下面是小编为大家整理的德国储能发展现状及对中国借鉴意义,供大家参考。
目录
前言
4 缩略语表
5 1 执行摘要
7 2 简介：德国储能发展
9 2.1 电力部门的灵活性需求不断增长
10 2.2 提升电力市场灵活性的方案
12 2.3 研究方法
14 3 德国和全球储能系统/技术的现状
15 3.1 储能系统的典型应用领域和技术特点
15 3.2 储能系统的现状与发展趋势
17 4 储能系统应用案例
26 4.1 储能案例的选择
26 4.2 15个案例的应用、技术和经济特征
27 4.3 德国储电利用的商业模式和市场模式
30 5 储能在德国能源转型中发挥的作用以及德国的储能支持政策
36 6 德国的储电规范
39 7 从中国的电力市场框架和政策背景看德国电力储能
41 8 图录
42 9 表录
43 10 参考资料
44 附件：德国储能系统的15个案例
46
尊敬的读者朋友们，
2020年新冠疫情在全球的爆发和流行让我们看到人类社会在环境灾难面前的脆弱性。在医护、科研人员全力应对，紧急开发疫苗的同时，为了支持经济发展和保障人民生活，各国政府也都相继出台了经济复苏和刺激计划。经济复苏计划的核心内容大多都涉及抓住机遇，实现“绿色复苏”和应对即将到来的全球变暖危机。
例如，德国已通过了规模达1300亿欧元的一揽子经济复苏计划，其中500亿欧元的预算将用于德国的现代化建设，包括对可再生能源、公共交通、氢能和电动汽车的投资。同样，欧盟理事会批准了7500亿欧元的一揽子复苏计划，该计划将与《巴黎协定》和欧盟的气候目标保持一致。中国为确保“十四五”的高质量发展也制定了重要的目标和措施。
能源转型对于减少碳排放至关重要。2020年上半年，德国可再生能源占该国净发电量的比例已超过55%。因此，为解决和平衡可再生能源占比不断提高情况下带来的电力波动性、间歇性这一问题，我们亟需创新的解决方案和商业模式。近年来，德国储能市场十分活跃，尤其是在支持电力市场辅助服务和家庭应用方面更是如此。
该研究报告聚焦于储能这一重要主题。报告描述了储能在德国所发挥的作用以及支持其发展的政策框架，并提供了不同储能应用的具体案例。报告在德国联邦经济和能源部（BMWi）和国家能源局（NEA）的指导下，由中德能源与能效合作伙伴项目发布。我衷心感谢所有参与报告研究的专家和合作伙伴（弗劳恩霍夫系统与创新研究所、电力规划设计总院以及中关村储能产业技术联盟）为该研究项目做出的贡献。希望本报告能引起我国储能行业的政治决策者、专家、企业等同行们的兴趣和关注，并对我国储能行业的未来发展有所借鉴和启示。
Markus Delfs
德国国际合作机构（GIZ）可持续转型--投资与基础设 施、能源、交通、废弃物管理
项目组主任
前言
缩略语表
缩略词 释义 BESS 电池储能系统 CAES 压缩空气储能 CHP 热电联产 C&I 商用与工业 CSP 集中式太阳能 DIN 德国标准化协会 EEG 可再生能源法 EnWG 德国能源经济法案 ES 储能 EV 电动汽车 FCR 调频备用 GHG 温室气体 GW 吉瓦 KWKG 热电联产法案 LAES 液态空气储能 PHS 抽水蓄能 PtCH4 电转合成气 PtH2 电制氢 PtX 电转X（电力转换为X=热能，交通工具，氢，合成燃料和化学品等）
PV 光伏 RES 可再生能源资源 SMES 超导储能 StromNEV 电力网费条例 Tce 煤当量（1tce=29.39千兆焦耳）
缩略词 释义 UPS 不间断电源 VRE 间歇性可再生能源 VPP 虚拟电厂 V2G 车辆（电动汽车）到电网
电化学储能
化学储能机械储能 1 执行摘要
过去几年，在可再生能源和储能技术成本降低的双重推动下，储能行业发展相当迅速，尤其是得益于迅猛发展的电动汽车电池技术。
储能是促进能源系统实现气候中性转型的重要驱动因素，同时储能还可以与其他能够提升高比例可再生能源电力系统灵活性的技术相结合，例如电网扩容、需求响应和能源效率技术。
抽水蓄能系统和热储能系统与集中式太阳能电站相结合，已显示出通过大容量储能提供灵活性的能力。通过提供网络服务和优化输配电网，电池储能系统以及尚未得到广泛应用的储能技术如压缩空气储能越来越多地显 示出在提升灵活性方面所作出的贡献。电池储能不仅在大规模应用中意义重大，在电表后端需求侧这一小规模应用领域的作用同样不容忽视，其市场也在不断扩大。储能系统在德国越来越普及，一方面是由于德国电价较高；另一方面，光伏与储电相结合降低了自发自用的发电成本，因此独立用户对储能相关的解决方案很感兴趣。但是，这一发展趋势必须是有利于电网优化的，否则就必然要求电网的大规模扩容。
在本报告第四章中，我们将选择15个储能系统的应用案例（其中大部分是德国案例）进行详细分析。表1展示了入选案例分属的类别：
表1：15个储能系统应用案例概览
电池储能 四例大型电池储能
小型/分布式储能
私人/家用 （固定式家用储能）
电网耦合式（捆绑式和独立式）两例 非电网耦合式 商用/企业 数据中心（服务部门）
工业 内部物流公司 电动出行储能 电动汽车向电网放电（商用和公用）两例
电转X 电制氢（电制氢与电动汽车相结合）
电转合成气（电转甲烷与电动汽车相结合）
抽水蓄能 压缩空气储能
本报告详细地探讨了三个商业案例：大规模储能对电网频率调整的贡献、利用储能系统优化光伏电力自发自用、储能参与电力现货市场。
储能在能源系统转型方面发挥着重要作用。然而，大规 模储能容量并不一定是成功实现能源转型的先决条件。在德国，良好的输电线路和与邻国的良好互联保证了足够的容量用以平衡大部分间歇性可再生能源。虽然与未来情景下的发电和输电相比，储能的能源总量很小，但是储能可以缓解电网扩容的压力，使转型过程更加平稳
@Shutterstock 311732285,Lee Yiu Tung
和高效。在电网扩容面临公众接受度问题的地区，情况尤其如此。在比德国小，且与邻国之间的互联线路不够理想的国家，例如，岛国或处于外围的国家如葡萄牙，储能的价值会进一步凸显。对于领土面积大的国家来说，情况也是如此。在这些国家中，由于可再生电力必须远距离输送，因此输电网络的成本更高。
当前，针对灵活性利用的监管框架非常复杂多样。相关规定并非始终一致，而且分散在各种法律法规当中。因此，监管框架和电网使用费用机制的改进必不可少，从而鼓励灵活性利用，以便电网受益。
但是储能系统的价格仍然高于其他灵活性方案。因此，降低成本是提高储能系统经济效益的最重要前提。除了研发以外，标准化对于提高储能系统经济效益也非常重要。标准化是批量生产的先决条件，并有助于加快技术知识传播和创新。除了经济效益外，安全性在电池等储能系统中也发挥着重要作用。标准化可以为产品安全性提高做出重要贡献。标准化还涉及其他方面（例如安装、验收、并网、处置），这些方面也与储能技术的发展有关。从国际上来看，标准化可以避免在贸易中出现技术壁垒，从而降低市场准入门槛。
© shutterstock/ petrmalinak
2 简介：德国储能发展
在中国，可再生能源的快速发展增加了传统电厂和整个电力系统对灵活性的需求。弃风弃光仍一直是中国面临的一个挑战，虽然近年弃风弃光问题有所改善，但是中国电力部门仍需更多的灵活性。2016年中国全年弃风率高达17%[1][2]，甘肃等省份全年弃风率甚至高达40%。在采取了一系列措施后，到2019年，年弃风率和弃光率分别降至4%和2%。当前，提高电力灵活性的措施主要是针对火电厂。但在消费侧和输电侧，在引入平衡电力市场试点和计划引入针对需求响应措施的经济激励措施方面，灵活性潜力也变得越来越重要。尤其重要的是，设计针对灵活性的经济激励机制，即通过电力市场和交 易所、平衡电力市场或通过网络运营商的干预（例如再调度、网络阻塞/并网管理），来改善灵活性的相应机制。
储能系统在中国也发挥着重要作用。截至2018年底，中国的抽水蓄能电站已达约30吉瓦，电化学储能（电池储能）达到1吉瓦。中国政府计划推进电池储能设施扩大规模，以进一步推动可再生能源并网。然而，除了初始投资高或资本成本高以及技术难度大（生命周期、安全要求）以外，价格、市场以及针对储能利用的支持机制方面在未来发展中仍然面临挑战。
Conventional
power
plants
Solar
30 June 4 July 10 July 16 July 22 July 28 July 20 July 26 July 1 Aug 2 July 8 July 14 July 6 July 12 July 18 July 24 July 30 July Wind
Onshore
Wind
O f f shore
Hydro
Biomass
Electricity
Consumption
Hard
coal
Consumption an硬煤
2.1 电力部门的灵活性需求不断增长
可再生能源在能源系统中的占比提高使每小时发电模式发生变化。如果发电依靠风能和太阳辐射，则会导致发电过程中的波动性增加，而波动必须加以平衡。灵活性的定义如下：“电力系统旨在确保发电和用电在时间和空间上时刻保持平衡。电力系统的灵活性代表了电力系统能够在多大程度上根据需求调整发电和用电，从而以具有成本效益的方式保持系统稳定。灵活性是指电力系统在面临供需急剧波动的情况下，保持持续供电的能力。”[3] 通常情况下，可再生能源的比例不断提高，每小时发电量变化会增加。但是，波动幅度和对灵活性的需求取决于可再生能源类型以及不同可再生能源技术的组合。光伏电站非常适合太阳能辐射充足的地区，并且光伏并网具有日波动和季节性波动特征。风电并网量与风速呈高度相关关系，在各种可再生能源类型当中，风电每小时并网曲线是最不规律的。因此，风电场和光伏电站的并网量很难预测，所以电力系统中发电计划在很大程度上 取决于并网量预测，而并网量预测应尽可能做到精确无误。但是，即使预测水平有所提高，仍然需要灵活性技术，以便快速增加或减少发电量或用电需求。然而，也有一些非波动性可再生能源。在世界范围内，水电是一种非常普遍的可再生能源，发电出力几乎恒定。不过，在一些夏季气候干燥的国家，水电的季节性波动比风电大（葡萄牙风电相当稳定，但水电在夏季波动很大）。生物质能可控性很好，如今在欧洲和北美得到广泛使用，地热和太阳能热电厂与储能相结合也可以保证电力供应恒定，不同技术的组合使用会决定最终的发电模式，并决定在平衡波动时采用何种技术或概念。图1 显示了2020年7月德国每小时的发电量，从中可以清楚地看到陆上风电和光伏的波动性。在德国的能源结构中，可再生能源占比达到43%（图2）；到2030年，预计这一比例将超过65％，到2050年，电力系统基本全部使用可再生能源。
图1：2020年7月德国的电力生产和消费结构（单位：吉瓦）
125
GW
100
GW
资料来源：[4] 75
GW
50
GW
25
GW
0
GW
6月30日
7月2日
7月4日
7月6日
7月8日
7月10日
7月12日
7月14日
7月16日
7月18日
7月20日
7月22日
7月24日
7月26日
7月28日
7月30日
8月1日
常规燃煤电厂 水电 海上风电 太阳能 陆上风电 生物质能 用电量 电力生产和消费
图2：1990年到2019年德国可再生能源占比（%）
45.0
40.0
35.0
30.0
25.0
20.0
15.0
10.0
5.0
-
可再生能源在全国用电总量中的占比
可再生能源在供热与制冷中的占比
可再生能源在交通部门的占比
资料来源：[5]
除了供电方面的波动外，每小时用电需求也有所变化。因此，不仅电力供应需要预测，电力需求也必须预测，供需必须得到平衡。未来随着电动汽车或热泵等新技术 逐步取代化石燃料技术，预计电力需求将增加。同时，能效的提升也将显著减少电力需求。因此，一个地区的年电力需求和每小时需求模式也会发生变化。
2.2 提升电力市场灵活性的方案
提升能源系统的灵活性有多种方案。表2列出了这些方案，并简要说明了方案目标。显然能够满足灵活性需求的方案不止一种。大多数情况下，不同能源系统会有不同需求，因此，平衡供需需要综合运用多种方案。储能是众多方案中的重要一类，其中包括部门耦合方案。一些应用情景需要快速响应，因此需要响应时间短的技术。然而在其他情况下，则需要保证灵活性提供的 持续时间，因此这些灵活性方案必须具有运行时间长、效率高的特点。在图3中，灵活性方案按典型运行时间排列。此外，调度方向已给定。正向调度指需求超过供应，因此必须减少需求或增加供应，以维持系统平衡。反向调度指供大于求，因此必须减少发电量或增加可控负荷的需求。
表2：灵活性方案概览（技术灵活性“有利因素”）
灵活性方案（技术灵活性“有利因素”）
方案目标
可再生能源发电管理 使可再生能源并网适应实际需求或电网容量。例如减少可再生能源并网，即如果电力供应超过需求或电网容量，则限制可再生能源并网
可再生能源技术组合 尽可能综合利用互补的可再生能源技术（受限于潜在可用的可再生能源）
可控电厂（化石能源、生物质能、太阳能热电厂和地热电厂）
在可再生能源上网比例低、可再生能源并网剧烈波动（大幅上升或下降）时供电
延长电网线路和互联线路 通过改善各国间或国内各区域间互联电网线...
推荐访问:德国储能发展现状及对中国借鉴意义 德国 中国 借鉴
