摘 要：储能是能源转型的关键技术，北美、欧洲各国为了促进储能产业的可持续发展，制订并实施了许多鼓励性政策和补贴。中国储能领域的技术、市场、政策、立法、标准、监管等产业基本要素尚不成熟，如何促进国内储能产业可持续发展值得深入思考。在未来能源格局中，储能产品与服务将全面覆盖交通、建筑和工业三大用能领域，电化学储能技术将成为主流储能技术，综合能源服务与智慧能源技术将成为未来能源企业的基本配置，与储能相结合的电力将取代传统能源成为新时代最重要的国际贸易商品之一。目前，储能产业集中度不高，基础与核心技术研发投入不足，大型能源企业需要做好前瞻布局，把握产业全局、引领市场方向，注重储能技术储备，适时开发超大规模化学储能技术，承担起可再生能源时代能源安全保障任务。
（来源：微信公众号:石油科技论坛杂志）
近十几年来，随着能源转型的持续推进，作为推动可再生能源从替代能源走向主体能源的关键，储能技术受到了业界的高度关注。2019年，全球储能增速放缓，呈理性回落态势，为储能未来发展留下了调整空间。储能产业在技术路线选择、商业应用与推广、产业格局等方面仍存在很多不确定性。
1 储能技术发展现状与趋势
储能涉及领域非常广泛，根据储能过程涉及的能的形式，可将储能技术分为物理储能和化学储能。物理储能是通过物理变化将能储存起来，可分为重力储能、弹力储能、动能储能、储冷储热、超导储能和超级电容器储能等几类。其中，超导储能是唯一直接储存电流的技术。化学储能是通过化学变化将能储存于物质中，包括二次电池储能、液流电池储能、氢储能、化合物储能、金属储能等，电化学储能则是电池类储能的总称（表1）。
当可再生能源成为市场主流之后，能源保障成为新的挑战，无论是规模化后储能技术自身的安全性与能量密度，还是灾害发生后由储能配置引发次生灾害的可能性，目前已有的各项储能技术都还达不到承担超大规模能源战略储备的水平。从能量密度角度分析，未来最具可能性的超大规模储能技术方向是纯化学储能，如氢储能、甲醇储能、金属储能等。大型能源公司在开发超大规模储能技术方面具有一定资源优势，可借此承担大部分能源安全保障任务。
2 世界主要国家储能产业政策与发展情况
随着新能源产业的兴起，储能应用日益受到世界各国的重视，由于各国技术发展阶段不同，储能产业政策各具特色。储能产业初始阶段，政府多采用税收优惠或补贴政策，促进储能成本下降和规模应用；储能应用较广泛时，政府通常鼓励储能企业深入参与辅助服务市场，以实现多重价值。
2.1 北美以政策和补贴鼓励发展分布式储能
近年来，美国各州关注储能部署。美国能源和自然资源委员会推出的《更好的储能技术法案》（BEST）修订版由一系列储能法案构成，包括2019年《促进电网储能法案》《降低储能成本法案》《联合长时储能法案》等，采购储能系统流程、回收储能系统材料（例如锂、钴、镍和石墨）的激励机制，以及联邦能源管理委员会（FERC）制定的收回储能系统部署成本的规则与流程。
美国加利福尼亚州计划到2030年部署装机容量达11~19GW的电池储能系统，建议采用持续放电时间为6~8小时的锂离子电池；纽约州计划到2030年部署装机容量为3GW的储能系统；马萨诸塞州确定2025年实现装机容量达到1GW的储能目标；弗吉尼亚州明确目标，2035年部署3.1GW储能系统，2050年实现100% 可再生能源，用户必须从第三方储能系统获得超过1/3（35%）的储能容量；内华达州、新泽西州和俄勒冈州也制定了储能目标。各州还采取激励措施支持储能部署：俄勒冈州要求每家公用事业公司至少部署10MW·h 的储能系统和1％的峰值负荷；加利福尼亚州将2020年部署装机容量1325MW的目标增加了500MW，并向储能系统相关发电设施提供超5亿美元的资助，为可能受到火灾影响的区域部署户用储能系统提供1000美元/（kW·h）资助。
在美国储能市场处于领先地位的各州正在审查将储能设备连接到电网的可行性，将储能系统作为未来强大电网的关键组成部分，并对互联过程中储能系统部署有明确规定，以确保灵活性和响应性。马里兰州、内华达州、亚利桑那州和弗吉尼亚州都已采取措施，在互联标准制定中解决储能系统问题。明尼苏达州、密歇根州和伊利诺伊州等就此展开了调研和对话。
税收方面，美国政府为鼓励绿色能源投资，2016年出台了投资税收减免（Investment Tax Credit，ITC）政策，提出先进储能技术都可以申请投资税收减免，可以通过独立方式或并入微网和可再生能源发电系统等形式运行。补贴方面，自发电激励计划（SGIP）是美国历时最长且最成功的分布式发电激励政策之一，用于鼓励用户侧分布式发电。储能也被纳入SGIP的支持范围，储能系统可获得2美元/W 的补贴支持。SGIP至今经历多次调整和修改，对促进分布式储能发展发挥了重要作用。
加拿大许多地区纬度偏高，四季冰寒，储能是其保障电力供应的有效措施之一，应用比较普遍。2018年4月，安大略省能源委员会（OEB）发布规划以促进包括储能项目在内的分布式能源开发。中立管理机构独立电力系统运营公司（IESO）建议投资者重点关注能够提供多重服务的细分领域，充分发挥储能潜力。阿尔伯塔省计划在2030年实现30%的电力由可再生能源供应。
2.2 欧洲主要国家储能部署已趋饱和，政策偏重引导新需求
欧洲电力市场的发展方向明确：更多的可再生能源、更便宜的储能系统、更少的基本负荷，热力和运输领域实现电气化。2019年，欧盟17个成员国成功实现电力网络互联。对部署天然气和柴油峰值发电设施的审查更加严格，储能系统部署备受青睐。
补贴和光伏是欧洲储能产业发展的最大推手。为了给可再生能源介入日益增高的欧洲电网做支撑，德国、荷兰、奥地利和瑞士等国开始尝试推动储能系统参与辅助服务市场，为区域电力市场提供高价值服务。随着分布式光伏的推广，欧洲许多国家以补贴手段扶持本地用户侧储能市场，意大利实施了补贴及减税政策。
欧盟制定了欧洲能源目标，旨在2050年实现“净零”温室气体排放，因此需要大量部署储能系统和其他灵活的可再生能源。到2040年，欧洲将拥有298GW的可变可再生能源发电能力，这需要装机容量为118GW的灵活性发电设施来平衡系统波动，储能将在其中起到重要作用。欧洲在储能部署上先行一步，并获得巨大成功，频率响应和其他电网服务已基本得到满足，当前欧洲储能市场接近饱和，储能发展放缓。
德国政府高度重视能源转型，近10年一直致力于推动本国能源系统转型变革。为推动储能市场发展，德国采取一系列措施，包括逐年下降上网电价补贴、高额零售电价、高比例可再生能源发电，以及德国复兴信贷银行提供的户用储能补贴等。2017年，为了鼓励新市场主体参与二次调频和分钟级备用市场，市场监管者简化了参与两个市场的申报程序，为电网级储能应用由一次调频转向上述二次调频和分钟级备用等两个市场做准备。
此外，德国政府部署了大量电化学储能、储热、制氢与燃料电池研发和应用示范项目，使储能技术的发展和应用成为能源转型的支柱之一。例如，位于柏林市区西南的欧瑞府零碳能源科技园区，占地面积5.5×104m2，共25幢建筑，建筑面积约16.5×104m2，园区80％~95％的能源从可再生能源中获得，采用了一系列先进的智能化能源管理，具体包括光伏、风电、地热、沼气热电联产、储热储冷及热泵等多能联供模式，无人驾驶公交车和清扫机器人、无线充电及智能充电等高新技术，获得LEED能源性能标准认证及铂金评级的低能耗绿色建筑，提供灵活性的储能电站和智能管理负荷的微电网等。整个园区成为集低碳城市理念展示、科技创新平台为一体的产学研一体化的新能源和低碳技术产业生态圈，智慧能源与零碳技术有机融合，2013年获“联合国全球城市更新最佳实践”奖，成为德国能源转型的创意灵感象征。
2016年以来，英国大幅推进储能相关政策及电力市场规则的修订工作。政府将储能定义为其工业战略的一个重要组成部分，制定了一系列推动储能发展的行动方案，明确储能资产的定义、属性、所有权及减少市场进入障碍等，为储能市场的大规模发展注入强心剂。英国政府提议，降低准入机制，取消装机容量50MW以上储能项目的政府审批程序，消除电网规模储能系统部署的重大障碍。另外取消了光伏发电补贴政策，客观上刺激了户用储能的发展。
2.3 亚洲主要国家储能分散部署为主，政策与补贴关注户用与交通储能
亚洲储能项目装机主要分布在中国、日本、印度和韩国。2016年4月，日本政府发布《能源环境技术创新战略2050》对储能做出部署，提出研究低成本、安全可靠的快速充放电先进电池技术，使其能量密度达到现有锂离子电池的7倍，成本降至1/10，应用于小型电动汽车使续航里程达到700km以上。日本政府除了对户用储能提供补贴，新能源市场的政策导向也十分积极。例如，要求公用事业太阳能独立发电厂装备一定比例的电池以稳定电力输出，要求电网公司在输电网上安装电池以稳定频率，对配电网或微电网使用电池进行奖励等。为鼓励新能源走进住户，又要缓解分布式太阳能大量涌入带来的电网管理挑战，日本政府采用激励措施鼓励住宅采用储能系统，对实施零能耗房屋改造的家庭提供一定补贴。
中国的储能产业虽然起步较晚，但近几年发展速度令人瞩目。据伍德麦肯兹（Wood Mackenzie）预测，到2024年，中国储能部署基数将增加25倍，储能功率和储电量分别达到12.5GW和32.1GW·h，将成为亚太地区最大的储能市场。政府在储能领域的积极政策激励是促进行业快速发展的主要原因，也是储能部署的主要推动力。
印度2022年智能城市规划中，将可再生能源的装机目标增加到175GW。为此，政府发布光储计划、电动汽车发展目标、无电地区的供电方案等。很多海外电池厂商在印度建厂，印度希望不断提升电池制造能力，陆续启动储能技术在电动汽车、柴油替代、可再生能源并网、无电地区供电等领域的应用。
韩国持续推动储能在大规模可再生能源领域的应用，政府主要通过激励措施，例如为商业和工业用户提供电费折扣优惠等方式，支持储能系统部署。
3 储能产业与技术发展动向
欧美发达国家多以100%可再生能源、低碳或零碳、弃煤、弃核，作为未来能源发展目标。可再生能源的大量引入对原有电力系统的调节能力、安全保障能力形成巨大挑战，而储能是应对挑战的重要手段，储能商业化应用将首先在电力市场化程度高的国家或地区得以实现。纵观全球，政府多种政策支持、技术与产品不断进步、厂商加紧布局抢占市场、相关各方加强合作等，合力推动储能产业不断深化发展。同时，储能的快速增长也暴露了许多问题，如系统安全性不足、成本过高、产品性能达不到用户期望、政策和规则不适应产业发展等。总体而言，储能将持续发展，全球社会需重新定义储能的角色和价值。
3.1 爆发后回归调整，储能产业发展动力依然强劲
经过近10年的快速增长，储能产业在2019年回归理性，全球增长速度放缓，当年全球储能增长率约为1.9%，其中电化学储能增长约为22%（图1、图2）。
近年频繁发生的安全事故、2020年全球新冠疫情，都使储能产业发展受到严重影响。2017—2019年，韩国共发生了28起储能电池系统的火灾事故，调查报告显示，火灾原因包括电池保护系统不良、运营环境管理不良、安装疏忽、储能系统集成不良等多种因素。外界对电池储能安全性、可靠性的质疑，让储能从业者深刻认识到安全的重要性。据中关村储能产业技术联盟（CNESA）全球储能项目库初步统计，从2019年4季度开始，市场增速引擎重启，虽然受新冠疫情影响，但市场发展仍然乐观，预计2020—2022年，全球电化学储能新增投运规划超过16GW。
3.2 用户储能系统广泛应用，为虚拟电厂发展奠定基础
虚拟电厂是智能化电力供应时代的产物，其优势是可降低对发电设备的初期投资，提高日后灵活购买光伏电力的能力，也可以为业主提供余电出售方式，从而实现合理调配电力。户用或工商业光储形成的大规模、分布式用户侧储能系统，是虚拟电厂（VPP）建设的基本条件。根据日本经济产业省相关数据，其国内可供虚拟电厂收集的太阳能电力规模，预计将在30年内增加到37.7GW，相当于37个大型火力发电站的发电量，届时虚拟电厂将大行其道。
3.3 电池技术有望取得重大突破，电动汽车市场前景广阔
近年来电池技术持续进步。成本方面，2019年，国内市场电动汽车电池芯和电池包均价分别比2009年下降了82%和86%。2019年底，国内三元电池包单价已降至1.05元/（W·h），和海外市场大致相当。性能方面，电池包平均能量密度每年都有显著提高，2019年整体已达到144.07W·h/kg。其中，宁德时代新能源科技有限公司生产的NCM811电池包能量密度高达176.31W·h/kg，是2019年全球最高水平。我国计划2030年电池能量密度达到500W·h/kg，单体成本降至0.4元/（W·h），寿命达到4000次/15a。世界各国都在加快促进电池技术进步，日本计划2020年底将电池功率密度提升到1500W/kg，能量密度提升到250W·h/kg，寿命达到10~15年，价格降至1.2元/（W·h）。美国、德国也都有类似规划。
电池技术的发展促进了电动汽车成本持续下降，续航里程目前可与传统燃油汽车比肩，加之各国的支持政策，电动汽车行业快速发展，全球电动汽车销量有望呈指数上升。预计2025年，中国电动汽车将占据汽车市场总量的30%，美国、日本将分别达到24%、42%，全球近1/3的燃油汽车将被电动汽车取代。许多领先的汽车制造商顺应形势，将业务重点转向了电动汽车，例如，大众汽车公司计划到2030年实现所有品牌40% 的产品成为电动汽车。
3.4 大型能源企业加紧布局储能，抢占行业制高点
企业间的并购、合资与合作是全球储能应用和规模化发展的重要方式。传统的大型能源公司、电力/电网企业及储能产业链上下游，都在积极通过合作合资，扩大应用覆盖，扩展海外业务，加紧全球储能市场布局。
2016年以来，壳牌公司的新能源部门将业务重心转向交通与电力行业。2018年壳牌投资德国户用储能系统供应商Sonnen，2020年收购该公司100%股权，壳牌可把Sonnen 公司的储能系统与服务提供给全球用户。
道达尔践行“大能源公司”理念，谋划电力储能领域，开展低碳电力全链条布局。2017年7月，道达尔以11亿美元收购了世界领先的电池开发制造商Saft公司；2019年4月，道达尔与中国天能集团成立合资公司，以强化锂电池的生产和销售；2020年3月，启动锂离子电池储能项目，将建成法国最大的锂离子储能系统，以支持电网稳定。道达尔电力储能业务的发展使其抗风险能力大幅增强，在国际石油价格同比下跌10％和欧洲天然气价格同比下跌38％的情况下，2019年道达尔天然气、可再生能源和电力综合部门的LNG销售额同比增长近60％，现金流同比增幅80％。
此外，Engie、Enel、Ormat、E.ON、Alectra等电力综合能源公司也积极布局储能业务，新的储能项目陆续建设和投运，以调节可再生能源发电引起的电网电压、频率及相位变化，减少弃风、弃光发生，提高电网效率、优化资产组合，有效集成新增可再生能源。
4 对石油公司发展储能业务与技术的思考与建议
4.1 储能技术路线与安全
每种储能技术各有适用领域和局限，储能市场需求的多样性，决定了储能技术发展多种技术路线长期共存。新型规模储能技术是一个多学科交叉的复杂体系，研发与实施难度大，需要不同学科人员联合攻关。
电化学储能效率高、配置灵活、响应快速，在电源侧、电网侧和用户侧的应用都有迅猛增长。根据CNESA全球储能项目库统计数据，截至2019年底，全球电化学储能累计装机规模为8089.2MW，年增长率为22.1%。电化学储能技术的快速发展将使电动汽车时代更快到来，随着可再生能源替代进程的推进，电化学储能将成为主流储能技术之一。
储能技术的安全性包括两个重点，一是用户使用过程中充能与释能操作的安全性，二是失效储能材料的环境安全性。使用安全性方面已发生多次事故令人警醒，环境安全性受限于储能产业的规模尚未充分显现。储能包括储存与释放两个过程，对于失效材料体量较大的领域或超大规模储能场景，选用储释分离的技术路线可能更为适宜，这样既提供了更多技术选择，又降低了技术难度，对储能安全保证意义重大。
4.2 关于储能应用市场
未来社会能源结构当中，储能产业将拥有更大的发展，储能产品与服务将全面覆盖交通、工业和民用三大用能领域。在交通领域，城市拥堵、大气污染和温室气体等问题证明燃油车已不适应现代社会的发展，但电动汽车或氢能源汽车都需要强大的储能技术支持；在工业领域，可再生能源时代将更加注重大规模储能与长距离特高压输电，与储能相结合的电力，将成为新时代最重要的国际贸易商品之一；在民用领域，被动式房屋、零能建筑等概念越来越深入人心。未来，户用能源的供应与消费将发生根本性变化，户用储能与虚拟电厂将在世界范围普及。传统能源供应方式迎来了新挑战，基于高速网络的能源服务技术不断创新，能源供应商可以快速获取用户真实需求，及时调整服务方向，提供精益求精的用户体验，综合能源服务与智慧能源技术将成为未来能源企业的基本配置。
4.3 对石油公司的建议
石油公司的未来有两个走向，要么成为化工原料供应商，要么转型成为新型能源供应商。储能是石油公司转型新能源公司的关键所在。面对储能技术的巨大应用潜力与市场，大型能源企业与中小能源企业需要分工合作，共同做大蛋糕。通常中小企业专精某一类型技术，并以此服务于大型能源企业和终端用户。若干大型能源企业承担能源安全保障责任，通过将中小企业的先进技术与自身市场资源整合，实现技术应用的全面推广，从而掌控产业全局、引领市场方向。
储能技术产业化发展是非化石能源大规模应用的前提条件，但相关技术、市场、政策、标准、规划、立法、监管等各方面还不完善，特别是储能技术本身的不足有待提升，包括电力在内的能源体制改革推进进程存在不确定性，决定了我国储能产业发展尚处于初级阶段。目前，储能产业集中度不高，基础研发和核心技术投入不足，需要大型能源企业做好前瞻布局，着重在以下方面付出努力。
（1）关注超大规模储能技术开发，兼顾各类储能技术路线，提前布局环保技术环节，承担起可再生能源时代的能源安全保障责任。
（2）学习发达国家成功经验，兼顾应用技术与前瞻性研究，加大科研投入和技术成果追踪力度，保持科技创新活力，保证科研成果质量、数量和转化效果。
（3）采用灵活人才机制，加大应用技术与基础研究人才的板凳深度，紧跟时代脚步，抓住时机，发展综合能源服务与智慧能源技术。
原标题：储能产业与技术发展趋势及对石油公司的建议
