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减碳政策先铺路 全球一起攻储能
能源转型的前哨站
[作者 木言]   2024年05月29日 星期三 浏览人次: [1477]

顾名思义,所谓的储能就是指把能量以某种形式存储起来,在需要时再释放出来使用的过程。而储能的目的主要是为了提高能源利用效率、平衡供需、稳定电网、以及促进再生能源的发展。


储能的形式有非常多种,所采用的技术也相当多元,包括机械能、电化学能、电磁能、热能、化学能等。不同的储能技术各有优缺点,适用於不同的应用场景。例如,抽蓄水力发电适合大规模、长时间储能,而电池储能则适用於快速响应、灵活调度,也是目前主流的储能形式。


储能市场大跃进 新兴地区成亮点

随着能源转型和再生能源的发展,储能的重要性也更受到重视。根据市场研究单位Precedence Research 的报告指出,全球储能市场将呈现稳定成长的态势,市场规模将从2022年的 447 亿美元,一路成长至2032年的1679亿美元,复合年增长率为 14.20%。意味着储能市场存在着庞大的成长潜力。


该报告强调,储能市场成长的主要驱动因素可以归结成四点,包含再生能源整合需求增加、政府政策支持、技术进步与成本下降、以及对电网弹性与可靠度的需求提升。


在再生能源整合方面, 随着全球对再生能源(如太阳能和风能)的采用不断增加,对储能解决方案的需求也随之增加,以平衡间歇性发电并确保电网稳定性;至於政府政策,则是各国政府纷纷转向支持储能技术的发展和部署,以实现其减排目标并提高能源安全。


另一方面,也由於储能技术不断进步,让其成本不断下降,对更广泛的应用更具吸引力,包括住宅、商业和工业部门等。再者,由於气候变迁的因素,极端天气事件和自然灾害的频率和强度不断增加,强化人们提高电网弹性和可靠性的意识,并促成储能系统的采用度提升。


至於各个区域发展上,Precedence Research 指出,新兴市场将会是主要的成长地区,包含 亚太地区、拉丁美洲和非洲等,这些新兴市场的储能需求预计将大幅成长,并为服务与方案供应商带来机会。



图一 : 全球储能市场将一路成长至2032年的1679亿美元。(source:Precedence Research)
图一 : 全球储能市场将一路成长至2032年的1679亿美元。(source:Precedence Research)

欧美日领头走 政策加持放利多

欧盟

也由於绿能与再生能源趋势的崛起,能源储存也是目前各国的重要政策。欧盟是全球推动能源转型的领导地区,并大力支持储能技术发展与应用。欧洲储能政策主要目的是支持和促进储能技术的发展和应用,以实现其能源转型愿景,即提高可再生能源比例、减少碳排放、增强能源安全和提升电网灵活性。


具体的政策包含:欧盟清洁能源一揽子计划(Clean Energy Package),该计划为储能设定了明确的目标,并提出了促进储能发展的政策措施,例如简化许可程序、消除市场准入障碍、提供财政激励等;欧盟能源系统整合战略(Energy System Integration Strategy),则是强调储能在实现能源系统整合和灵活性方面的关键作用。此外, 许多欧洲国家也制定了自己的储能政策,以支持本国储能产业发展和应用,例如德国的储能补贴计划、英国的智能系统和灵活性计划等。


美国

至於美国,储能政策则是在联邦和各州来落实,旨在加速储能技术的发展和应用,同样也是以实现能源转型、提升电网可靠性和降低碳排放为目标。以联邦政府为例,即推动《降低通膨法案》(Inflation Reduction Act;IRA),是美国近年来最重要的气候和能源法案,为储能提供了大量的税收抵免和其他激励措施,包括投资税收抵免(ITC)、生产税收抵免(PTC)等。


另外,也推动能源部储能大挑战(Energy Storage Grand Challenge),这是一项由能源部发起的计划,旨在加速下一代储能技术的研发、商业化和部署,目标是到2030年将储能系统的成本降低90%。


日本

日本的储能政策主要围绕实现碳中和、提升能源安全、促进可再生能源发展保障电网稳定等四个面向。尤其是日本政府已提出2050年实现碳中和的目标,而储能是作为实现这一目标的关键技术之一,因此受到高度重视。例如2022年3月内阁通过《能源使用合理化法》修正案,扩大储能系统的建设,特别是电网级大型储能。2023年通过《GX推进法》修正案,加快去碳化进程,推动绿色转型。


而为了刺激储能产业的发展,日本也祭出了多项的财政激励,包含提供补助金,提升企业与家庭安装储能系统的意愿,同时也降低初始投资成本。另外也订定税收优惠,对储能系统相关设备和投资给予税收优惠,提高投资回报率。


此外,日本也对於市场的机制进行大量的松绑,包含放宽容量市场,允许储能系统叁与容量市场,通过提供备用容量获得收益;鼓励储能系统叁与调频、调压等辅助服务市场,提供电网稳定性支持。更重要的,则是许储能系统叁与电力交易市场,通过低买高卖获取利润。



图二 : 欧盟清洁能源一揽子计划(Clean Energy Package),该计划为储能设定了明确的目标,并提出了促进储能发展的政策措施。
图二 : 欧盟清洁能源一揽子计划(Clean Energy Package),该计划为储能设定了明确的目标,并提出了促进储能发展的政策措施。

台湾

而在台湾,目前也正积极推动储能政策的发展,以响应全球的节能减碳与能源转型的趋势。此外,由於台湾地处多天灾的区域,包含台风与地震等,维护电网稳定也是驱动储能政策的重要因素。


近期台湾最重要的储能政策以「2050净零排放路径」为主轴,它以2050年净零排放的目标,并将储能视为实现这一目标的关键技术之一;再者,推动电力系统与储能关键战略行动计画,旨在透过强化电网基础设施、提升系统调控能力和推动电网数位化,来整合高比例再生能源,确保供电平衡并提升系统韧性。


为了进一步推动储能产业的成长,台湾政府也订定了装置容量目标,预计在2025年达到1.5GW、2030年达到5.5GW的储能装置容量目标,届时也将累积规模超过2000亿台币的市场规模。目前台湾在储能应用方面已有多个成功案例,例如台电台南盐田光储合一场域、 台中火力发电厂储能系统、离岸风电储能示范计画等。



图三 : 台电台南盐田光储合一场域以提高电力系统韧性及再生能源渗透率,於 2020 年启用。(source:台电)
图三 : 台电台南盐田光储合一场域以提高电力系统韧性及再生能源渗透率,於 2020 年启用。(source:台电)

分散式能源抬头 虚拟电厂受关注

而与储能产业息息相关的,就是现在渐受注目的虚拟电厂(Virtual Power Plant;VPP)应用,它是一种新型的能源管理系统,透过先进的通讯和控制技术,将分散式能源、储能系统和可控负载整合起来,像传统电厂一样叁与电力市场的运作。


虚拟电厂的主要组成部分包括分散式能源(太阳能发电、风力发电、水力发电、生物质能发电等)、储能系统( 电池、抽水蓄能、飞轮储能等)、以及可控负载系统,它是可调节用电时间或用电量的设备,如空调、电动汽车充电桩、工业用电设备等。


虚拟电厂的运作原理大致可分为以下的四个环节:


1.数据采集与监测:透过感测器和通讯网路,实时采集各个分散式能源、储能系统和可控负载的运行数据。


2.数据分析与预测:利用大数据分析和机器学习等技术,对采集到的数据进行分析,预测电力供需情况。


3.优化调度与控制:根据电力供需预测结果,通过智能算法对分散式能源、储能系统和可控负载进行优化调度,实现电力供需平衡。


4.叁与电力市场: 将虚拟电厂整合後的电力资源,作为一个整体叁与电力市场的竞价和交易。


至於为什麽需要导入虚拟电厂?主要的理由是透过分散式的能源架构,可以提高能源利用效率,充分利用分散式能源,减少弃风弃光。再者,也可以增强电网稳定性,利用调度储能系统和可控负载,能够平抑电力供需波动,增强电网稳定性。最重要的,是这种方式可以大幅降低用电成本,它透过叁与电力市场竞价,能够降低用电成本,提高经济效益。而为分散式能源也可以促进清洁能源的发展。



图四 : 虚拟电厂应用与储能产业息息相关。(source:Enel X)
图四 : 虚拟电厂应用与储能产业息息相关。(source:Enel X)

技术与商业模式待突破

储能市场虽然前景广阔,但在发展过程中仍面临诸多挑战,其中最主要的就是技术本身的挑战:


1.成本高昂:尽管储能技术成本近年来有所下降,但与传统发电方式相比仍较高,限制了其大规模应用。


2.技术尚不成熟:部分储能技术如液流电池、氢储能等仍处於发展初期,技术成熟度和可靠性有待提升。


3.循环寿命有限:大多数储能技术的循环寿命有限,需要定期更换,增加了运营成本。


4.安全问题:储能系统存在火灾、爆炸等安全隐患,需要严格的安全管理和监控。


尽管市场方面成长可期,但现今仍处於商业模式不成熟的状况,各种储能的商业模式仍在探索中,也缺乏成熟的盈利模式和投资回报机制。再者,虽然进入成本相较其他产业较低,但由储能系统叁与电力市场的规则和机制尚不完善,因此也存在着市场准入的障碍。


另外,目前全球的储能产业多是受到政府政策的支持,因此政策的连续性和稳定性,就成为储能产业能否持续发展的一大关键,更是影响投资者信心的指标。


尽管储能市场面临诸多挑战,但随着技术的持续进步、政策的推演和市场的渐趋完善,储能产业的发展前景仍然是十分广阔。同时,储能作为能源转型的重要支柱,在未来能源系统中的角色地位也会越来越吃重,并扮演着关键的作用。


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