今天学习笔记来自Ember机构在2024年9月26日发布的研究报告“EU battery storage is
ready for its moment in
the sun” 主要作者是 Dr. Beatrice Petrovich, Harriet Fox, Dr. Chris Rosslowe.
![]()
More flexibility brings benefits
随着清洁灵活性的快速推广，欧盟可以全天候获得廉价的可再生能源电力。以可再生能源为支撑的电力系统需要具有灵活性和响应性。虽然可再生能源的比例在整个欧盟迅速增长，但提供足够灵活性的措施尚未得到同等的规划或实施。
现在是所有成员国发出强烈政策信号和消除现有障碍的时候了，以便在新建和现有风电和光伏发电能力的同时，迅速部署清洁的灵活性解决方案。利用光伏与电池储能相辅相成的商业案例，会出现越来越多的光储联合项目的开发机会。多年来光伏的强劲增长和高昂的天然气价格加剧了整个欧盟的电价波动，但同时也增加了电池储能的机会。反过来，电池储能也可以在光伏发电高峰期增加电力需求，支持光伏发电收入。如果消除现有的电池储能部署障碍，各国就可以将丰富而廉价的光伏发电转移到阳光充足的时段之外，从而减少对昂贵化石燃料的依赖。a.欧盟国家通过捕捉额外的风电和光伏，可节省90亿欧元的天然气成本。
b.九个欧盟国家，光伏发电量在用电高峰时段占需求量的80%以上。c.如果德国在6月份增加2GW的电池存储,那么仅6月份就可以节省高达250万欧元的燃料成本。如果德国在2024年6月增加2GW (+20%)的电池容量,那么将中午的太阳能电力转移到晚上,可以减少36GWh的化石燃料发电。根据所减少的燃料类型,这可以节省130万欧元的煤炭成本或250万欧元的天然气燃料成本。
我们应该尽可能利用所有低成本的可再生能源。随着光伏发电量的持续飙升，电池 储能将有助于确保在任何时间都能使用充足的电力。虽然欧盟的可再生能源规模扩张迅速而雄心勃勃，但仍然缺乏对清洁灵活性的同等关注。要让消费者和企业感受到减少对化石依赖带来的好处，就必须尽快解决这一问题。
![]()
![]()
可再生能源在增长，灵活性也必须增长
Renewables are growing,
flexibility must grow too
在未来六年内，风电和光伏发电量将在一年中的某些时段超过欧盟的负荷需求。通过清洁灵活的解决方案，将超额电力进行跨时和跨地的转移，这是一个巨大的机遇。随着风电和光伏在欧盟的快速发展，需要迅速扩大清洁灵活性，以实现整个系统的脱碳。灵活性可以包括任何匹配供需的措施，包括电网互联、需求侧灵活性、抽水蓄能和电池储能。这些解决方案有助于跨时间或跨地域转移发电或用电
，在风电和光伏等依赖天气的发电量超过或低于电力需求时帮助平衡电网。欧盟在可再生能源为主的系统转换的步伐已经加快，并将根据欧盟和各国政府制定的目标和计划继续取得进展
。国家能源和气候计划草案（NECPs）表明，欧盟有意将可再生能源发电量增加两倍。到2030年欧盟的光伏发电量和风力发电量将翻一番（从 2022 年的水平），可再生能源在全年发电组合中的比例将达到66%，这与REPowerEU计划中的宏伟目标相差无几。欧盟光伏和风电机组的扩大意味着，在未来六年内，许多国家的可再生能源电力将在特定时间内变得超出需求。这种态势将很快到来，因此现在进行规划至关重要。根据最新的官方目标和Ember对2030年的模拟，预计光伏和风电平均每小时可满足欧盟总需求的49%，几乎是 2023 年平均贡献率（27%）的两倍。此外，光伏和风电贡献率高的时段将更频繁地出现；估计在4%的时段内，光伏和风电的发电量将超过欧盟的总需求量；在35%的时段内，光伏和风电的发电量将超过欧盟电力需求量的一半以上，而2023年这一比例仅为3%。这将为欧盟电力系统带来全新的动力。![]()
丰富的可再生能源发电将为欧盟带来巨大的资源，但现在就需要对电力系统进行仔细规划以充分获取收益。Ember的模型显示到2030年，所有成员国的风电和光伏发电量将超出需求总量183TWh，这相当于波兰2023年
的全年耗电量，约为去年欧盟化石天然气发电总量的40%。如果欧盟国家能利用储能将这些过剩的电力及时或在空间上利用互联线路完全转移，以取代化石天然气发电，那么它们将减少对进口天然气的依赖，并节约价值90亿欧元的天然气采购成本。现在规划更多的清洁灵活性，可以加快欧盟摆脱化石能源的趋势。近年来风电和光伏的空前增长已经将化石燃料在欧盟电力供应中所占的比例降至历史最低水平。与 2023年同期相比，化石燃料在2024年上半年的发电量减少了17%，降至 27%；风电和光伏的发电量达到30%。光伏发电尤其取得了显著增长，2021-2023 年间新增发电量连续三年增长超过40%。 随着越来越多的风电和光伏在欧盟各地投入使用，这些能源在一年中的某些时段已经在欧盟和国家层面的电力输出中占据了主导地位，为昂贵的化石能源组合留下了更小的空间。在截至2024年7月的12个月中，光伏和风电发电量占欧盟发电量一半以上的时间占7%，而之前12个月仅占 2%。在同一时期，光伏和风电在所有时段的电力需求中至少占欧盟电力需求的6%。光伏和风电的最大输出的要高得多，几乎达到欧盟电力总负荷需求的三分之二(64%) 。在已经出现光伏热潮的国家，风电和光伏主导地位的上升尤为明显。例如在德国，截至2024年7月的12个月中，风电和光伏发电占 36%的时间，高于之前12个月的26%。同样的数字在希腊从26%增加到38%，在荷兰从31%增加到 44%，在匈牙利从7%增加到 6%--匈牙利的增长仅归功于光伏，因为其风电装机容量仍然是欧盟最低的。在2023年8月至2024年7月期间，有15个欧盟国家的风电和光伏峰值输出占其每小时负荷需求的比例达到80%以上。![]()
缺乏系统灵活性已经阻碍了风电和光伏的发展
2024年夏季欧盟风笛和光伏发电在白天的贡献尤为突出。在6月和7月光伏和风电发电至少占欧盟上午7点到下午4点之间需求的20%，峰值超过60%。因此对化石能源的依赖在白天迅速下降，但在清晨和傍晚仍然相对较高。以德国为例2021年至2024年间，7月份下午1点的化石能源平均占比几乎减少了一半
，从 36% 降至 20%，而晚上8点的化石能源占比仅从47%降至 44%。
提高清洁能源的灵活性，特别是储能，可以解决这一问题。这样就能将夏季太阳能发电的峰值分散到夏季的傍晚，
而在傍晚由于风力较弱，对化石能源的依赖往往相对较高。
![]()
如果电力系统更加灵活，在光伏生产高峰期对化石燃料的依赖可能会更低。即使在可再生能源丰富的时候，化石发电厂也经常继续发电。在某些情况下，这会导致可再生能源的削减，例如在波兰，一些化石电厂被迫维持生产，因为它们在技术上无法快速提升和降低，或者因为电网运营商需要它们提供辅助服务。例如在德国，化石发电量很少低于10 GW，即使在负电价时期也是如此。一些电网运营商采取的渐进方法表明，可以采取更多措施来提高系统可接受的可再生能源的瞬时比例。例如，爱尔兰电网运营商计划提高风电和光伏渗透的上限，目标是发电量的 95%。而其他国家，如波兰电网运营商PSE则更为保守，一旦太阳能和风能发电量在任何时候达到该国电力结构的55-60%左右，就会受到限制。
![]()
Pairing solar with batteries
电池有助于捕捉可再生能源增长带来的好处
欧盟的可再生能源发展迅速，尤其是光伏。电池储能将在保持这一增长势头方面发挥至关重要的作用。虽然有效的系统需要各种类型的灵活解决方案，但电池是一种随时可以部署的技术，可以迅速扩大规模，其带来了立竿见影的成本效益并提高电网运行安全性。
近年来，在电动汽车产量增加的推动下，电池的成本大幅降低。在电力系统中，它们可以部署在电网侧与输电网相连
，也可以部署在较小规模的住宅或商业侧，以提高现场生产的能源消耗（称为 "表后"）。根据最近在德国进行
的一项发电成本研究，电网规模的电池和公用事业太阳能发电的组合现在可以比燃煤或燃气发电厂更便宜地发电。电池储能是短时间内转移电力的有效干预措施：电池可以在风电和光伏发电量高时存储电力，并在需求增加时提供电力。光伏发电在不同季节和不同时段都有可预测的高峰和低谷。这使得太阳能与电池储能的结合在全天重新分配太阳能电力、平滑供需失衡和减少对化石能源的需求方面尤为有效。
目前欧洲安装的大多数电池都是为了在相对较短的时间内充放电而设计的。到2023 年底，欧盟各地运行的16GW电池可存储约23GWh 的电量，这意味着如果以满负荷充电/放电，平均持续时间约为1.5小时。不过电池的持续时间及其在更长时间内的性能一直在不断提高，在过去两年中，持续时间为2小时的项目变得越来越普遍，预计在不久的将来，整个欧洲的持续时间将达到4小时。新的储能招标项目正在创造对 8 小时持续时间项目的需求。
光伏蓬勃发展为电池带来机遇
欧盟会员国必须开始规划如何整合快速增长的光伏发电量，而蓄电池将是其中的关键部分。在许多国家在阳光最充足的时段
，仅光伏发电就已接近或达到电力负荷需求的100%。2023年8月至 2024年7月期间，9个欧盟国家的太阳能峰值份额超过了其电力需求的 80%。事实上，
在希腊和荷兰的某些时段，光伏发电量超过了需求量，而西班牙和匈牙利等其他国家的光伏发电量则超过了90%。在光伏发电量高的时段，系统中不仅有光伏，热电联产电厂等必须运行的发电机组、风电和径流式水力发电等其他不可调度的可再生能源以及缺乏灵活性的大型核电机组也会提供额外的电力供应。这就意味着，在这些时间段内，系统中的电价往往较低或为负值，并且由于电力从电价较低的地区流向电价较高的地区，向邻国的转移出口电能也很大。
![]()
零价格和负价格在整个欧洲越来越常见，在过去12个月中，欧盟几乎所有地方都出现了这种情况。这一趋势在西班牙最为明显，2024年上半年，西班牙有14%的时段出现了零价或负价，而2023年上半年仅有1%的时段出现了零价或负价。在荷兰，2024年7月出现零价格或负价格的小时达到创纪录的12%，最常出现在下午2点
。这超过了2023-24年冬季，当时平均有3%的小时出现零价格或负价格，而且几乎全部出现在夜间。虽然造成负价格的原因复杂多样，但光伏的蓬勃发展在许多国家都是主要原因之一。
![]()
低价和负价对光伏的商业价值产生了不利影响，减少了光伏发电商在市场上出售电力的收入。如果在系统中增加更多的光伏，但灵活性增长有限，特别是在电力需求复苏缓慢的情况下，这种公用事业光伏上网渗透率(光伏发电的价格与基荷价格相比）下降的现象将进一步恶化。2024年6月和7月，许多欧盟国家的电价在傍晚出现了极度飙升的情况，与此形成鲜明对比的是，电价在白天的中心部分非常低，甚至出现了负值。在化石能源依赖度仍然很高的夏季晚间，电价往往更加昂贵。电力价格与化石燃料价格之间的联系使消费者和企业受到进口化石天然气价格的影响，而进口化石天然气价格极易受到地缘政治和全球事件的影响。2024 年夏季，正午和傍晚之间的价格差异（也称为价差）明显高于 2023 年夏季，尤其是在光伏增长强劲的地区。在希腊和匈牙利与南欧和东欧的其他国家一样，价差的增加尤为明显，从71欧元/兆瓦时增加到262欧元/兆瓦时，并且102欧元/兆瓦时至397欧元/兆瓦时。日内价差的扩大增强了电池储能的商业价值，因为电池储能可以通过价格套利（购买低成本电力并在价格较高时出售
）赚取收入。这种电池行为可为灵活的天然气资产提供更多竞争，从而降低峰值电价，同时还可在需求高峰时减少对化石能源的依赖。更多的电池还将增加光伏高峰期的电力需求，支持光伏捕获率和投资光伏发电能力的商业理由。随着储能容量的增加，价格曲线趋于平缓，电池套利收入的减少可以通过电池为系统运行提供的多种服务（如快速响应
频率储备）的收入来弥补。![]()
加利福尼亚州提供了一个令人信服的例子，说明电池如何在可再生能源产出低、需求高的情况下降低对化石燃料的依赖。电池容量在五年内扩大了13倍，到2024年4月达到10GW，并重塑了电网的供电方式。与2021年4月相比，2024 年4月天然气在晚高峰中的作用大约减少了一半。 欧洲可以走同样的道路，以减少对进口化石燃料的依赖。近年来，电池在欧盟发展迅速。然而装机主要集中在少数几个国家。德国尤其是欧盟的领跑者，到2023年底，德国的电池装机占欧盟总产能的46%，到2024年6月，德国的装机容量将达到9.5GWh。根据Ember估算和市场预测，在政策支持和金融条件最好的情况下，到 2024年底，德国的电池储能装机容量可达11.4GW。如果今年夏天已经安装了这样的电池容量，那么仅在6月份的晚高峰期间，德国就可以取代36GWh的昂贵化石能源。煤炭通常是德国最昂贵的发电设备，但在12个小时内就可以完全被淘汰
，从而降低一天中最昂贵时段的电价。这种避免使用化石燃料发电的做法可节省130万欧元的煤炭进口费用或250万欧元的天然气进口费用。![]()
Recommendations-Clean flexibility should be swiftly
deployed
改进灵活性解决方案的政策框架有助于获取快速增长的风电和光伏的效益。 随着电力储能、需求侧灵活性和跨境互联的充分发展，以帮助利用丰富的本土清洁电力，风电和光伏正在迅速发展，并将加速增长。欧盟可以减少对化石能源的依赖，避免昂贵的能源进口，并保护消费者和企业免受国际能源价格波动的影响。特别是电池储能，它是一种随时可以部署的工具，可以利用午间的巨大光伏资源，而且与天然气调峰电站或电网互联等替代方案相比，部署速度更快，成本更低。 光储耦合的商业案例是相辅相成的。多年来光伏的强劲增长和天然气价格的高涨加剧了价格波动，从而提高了电池储能通过价格套利赚取收入的能力。反过来，电池将增加光伏高峰期的电力需求，支持太阳能捕获率并平抑极端价格。电池储能在一些国家增长强劲，但在其他国家则不然。相比之下，光伏则在各地迅速发展。更有力的政策信号和更早的规划可以加速电池在整个欧盟的发展，从而提前实现能源转型的经济、安全和气候效益。欧盟新任务的战略议程是朝着这个方向迈出的良好一步，因为它计划在电网、储能和互联方面进行雄心勃勃的电气化和投资。新任命的欧盟委员会的政治优先事项还包括扩大对电网基础设施和储能的投资。以下建议可提供为希望加快清洁灵活性部署和投资的欧盟政策制定者提供指导。开始规划清洁能源灵活性的一个简单方法是考虑光伏与电池储能共置的潜力。应通过消除现有监管障碍和改善系统规划来释放这一潜力。 ● 应使光伏和电池储能更容易安装在同一个电网连接点上，例如可根据电网连接规
则采取行动，或考虑在电网拥堵的地方有针对性地加快共用储能的电网连接。● 在空间规划和许可中，包括在确定可再生加速区时，应考虑共用电池储能。● 电网运营商应及时提供有关电网状况的详细数据。缺乏信息会延误急需的投资决策。关键数据涉及存储容量和利用率、电网容量、电网连接队列和可再生能源削减。电网托管容量地图是传达此类信息的有效方式。在许多国家节能计划中，加快灵活性部署的明确政策信号仍然有限。大多数经修订的国家节能计划草案都没有详细说明未来的灵活性战略和目标。这一差距应迅速弥补，因为尽早对清洁灵活性需求进行评估并制定目标的国家可以更快地从可再生能源发电的增长中获益。尽管最终的国家能源需求计划应于2024年6月公布，但其中大部分仍未公布，这仍是一个机会，可借此发出强烈的政策信号，说明各国计划如何摆脱对化石能源灵活性的依赖，并确保综合、互补地部署清洁的灵活性解决方案。● 各国政府应努力在最终的国家节能计划中披露灵活性需求评估以及储能和需求方灵活性目标。如果没有详细
的灵活性评估，各国应致力于尽快实现这一目标● 各国政府应采取措施，支持在推广可再生能源的同时推广清洁的灵活性。主要措施已在欧盟委员会有关储能的指南中列出，首先是取消对电池储能的 "双重电网收费"。各国政府最好将这些措施纳入其最终的国家可再生能源计划。 ● 各国政府应按照最新的电力市场设计改革的设想，在必要时引入额外的具体支持计划。 ● 应允许电池的收入叠加，以及总体上的清洁灵活性。允许多种收入流可以开辟市场途径，促进私人投资，
并提供重要的系统服务。 ● 各国政府应取消对电池储能和需求侧灵活性参与容量市场和电网服务（如频率响应）的限制性要求。
● 能力机制的设计还应促进清洁的灵活性，例如通过降低碳上限。 在欧盟层面的系统规划过程中，对清洁灵活性的技术表述仍然有限。要建立对解决方案的认识和信心，从而促进私人投资决策
，就必须在清洁灵活性潜力方面建立强大的模型并提高透明度。低估和歪曲清洁灵活性潜力会带来过度投资化石资产的风险。 ● 随着能源系统变得越来越复杂，建模方法必须考虑到减少对化石灵活性的依赖和充分体现清洁替代品的必要性
。 ● 要更好地体现清洁的灵活性资源，首先要有透明、准确的输入数据。目前，电池储能的推广和需求侧灵活性利用的可见性有限。在确保隐私和商业机密的前提下，提高数据透明度将有助于系统运营商、灵活性提供商、投资者和消费者最大限度地提高效率，灵活性和成本效益。● 成员国和国家监管机构应按照欧盟委员会的建议公开这些数据。关于现有和计划中的灵活性资源的数
据将是最新欧盟电力市场改革所确立的新灵活性目标设定工作的关键。发布欧盟清洁灵活性战略的清洁灵活性战略可以指导摆脱对化石灵活性的依赖，并确保在整个欧盟范围内互补性地部署清洁灵活性解决方案。欧盟委员会已经发布了释放储能潜力的指导方针，但储能只是灵活性工具箱中的一个工具。● 欧盟电气化行动计划应包括一项释放所有清洁灵活能源潜力的战略。如果电气化需求的增长得到明智的管理，它
将在提供灵活性和降低能源费用方面发挥关键作用。● 更智能的太阳能和风能发电也能发挥重要作用。例如，增加朝西而不是朝南的光伏组件，有助于利用光伏发电满足午后需求的增长。 ● 电池、创新型储能解决方案和需求侧灵活性推进器（如智能供热和制冷系统、工业流程和电动汽车充电）应
成为新的 "清洁工业协议 "的优先事项，以确保价值链、熟练工人和循环性，最终使当地经济和就业受益。
