于储能技术多样化和异质性特征,且各国、各地区市场环境存在差异,众多储能技术的商业化运作在不同的市场环境下不存在统一的成功模式,需要以“摸着石头过程”的方式开展尝试和探索,这使得储能技术的商业化风险和“试错成本”较高。

  借鉴经验助力发展

  发达国家或地区的产业发展经验表明,当一个国家或地区决定发展具有潜在比较优势的新兴产业时,激烈的市场竞争将打压和制约该产业的发展水平。此时,政府对竞争力薄弱的幼稚产业制定相应的产业保护政策,将有利于这些新兴产业的发展。

  中国储能产业正处于缓慢起步阶段且存在诸多制约因素,使得储能技术的商业化更需要获得政府的产业政策支持和保护。政府的政策、标准和制度安排往往具有创造市场的功能,然而,一方面,中国政府究竟应该制定什么样的政策来保护和支持储能技术的商业化发展?另一方面,这些产业保护政策存在的时期究竟有多长?对于前者,产业政策不仅存在金融、财政、税收、价格、土地等多种类型,而且各类政策在具体执行和操作方式上千差万别。其中,价格政策是政府发展能源产业最常用和主要的保护政策,有比价和差价、价格补贴、议购议销等多种价格政策执行方式,但中国经济改革和发展30多年的历史经验表明,采用单一的价格保护政策不仅不能提高企业的自生能力,而且还会使企业因享受价格优惠,降低了企业研发和生产效率的激励。因而,仅仅依靠单一的价格政策来支持和保护储能技术产业化发展的策略并不可取,而应采用金融、财政、税收、价格、土地等多种政策综合协调搭配,引导储能企业形成自生能力,激励其挖掘储能技术和产品的市场价值。

  同时,产业保护政策的制定和执行不是真正意义上为了长期保护某类产业,而是激励这些产业通过开展技术研发,挖掘其产品的市场价值和获得市场资源,以更好地参与市场竞争。因而,对于储能技术产业化发展保护政策的实施时期可借鉴美国、日本、德国等发达国家的经验,因地制宜、因时制宜地制定差异化、分阶段的保护政策。保护时期也不宜过长,其保护政策力度也应该随着时间推移由紧到松,由对储能企业微观经营机制干预和资源配置的优惠政策倾斜转向宏观政策环境对储能市场的培育,如在窗口期可采取支持重点储能项目建设、储能容量计划配额等制度,以制度和标准的创新创造和培育储能市场,当储能市场发育成熟到一定程度,政府应注重对储能市场竞争规则的制定和完善,逐步放开对储能产业的计划控制和保护。

  储能商业化运营逐步加速

  “当前,储能在新能源并网、电力辅助服务、微电网、工商业用户侧、通信及应急电源领域正在逐步摸索商业化的应用模式,有些已经初步实现有条件的商业化运行。随着技术的进步、装机量的扩大、成本的降低及市场机制的完善,大规模储能应用将迈入发展的黄金时期,‘十三五’期间有望达到千亿市场规模。”刘勇对储能市场的前景颇为看好。

  广东省电力设计院资深专家楚攀对上证报记者表达了同样的看法:“虽然储能的成本比较高,但高成本并非制约储能行业发展的瓶颈,只要找到恰当的盈利模式,储能电池的前景还是非常广阔的。目前在一些通讯基站的应用方面,已经使用储能电池替代传统的铅酸电池。新型的储能电池不仅在基站内起到了备用电源的作用,而且积极参与基站的运行,利用峰谷电价差套利,降低了基站的运行成本,并且提升了基站的运行可靠性,可谓一箭双雕。”

  作为国内能源互联网储能龙头企业,南都电源于去年底成立了南都能源互联网运营有限公司,成为南都电源布局储能产业的主体平台。此次会议上,谈及用户侧储能投资运营商业模式,南都能源总经理于建华介绍称,公司储能“投资+运营”商用化模式类似于合同能源管理(EPC)模式,通过与客户签订节能服务合同,为客户提供一整套节能服务,并从客户进行节能改造后获得的节能效益中收回投资和取得利润。到目前为止,南都针对储能产业发展后续资金总计有70亿元,投资开发规模总签约量超过2GWh。

  今年年初,南都电源中标中移动121.7MWh储能及备电项目,标志着南都“投资+运营”储能商业化模式成功打开了数据中心市场,实现了IDC(互联网数据中心)领域的削峰填谷储能应用。据悉,该项目用户收益点在于项目全寿命周期给用户节约投资成本约1.27亿元,运营成本约9889.7万元。

  于建华表示:“我们现在采用合同能源管理模式,但是到最后寿命终止的时候资产还是回归南都电源,更多是通过用户侧削峰填谷降低用户的用电成本,直接给用户带来经济效应,并在应用的过程中给用户带来其他附加值。”

  同样在商业价值的挖掘上,科陆电子(002121)选择推进储能技术在电力调频领域的应用。据介绍,上半年,公司中标承建的山西同达电厂储能AGC调频项目顺利建成,日前已试运营并取得超预期的收益。该项目建设规模为9MW/4.478MWh,是目前国内规模最大的储能电力调频项目。

  得益于公司智能电网业务稳步发展,以及新能源、智慧仓储及海外市场的拓展等,科陆电子预计,今年1月至9月,公司净利润将同比增长200%至250%。

  科陆电子储能技术研究院高级研究员江卫良对记者表示:“用户侧储能商业化的关键问题在于降低成本和提高收入。一方面,通过产业链整合、技术进步、批量化、标准化、智能运维等方式来降低项目整个生命周期内的成本;另一方面,可以通过峰谷差价套利、优化调度、实现储能和售电相结合来提高项目用户侧储能收入。”

  退役动力电池梯次利用前景可观

  储能是实现削峰填谷、需求侧管理、电动汽车储能充电站等环节应用的重要手段之一,如何实现工商业储能系统的商业化推广,已成为新能源领域的一大热点。作为中恒电气旗下从事储能业务的公司,上海煦达新能源科技有限公司在此次会议上提出“利用退役动力电池搭建工商业储能系统、实现动力电池的梯次利用”的思路。

  进入2017年以来,随着国家关于电动汽车补贴政策的调整及行业内动力锂电产能的全面释放,行业内多家企业认为,国内动力锂电将阶段性出现产能过剩的情况,不少锂电企业针对此开始探索锂电梯次利用的问题。

  上海煦达总经理李剑铎认为:“随着新能源汽车每年几十万辆的投放速度,未来3至5年一定会有大批退役动力电池出现在市场。不像以前的铅酸电池使用完之后完全没有利用价值,退役后的锂电池其本身还有60%至80%的生命容量。通过解决退役电池的一致性问题、保障电池安全和可靠的长时间使用寿命、降低成本等方式可以把它们利用起来,这将会是一个很好的产业方向。”

  据行业人士预计,自今年起,我国将会迎来首批动力电池退役潮,到2020年我国电动汽车动力电池累计报废量将达到12万至17万吨。另据预测,我国废旧动力锂电池能够创造的回收市场将超过百亿元。

  “近几年内,在储能本体和材料技术没有大幅突破的情况下,退役电池梯次利用在技术和经济上应该是最有可为的方向了。”中国电力科学研究院徐毅虎对记者表示。

  今年年初,三部委联合发布了《关于加快推进再生资源产业发展的指导意见》,要求推动废旧电池等再生资源利用规模和精细化发展,探索建立废旧电池产品回收利用新模式。同时,针对新能源汽车市场,明确要开展动力电池回收利用试点示范,支持建立经济性好的回收利用模式,开展梯级利用和再利用技术研究、产品开发及示范应用。

(本文来源:网络 责任编辑:雪儿)

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