德國商業(yè)化的電能市場

王婷

德國是歐洲最大經濟體，全球國內生產總值第四大國（國際匯率），以及國內生產總值第五大國（購買力平價）。自從工業(yè)革命時期以后，德國一直是日益全球化的經濟的先驅、創(chuàng)新者和受益者。德國的經濟政策基于社會市場經濟的概念，是歐盟和歐元區(qū)的創(chuàng)始成員之一。憑借其在2012年1.516萬億美元的出口額，德國成為世界第三大出口國；出口額占超過三分之一的國家輸出。在2013年，德國在全球取得了2，700億美元的貿易順差，成為全球最大的資本輸出國。

德國在電能市場上一直遵循“廠網分開”和交易機構獨立原則的電力市場，輸電企業(yè)既不可以從事發(fā)電業(yè)務，也不可成為交易商。

但是，它們依然要負責電網頻率的調度，從而維護電網的穩(wěn)定性。因此，它們要么得在調頻市場進行電力交易，從而對電網實現充放電；要么得增加硬件投資，例如購買變壓器，或者擴充電網。

調頻市場通過網上公開拍賣的形式進行，而輸電企業(yè)可在這里交易未來一段時間內所需的充放電服務。其中，一次調頻市場對技術的要求頗高，它要求服務商能在輸電企業(yè)發(fā)出調頻需求的30秒鐘之內作出反應。這種實時需求的特性，吸引了電池儲能技術提供商的興趣。

歐洲的一次調頻市場每周進行一次網上拍賣，傳統(tǒng)上來說，發(fā)電站會預留一些發(fā)電設備，從而為電網提供充放電服務；或者，電力服務公司會整合工業(yè)用戶的資源，從而為電網提供充放電的商業(yè)化服務。但是，既然輸電企業(yè)的電網有充放電的需求，為什么不用電池來實現這項服務呢？

電池儲能提供者在贏得輸電企業(yè)標的后，將在未來一周為輸電企業(yè)預留足夠電池容量。當這些電池接到輸電企業(yè)的充放電指令時，電池設備就可以自動進行相關操作。

伴隨著日益增加的研發(fā)投入，作為儲能介質的電池價格大幅降低；與此同時，電網技術亦不斷提高，這讓電池儲能的商業(yè)化運作成為可能，進而讓電網得以更好地平衡光伏、太陽能等可再生能源所帶來的波動性，讓可再生能源更大比例地接入電網。

搶灘電網市場

以科技企業(yè)Younicos為例，它并非電池生產企業(yè)，而是從市場上采購電池，再自行設計軟件系統(tǒng)。這套設備可以將充放電的反應速度提高到200毫秒（即0.2秒）之內。

“除了提高電池反應速度以滿足電網的穩(wěn)定性要求外，還可以通過軟件設計，以優(yōu)化電池的工作環(huán)境，從而提高電池的壽命?！盰ounicos公關經理赫瑟曼澤（Philip Hiersemenzel）對媒體表示，“因此，同樣是三星的鋰電池，但考慮到電池在不同工作環(huán)境下的狀態(tài)差異，三星給了我們20年的電池擔保，遠遠高于它為電動汽車企業(yè)提供的擔保期限?！?/p>

除了科技新秀Younicos，德國電力電子巨頭博世（Bosch）以及德國能源提供商Wemag等，均通過鋰電池或鉛酸電池技術，涉足一次調頻市場。

根據德國聯邦外貿與投資署數據，德國本土一次調頻市場在過去四年的周均價為3200歐元/MW。德國一次調頻市場的電力交易量為570MW，歐洲市場更是達到3000MW。

然而，電池儲能服務提供商在這一市場的容量，則是從2012年的1MW激增到2014年的22MW，仍有較大的增長空間。

“在商業(yè)化運作之前，這些儲能服務提供商需要先滿足輸電企業(yè)的安全要求，從而證明自己能夠安全有效地進行調頻服務后，才能接入全國高壓電網的一次調頻市場?！钡聡摪钔赓Q與投資署儲能與燃料電池項目高級經理霍特哈希爾（Tobias Rothacher）對媒體解釋。因此，這些電池儲能服務商需要與輸電企業(yè)之間進行緊密的研發(fā)調試配合。

然而，這些儲能企業(yè)關注的不僅僅是這個“現成”的一次調頻市場，它們更將目光瞄準了連接可再生能源的微電網系統(tǒng)。

由于當前的微電網系統(tǒng)主要靠柴油或汽油發(fā)電機維持電壓和頻率的穩(wěn)定，因此可再生能源僅占電力總量的15%～30%。

宣布放棄核能的德國，計劃到2020年將可再生能源比重提高到35%，并在2050年提高到80%。

這一政策目標為儲能技術企業(yè)提供了廣闊市場前景，它們紛紛設立實驗室或示范性項目，一邊累積實際數據以進行技術儲備，一邊用軟件模擬效果說服潛在的客戶，從而成為可再生能源的緩沖器。

以Younicos為例，它在柏林Adlershof科學園的實驗室里，配備了1組1MW/6MWh的納硫電池、1組200kW/200kWh的鋰離子電池、1組兆瓦級的智能交頻器、 1個可接入天氣數據的能源管理設備、1臺1MW的柴油發(fā)電機、1個14公里的中壓配電網，以及風能光伏發(fā)電器與能源消費者的模擬器。

通過這個實驗室里的設備組合，Younicos可以根據不同地區(qū)的實際情況，模擬出實時的發(fā)電與用電情況，從而設計商業(yè)模式。

他們堅信自己的電池管理能力和交頻器設備量可以幫助電網實現100%的可再生能源并網。

此外，大型電池儲能提供商還在開發(fā)包括租賃在內的新商業(yè)模式。在這個模式下，一個小區(qū)分散化的剩余發(fā)電量可以集中儲存到一個電池中，從而給終端用戶提供電力服務。這個概念目前正在曼海姆等地進行測試，Solver、Strombank、Adstec等公司正涉足這種小區(qū)儲存市場。

除了調頻市場，調峰市場亦被資本市場看好。

傳統(tǒng)的儲能技術用抽水的方式，利用剩余的電量將水抽至高位蓄存，并在用電時利用水的勢能發(fā)電。根據美國能源部2013年12月發(fā)布的報告，美國的電網儲電裝機容量為24.6GW，約占發(fā)電量的2.3%，其中95%為抽水蓄能。

然而，風投涌動的美國市場在儲能法案與公私聯營項目的推動下，電池儲能市場發(fā)展十分迅猛。在非抽水蓄能的1.2GW裝機容量中，有26%為電池儲能，約為304MW裝機容量。

相比之下，國際電池儲能市場發(fā)展水平則明顯滯后。

根據2013年6月的彭博儲能市場觀察報告，意大利電池儲能的裝機目標容量為75MW，日本為30MW，韓國為154MW。

而美國市場與技術的突飛猛進，正拉動其他工業(yè)國的電池儲能發(fā)展。以Younicos為例，這家發(fā)源于德國的企業(yè)，在2014年兼并了美國電池儲能技術公司Xtreme Power，從而獲得了后者在夏威夷的兆瓦級儲能管理經驗，和在得克薩斯的36兆瓦級風電儲存智能電網管理經驗。

補貼轉向家庭儲能

在金融危機前全球光伏產能激增，與金融危機后光伏市場需求量降低的雙重推動下，德國從2009年開始，家庭屋頂太陽能發(fā)電價格直線下降。

德國聯邦外貿與投資署推算，以緬因河畔的法蘭克福地區(qū)為例，家庭屋頂太陽能發(fā)電在2011年初實現“電網平價”，即家庭太陽能發(fā)電價格與家庭電網購電價格持平。

當時，居民電價約為0.25歐元/千瓦時。考慮到光照時間和家庭用電時間錯開，德國居民的家庭發(fā)電量僅占用電量的30%，其余用度需從電網購買。但由于德國采取了包括提前廢止核電在內的一系列能源轉型舉措，德國電價持續(xù)上漲。

與此同時，德國的并網補貼自2009年后也大幅減少。以裝機容量30kW的居民屋頂項目為例，并網補貼價格從2004年0.57歐元/千瓦時的歷史高位，一路降低到2014年的0.12歐元/千瓦時。這使得居民一方面要面對持續(xù)增長的購電電費，一方面要面對持續(xù)走低的自發(fā)電并網補貼。

幸運的是，由于電池技術的突破，以及電池生產出現規(guī)模經濟效益，電池價格亦大幅跳水。

國際可再生能源機構（IRENA）今年發(fā)布的數據顯示，電池價格自2011年至今已降低50%，并有望在2020年相較今天再降低50%以上。

并網電價補貼逐步淡出的德國，開始將補貼政策轉向對電池儲能系統(tǒng)的補貼。

2013年5月，德國政府通過政策性銀行——德國復興信貸銀行（KfW）對家用太陽能電池儲能系統(tǒng)進行補貼。

KfW截至2015年的數據顯示，2013年至2014年，德國光伏發(fā)電電池儲能系統(tǒng)裝機數量增長率超過50%，并在2015年4月達到1萬余套。目前，德國家庭光伏發(fā)電裝機數量有150萬套。

歐盟委員會估計，如果家庭光伏發(fā)電系統(tǒng)的峰值功率為1.5kWp，儲電時間2小時，即3千瓦時的電池，可將自產光伏電量占家庭耗電量的比重，從原先的30%提高到45%到75%。因此，德國聯邦外貿與投資署預計，2016年家庭光伏發(fā)電與電池儲能系統(tǒng)將達到“電池平價”，即光伏發(fā)電費用加電池儲能系統(tǒng)的成本價與居民購電價格持平，約為0.32歐元/千瓦時。

德國、意大利之外的其他歐盟國家，在實現“電網平價”后，也紛紛采取淡出并網補貼的政策。

分析公司IHS在2014年發(fā)布的數據顯示，全球家庭光伏發(fā)電電池儲能裝機容量，將從2014年的90MW增長至2018年的900MW，其主要增長市場為德國、意大利與英國。電動汽車領軍者特斯拉也在 2015年4月，推出7千瓦時與10千瓦時兩個版本的低成本家用電池產品Powerwall。

歐盟委員會在2015年7月發(fā)布的報告亦顯示，這種鼓勵家用光伏儲能設備的政策，也有助于提高電動汽車的使用率。來自移動儲能市場和固定儲能市場的雙向利好，使得電池價格降低與電池工廠投資相互促進。特斯拉亦在2015年3月宣布，在美國內華達州建立電池工廠Gigafactory。預計2020年建成時，其年電池產量將達到35GWh。

除了居民光伏電池儲能市場，一些公司也開始瞄準工廠這一類耗電大戶。通用電氣公司（GE）在柏林的混合電站是用電池和儲熱設備兩種儲能介質，對熱電聯產和光伏發(fā)電兩種發(fā)電模式進行優(yōu)化，從而調節(jié)自己工廠的峰谷用電。目前，這套設備仍在測試階段，尚未完成一個年度生產周期。