电池储能技术的工业突破给风能和太阳能带来的影响

2015年4月30日，特斯拉汽车公司（Tesla Motors）推出了家用及公共事业规模的Powerwall和 Powerpack锂离子电池，提高了风能和太阳能的作用。就目前而言，风能和太阳能需要解决其产生的间歇性。GTM Research和ESA最新研究计划2015年美国部署220 MW的储能超过2014年储能的三倍以上（见图1）。2014年美国61.9MW级储能市场约为$128M（1亿2800万美元），相比2013年提高了约40%。2014年表前的新储能占比9%，其余为住宅和非住宅表后，反映了公共事业规模储能技术的需求不断增长。2019年储能将达到861MW，年市场价值$1.5B（15亿美元），表后储能市场估计占整体市场的45%。

 

效用水平方面，特斯拉Powerpack动力电池可以开辟发展风能和太阳能在其发电矩阵中的应用方法。Powerpack系统包括100kWh电池块组合成的采用并网双向逆变器的2小时或4小时充电的500 kWh至10 MWh电池组。Powerpack的可扩展性是其关键的创新，可用于GW级设备中，这是目前技术不可能达到的。

Powerpack动力电池的低成本同样使其在2020年之前可投入大规模部署，这在之前是没有预料到的。分析人士认为，如果可以350美元/kWh的价格购买的话，公用事业就应该购买并安装这样庞大的电池至其电网中。然而，他们警告说这个价格在今后五年内还不会实现。特斯拉创始人兼CEO（首席执行官）Elon Musk说，Powerpack电池价格将为250美元/kMh。

对家庭而言，更小的Powerwall电池由于其在表后工作，将有更显著的影响。特斯拉的Powerwall产品包括7kWh模块（$3,000）和10kWh模块（$3,500），这两款产品都可以在任何时候将多余的电力从屋顶太阳能电池板返回到电网中。对于太阳能住宅而言，电力过剩一直是各州努力寻求解决的重要问题。在夏威夷（Hawaii），人均太阳能住宅是全国的20倍，闲置面板用于解决相关电力回购以及可靠性问题。总部位于佛蒙特州的Green Mountain电力公司（Vermont-based Green Mountain Power Corp.）与特斯拉在Powerwall电池上结成“渠道合作伙伴（channel partner）”，弗吉尼亚州的AES公司（Virginia’s AES Corp.）表示其电力意图是配备家用电池。除了特斯拉以外，一系列公司都在致力于不断增长的储能市场。目前市值略低于$50B（500亿美元）的ABB是储能市场最大的公司之一。该公司拥有各种电气技术，目前已在世界各地开发了1,000 MW的储能项目。

 

国家法律法规不断创造市场机会（State Legislation and Regulations Continue to Create Markets and Opportunities）

储能市场上，国家法律法规是主要的驱动因素。加利福尼亚（California）、纽约（New York）、夏威夷（Hawaii）、德克萨斯（Texas）都出台了旨在促进市场进入机会和降低储能成本的政策。2010年加利福尼亚州Energy Storage Law (AB 2514)授权全州储能，促进新兴技术的市场转化，要求2014-15年州管公用事业采购储能系统或服务占峰值负载的2.25%，至2020年比例达到5%。2013年10月，CPUC决定要求至2020年州三大投资拥有的公用事业（investor-owned utilities ,IOUs）采购1,325MW储能。

各州的这些举措开启了储能公司的机遇。例如，三月，Ice Energy公司与Riverside Public Utilities签署了一项采用该公司Ice Bear产品的为期5年安装5MW储能的协议。Ice Bear技术安装于大型商用空调机组，晚上冻结，然后在白天使用储存的冷气，而不在高峰负荷期使用能量密集型压缩机。Southern California Edison在2014年11月就已经签署了Ice Bear公鸡25.6 MW的储能合同。其他天气比较炎热的州看似符合Ice Energy的利益，但法规不到位，例如加利福尼亚州。举个例子，德克萨斯州和加利福尼亚州的风能和太阳能发电大幅增加，但住宅和商业用户大量使用空调，对电压造成了巨大的压力。

在纽约，NY Battery和Energy Storage Technology (NY-BEST) 财团2014年的伙伴关系重点集中在促进清洁能源储能设备商业化的样机技术。其他举措包括2012年纽约能源高速公路蓝图（NY Energy Highway Blueprint），通过一项$2B（20亿美元）的投资建设现代化州电力基础设施来支持储能。2013年7月，NY-BEST和全球能源公司DNV KEMA Energy & Sustainability合作建立一项$23M（2300万美元）的电池和能源储存测试商业中心（Battery and Energy Storage Testing Commercialization Center），为商业化储能产品提供可行的测试。

在德克萨斯州，2011年9月实施的州参议院943号法案，允许储能项目网络与电网和能源或配套服务参与批发市场竞争。德克萨斯州电力可靠性委员会（Electric Reliability Council of Texas’ ，ERCOT）快速响应监管服务（Fast Response Regulation Service）于2013年1月推出一个试点项目，旨在测试FERC755号法规响应的绩效方法。德克萨斯州的公用事业响应943号法案，该州目前拥有美国最大的能源储存设备——36MW级Notrees风力项目（2013年1月完成）。

在夏威夷州， Hawaiian Electric、Maui Electric和Hawaii Electric Light Company提出了旨在响应夏威夷公用事业委员会（Hawaii Public Utilities Commission）综合行动计划的2014年电能计划，该综合行动计划旨在降低能源成本、解决可再生能源一体化挑战、提高客户端光伏互联、支持需求响应项目。至2030年，行动计划将扩大三倍分布式太阳能、获得超过65%的可再生能源。目前在Maui和Oahu岛上的风力设备已经装有配对储能装置，Hawaiian Electric Company已经开通了高达200 MW补充更多的可再生能源到O‘ahu电网。

联邦法案和FERC法规驱动储能技术发展（Federal Bills and FERC Regulations Driving Energy Storage Technology Forward）

分布式能源的重点主要通过州级政策、联邦法律法规发展，这也可能有助于重新定义影响储能的市场结构。5月6日，参议员Angus King (I-Maine)介绍说2015年自由市场能源法案（Free Market Energy Act of 2015）旨在解决并网分布式发电，并鼓励先进能源技术创新。特别是，该法案建立了管理分布式能源的参数，同时保留了各州设计这些正确反映每个州需求参数的权威。各州可能不得不考虑分布式能源的绑定方式，提高消费者连接分布式能源网络的权利，并确保适当的补偿电网所有者和经营者。

按照参议员King的说法，这将使分布式发电对于个体业主和电网都更有价值。该法案目前没有任何赞助，其通过的可能性将很大程度上取决于是否捆绑到参议员Lisa Murkowski (R-AK)提出的综合能源立法。参议员Lisa Murkowski (R-AK)是参议员能源和自然资源委员会（Senate Energy and Natural Resources Committee）主席。然而，目前一些列入一揽子法案也将影响储能市场，包括参议院1219法案（S. 1219）——“互连分布资源及考察净计量法案”（Interconnecting Distributed Resources and Examining Net Metering Act）、参议院1219法案（S. 1227）—— “微电网实施策略”（Micro-Grid Implementation Strategy）和参议院1220法案（S. 1220）——“能量分布法案”（Energy Distribution Act）。联邦监管方面，FERC已经发布了大量直接影响储能工业的法规。2011年10月，FERC发布了755号令（组织电力批发市场的频率调节补偿Frequency Regulation Compensation in the Organized Wholesale Power Market），要求地区输电组织（regional transmission organizations，RTOs）和独立系统运营商（independent system operators，ISOs）采用频率补偿服务的两部分市场化补偿方法——一种反应机会成本和市场绩效的支付能力。

2013年7月，FERC发布784号令（即755号令的扩展），要求公用传输供应商采购频率调节资源、报告储能装置关联交易时考虑两个额外因素——速度和精度。储能系统本质上是速度、精度快速响应的资源，因此FERC法规增加了辅助服务市场上储能项目的机会。2014年11月，FERC公布了792号令，将储能补充到小型发电机互连程序（Small Generator Interconnection Procedures，SGIP）下的符合并网资源类别，同时允许储能项目参与被称为Fast Track（快车道）的加速互连过程。法规节约了与储能项目相关的时间、成本以及监管负担。

除了FERC以外，能源部2010年智能电网投资补助计划（DOE’s 2010 Smart Grid Investment Grant Program）构成了公用-私营合作企业加速电网现代化投资。它为智能电网项目提供$7.8B（78亿美元），匹配于联邦复苏法案（Recovery Act）储备的$3.4B（34亿美元）。2011年存储法案（2011 Storage Act）为并网储能提供了能源投资信用。

每四年一次的能源回顾表明持续关注储能的改进（Quadrennial Energy Review Indicates Continued Focus on Energy Storage Improvements）

能源部4月发布的每四年一次的能源回顾（Quadrennial Energy Review，QER）承认，储能是电网灵活性的一个关键功能，表明奥巴马政府（Obama Administration）持续关注灵活储能解决策略。虽然过去几年储能部署急剧增长，但是2013年美国已安装的电池储量只有304 MW，反映出了巨大的增长机遇（见图3）。报告呼吁DOE建立可提高各州区域电网灵活性和负载服务实体的探索性方式、方法和技术的普遍框架。QER还指出，随着越来越多间歇性可再生能源并入电网，储能将越来越重要。2008-2013年间，风力发电提高了不止3倍，太阳能发电增加了10倍以上。降低成本以及各州可再生能源组合标准（Renewable Portfolio Standards，RPS）是增加可再生能源发电的关键驱动因素。例如，美国国家可再生能源实验室（National Renewable Energy Laboratory）发现美国公用事业规模的光伏项目成本从2010年的$0.21/kWh降到2013年的$0.11/kWh。

 

QER支持电网现代化的建议包括通过标准和互操作性改进电网通信。此外，DOE的综合电网现代化建议（估计在未来十年耗资$3.5B，即35亿美元）划入2016财年预算（FY 2016 Budget），QER寻求一项与各州能源办公室、公用事业委员会、环境监管、其他的州同行、基础设施所有者、经营者、负责大块电力系统可靠性的实体之间的合作计划（预计在今后5年耗资$300M-350M，3000至3500万美元）。

DOE2014年储能安全战略计划（DOE’s 2014 Energy Storage Safety Strategic Plan）解决了体制性障碍，以提高并网、公用事业、社区以及住宅储能技术的安全性和可靠性。它确定了当前及预期未来的安全性和发展，阐述了储能系统规范、标准及法规的部署，并提供了一个CSR纲要及案例分析。战略计划（Strategic Plan）描述了DOE计划的目标、范围、短期及长期议程，主要集中于四个关键要素：储能系统安全技术；风险评估与管理；应急响应；规范、标准、法规。

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