尤晟+徐晨

【摘 要】光伏儲能系統(tǒng)可以起到彌補線損、功率補償、削峰填谷、提高電能質(zhì)量、孤網(wǎng)運行功能，極大地提高了光伏發(fā)電的商業(yè)價值；儲能技術(shù)自身的不斷突破和創(chuàng)新也將推動該行業(yè)快速發(fā)展。近年來，特斯拉、LG化學(xué)、三星及一大批國內(nèi)企業(yè)爭先進入光伏儲能領(lǐng)域，市場激烈競爭的大幕已經(jīng)拉開。

【關(guān)鍵詞】發(fā)展過程；市場容量；發(fā)展趨勢；技術(shù)進步；市場競爭

一、光伏儲能技術(shù)的功能、組成和發(fā)展歷史

過去10年，光伏產(chǎn)業(yè)在全球范圍內(nèi)發(fā)展迅速，但單純光伏發(fā)電由于存在波動性無法滿足用戶側(cè)連續(xù)供電的要求，需要多能互補或大電網(wǎng)來支撐和平滑，而儲能技術(shù)可以實現(xiàn)平穩(wěn)輸出，減少對電網(wǎng)的沖擊。此外，儲能技術(shù)也可以實現(xiàn)夜間的持續(xù)供電，增加發(fā)電產(chǎn)出，提高電網(wǎng)靈活性，上述優(yōu)點極大地提高了光伏發(fā)電的商業(yè)價值。

電池儲能系統(tǒng)在風(fēng)電、光電等新能源領(lǐng)域的應(yīng)用最早可以追隨到上世紀(jì)90年代，為實現(xiàn)不中斷電源、改善電能質(zhì)量、削峰調(diào)谷的功能，當(dāng)時德國在Bocholt 風(fēng)電場（2兆瓦）和Herne光伏電站（1兆瓦）配置了電池儲能系統(tǒng)。2003年，日本在Hokkaido 風(fēng)電場（30.6兆瓦）安裝了6MW/6MWh的全釩液流電池儲能系統(tǒng)，以平抑輸出功率波動。我國的光伏儲能產(chǎn)業(yè)起步較晚，2014年，國家電網(wǎng)啟動堅強智能電網(wǎng)首批試點單位，開始儲能系統(tǒng)和能源互聯(lián)網(wǎng)的試點。

光伏電儲能系統(tǒng)一般可分為離網(wǎng)儲能系統(tǒng)（又稱獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)）和并網(wǎng)儲能系統(tǒng)，后者目前是主流模式。光伏儲能系統(tǒng)中，蓄電池選擇非常重要，需要考慮的因素包括電池的安全性、充放電倍率、響應(yīng)時間、能量密度、使用壽命、環(huán)境適應(yīng)性以及成本經(jīng)濟性。目前蓄電池種類主要包括鈉硫電池、全釩液流電池、磷酸鐵鋰電池及鉛酸電池。鉛酸電池的主要優(yōu)勢是成本價格低廉，安全性防爆性能強，但使用壽命短，能量密度低，回收時的環(huán)境風(fēng)險較高。全釩液流電池使用壽命長，安全性高，選址自由度大，維護簡單，操作成本低，無污染，系統(tǒng)可全自動封閉運行，但缺點是能量密度低，單位功率成本高，占地面積大。鈉硫電池產(chǎn)生的能量大，效率高，使用壽命長，原材料容易獲得，但缺點是安全性較差，原材料易燃易爆；此外，鈉硫電池在運用還需要真空環(huán)境和加熱加溫條件下運行。

能量管理系統(tǒng)（BMS）是儲能系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一，一般而言，必須具備以下功能：第一，單體電池電壓均衡功能及電池組保護功能，以修正串聯(lián)電池組中單個電池電壓、能量的離散性，防止單體電池/電池組過壓、欠壓、過充、過放、過流，并需要具有報警保護、切斷等功能。第二，數(shù)據(jù)采集、熱管理、診斷功能，主要采集的數(shù)據(jù)包括單體電池電壓、充放電電流，溫度、蓄電池內(nèi)阻，以診斷分析單體電池當(dāng)前容量/剩余容量（SOC）和單體電池健康狀態(tài)（SOH），并對電池組進行狀態(tài)以及可持續(xù)放電時間的評估。此外，鋰電池模塊在充電過程中，所產(chǎn)生熱能會使電池模塊的溫度上升，功效發(fā)生變動，所以BMS還應(yīng)具有熱管理的功能。第三，故障診斷和容錯功能，BMS需要及時檢查電池組中是否存在已損壞或即將損壞的電池，及時判斷故障電池及定位，給出預(yù)警信號，并對這些電池采取適當(dāng)處理措施。當(dāng)故障積累到一定程度就需要給出重要告警信號輸出、并切斷充放電回路母線或者支路電池堆，避免惡性事故發(fā)生。BMS對瞬間短路的保護延時時間是微秒級的，短路的瞬間就需要切斷了回路，避免短路對電池帶來的巨大損傷。

二、全球的光伏儲能市場的發(fā)展趨勢

2017年，國際可再生能源署發(fā)布《2017能源再思考》，預(yù)計2020年全球電池儲能市場將快速增長到140億美元的市場容量，到2025年鋰電池占全球電池儲能的市場份額將達(dá)到80%。美國研究機構(gòu)Mortenson2016年的一項調(diào)查報告顯示：內(nèi)電池儲能在未來5-7年將是最主流的儲能技術(shù)，60%的專業(yè)人士認(rèn)為，鋰電池將是未來主導(dǎo)的儲能技術(shù)。

德國是世界領(lǐng)先的儲能市場，德國政府歷年來高度重視光伏技術(shù)的應(yīng)用，其能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型目標(biāo)是2050年使可再生能源供電的比例達(dá)到80%以上。GTMResearch （能源研究和咨詢機構(gòu)）發(fā)布的《德國儲能市場2016-2021》稱，到2021年德國市場用戶儲能將占到全部裝機容量的49%。德國聯(lián)邦外貿(mào)與投資署預(yù)測，家庭光伏和蓄電池的成本將于2017-2018年間降到私人用電價格水平，而且兩者差距會進一步拉開，更加凸顯光伏儲能技術(shù)的商業(yè)價值。

瑞典的戶用光儲補貼政策與德國相似。2016年10月，瑞典政府宣布了儲能產(chǎn)品的財政補助計劃，覆蓋了儲能產(chǎn)品在管理系統(tǒng)、電池、接線與安裝方面的成本，額度最高可占到儲能產(chǎn)品成本的60%。

澳大利亞光照資源豐富，80%以上的國土光照強度超過2000kW/㎡/hour，相比德國，光伏發(fā)電的運行成本幾乎只有一半。此外，澳大利亞地廣人稀，電網(wǎng)建設(shè)不發(fā)達(dá)。以澳大利亞南部的昆士蘭州為例，地理面積很大但人口稀少，大型電網(wǎng)覆蓋成本極高，所以該地區(qū)使用電池儲能具有很強的競爭力。澳大利亞清潔能源理事會2015年的一項研究成果認(rèn)為：在住宅市場領(lǐng)域，很多澳大利亞家庭對太陽能非常支持，多年前就安裝了屋頂太陽能，自己發(fā)電并存儲電力，不依靠電力公司，一些家庭甚至愿意承受10年的投資回收期。澳大利亞目前約有140萬個家庭使用了戶用儲能。

美國長期支持鼓勵可再生能源的發(fā)展，出臺了《可再生與綠色能源存儲技術(shù)方案》以鼓勵儲能研發(fā)及示范應(yīng)用。美國政府 2016年8月宣布了《聯(lián)邦和私營部門擴大可再生能源和儲能行動計劃》，設(shè)定了超過8個州未來五年內(nèi)的儲能配置目標(biāo)。美國各州近年來也加大了對儲能的支持力度，馬薩諸塞州2016年4月制定了《儲能產(chǎn)業(yè)行動計劃》，宣布在電網(wǎng)側(cè)/用戶側(cè)和分布式開展了儲能示范項目。2016年5月，加州公共事業(yè)委員會增大了儲能補貼金額并對自發(fā)電激勵計劃進行改革。

英國對儲能的前景也十分看好，據(jù)英國可再生能源協(xié)會統(tǒng)計，截至2016年8月，英國安裝了至少1500個小型戶用儲能裝置，共有35個單獨的并網(wǎng)儲能項目投入運行。英國能源與氣候變化委員會預(yù)測，英國配電儲能規(guī)模未來將超過10吉瓦。

另一方面，電池儲能技術(shù)進步也在推動光伏儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，歐洲Avicenne咨詢公司的調(diào)查研究認(rèn)為，鋰離子電池的單位售價在過去十年下降趨勢明顯，2006年全球鋰電池均價448.61美元/ KWH，2015年均價格已經(jīng)下降到269美元/KWH。Navigant咨詢公司的市場分析師認(rèn)為，未來5年，鋰電池的價格將進一步減少到175美元/KWH。此外，在電池壽命、能量轉(zhuǎn)換效率方面的技術(shù)創(chuàng)新也是層出不窮，使光伏儲能的商業(yè)價值更加凸顯。

三、我國的光伏儲能行業(yè)的發(fā)展

近年來，由于風(fēng)電、光電的間歇性、不穩(wěn)定性問題，我國一些地方棄電、棄風(fēng)的現(xiàn)象頻頻發(fā)生，嚴(yán)重制約了包括光伏在內(nèi)的新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在這種背景下，我國儲能行業(yè)的重要意義受到越來越多的關(guān)注。中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布的《儲能產(chǎn)業(yè)研究白皮書2016》顯示，2015年中國儲能累計裝機規(guī)模105.5MW，預(yù)計到2020年，儲能總裝機規(guī)模將達(dá)4.2GW（不含抽水蓄能）。2016年3月，國家能源局頒發(fā)《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃》（2016-2030）中強調(diào)要研究發(fā)展先進儲能技術(shù)，研究面向再生能源并網(wǎng)、電動汽車應(yīng)用、分布式及微電網(wǎng)的儲能技術(shù)，掌握儲能技術(shù)各環(huán)節(jié)的關(guān)鍵核心技術(shù)，以達(dá)到國際先進水平。

在企業(yè)層面，近年來特斯拉、三星、LGChem等國際巨頭紛紛搶占全球儲能市場。國內(nèi)儲能企業(yè)，例如協(xié)鑫集成儲能、沃太能源、科陸電子、中航鋰電、中興派能、天合儲能等，也紛紛發(fā)布了戶用儲能產(chǎn)品（主要采用鋰離子電池技術(shù)并配套智能化能量管理系統(tǒng)）。中國儲能企業(yè)目前正依靠國內(nèi)鋰離子電池、逆變器和光伏組產(chǎn)業(yè)所積累的強大生產(chǎn)和研發(fā)能力，以多種形式（例如收購當(dāng)?shù)亟?jīng)銷商/安裝商或者與當(dāng)?shù)毓夥髽I(yè)建立合作伙伴關(guān)系）積極開拓澳大利亞、德國、美國等國家的戶用儲能市場，激烈的市場競爭大幕已經(jīng)拉開。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉春娜.《儲能電池技術(shù)前景》，中國新能源網(wǎng)，2016/4/7.

[2]《2016年上半年儲能行業(yè)發(fā)展九大趨勢》，Ofweek太陽能光伏網(wǎng)，2016/8/16，來源：中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟.

[3]張喆.《光伏儲能技術(shù)全面分析》，索比光伏網(wǎng)，2016/2/15.