译自：2016年8 【美国】麦肯锡咨询
编译：工业和信息化部国际经济技术合作中心 宋晓明

　　什么是能源存储？能源存储吸收然后释放电力，这样电力可以在一个时间点生产，在另一个时间点使用。能源存储的主要形式包括锂离子、铅酸和熔盐电池以及流动池。能源存储有四个主要优点：第一，可用于平滑用电流量，因为用电流量会以不可预测的方式增加或减少；第二，存储可以被整合进电力系统，这样如果主要电力源坏了，存储可以提供备用服务，提高电力系统的稳定性；第三，存储可以提高发电或者传输配送资产的利用率，例如可以存储超过现在需求的电力；第四，在某些市场，发电成本在某一时点会明显低于其他时点，存储有助于平滑成本。从历史角度说，企业、电网运营商、独立电力供应商和公共机构对能源存储设备的投资带来了很多益处，无论对他们自己还是整个电网。当存储成本下降时，所有权将拓宽，许多新商业模式将产生。

　　许多人将性价比可接受的能源存储视为不连续可再生能源（如太阳能和风电）丢失的连接器，并且能源存储7天24小时可靠。存储在满足其他需求如缓解拥塞和平滑可再生能源发电导致电力供应不稳定方面的潜力巨大，引发了公共机构的巨大兴趣。主要工业企业将存储视为可以改变汽车、涡轮机和消费电子的技术。

　　然而，另一些人持不同观点，坚信存储短时间内不可能成本经济。这种悲观情绪不可能消除。能源存储根本性改变将在未来某个时点发生，目前存储还只是沧海一粟。2015年，美国创纪录的新建了221兆瓦存储容量，是2014年65兆瓦的3倍多，2014年已比前一年有了大幅提升。但是2015年超过160兆瓦是由区域传输组织PJM单独部署的。而且221兆瓦在美国超过100万兆瓦的发电总量中占比微乎其微。

　　麦肯锡研究表明近期固定能源存储潜力巨大。原因之一是成本在下降，到2020年可能达到200美元/千瓦时，是现在价格的一半，到2025年达到160美元/千瓦时或者更少；另一个原因是确认最经济的项目和最高潜力的存储客户已经成为各个不同企业（包括电力供应商、电网运营商、电池制造商、能源存储集成商和已与潜在客户如太阳能开发商和能源服务企业建立固定联系的企业）的首要工作。

竞争点在哪儿？模型探索

　　确定和优选项目和客户比较复杂，意味着衡量电如何被使用、成本如何以及存储价格是多少。

　　但是，更多时候可以获取电力使用数据的机构不完全理解如何估算存储的经济性；而理解这些经济指标的机构又苦于接触不到电力使用的真实数据。而且，趋势是做分析的时候对数据平均处理。然而在估计能源存储前景时合计数字用处不大，因为彼此紧邻的相似建筑的电力使用类型也可能完全不同。基于平均数据得出的结论在判断服务哪些客户能实现盈利方面并不准确。

　　为确定理想的客户，需要建立一套考虑以下三类真实数据的能源存储分配模型：

• 电力生产和消耗（“负荷分布”），至少以数秒或者数分钟为单位；
• 电池特性，包括价格和性能；
• 电力价格和税。

　　下图表明确定能源存储规模和类型的模型。这些存储主要用于满足诸如减缓需求、提供频率调整服务、改变或者提高规模电网中可再生电力的控制力以及存储来自住宅太阳能的电力等目标。

　　该模型表明，为四个最重要应用（需量电费管理、电网级可再生能源电力、小规模太阳能+存储和频率调节）中的每个客户提供能源存储解决方案已经可以盈利。

　　一些客户需要为高峰时段使用电力付费（需量电费）。能源存储可以用于降低最高耗量（客户从电网中使用的最大电力），以此减少客户的需量电费。据麦肯锡计算，北美大多数客户需量电费的收支平衡点是9美元/千瓦。麦肯锡预计，到2020年该费用可减低至4或5美元/千瓦。重要的是，即使服务同一地理区域内潜在能源存储客户并缴纳相同税收，盈利能力也不尽相同，主要原因是客户特有的活动不同。另一个有趣的情况是，随着存储成本的下降，不仅服务更多客户有了经济性依据，现有客户存储的最佳规模也相应增加。

电网级可再生能源

　　能源存储可以平滑或稳定风能及太阳能场的产出，也就是说，减少了特定时间发电的不确定性。为稳定风电付出的额外成本可以低至2或3美分/千瓦时。稳定太阳能的成本约为10美分/千瓦时，因为太能能场每天运行时间比风能场短。

小规模太阳能+存储

　　在住宅级，太阳能和存储混合仅在存储价值大于安装成本的特定市场和监管条件下才可行。例如，当额外产能能够存储用于日后的消耗时，即可实现。在那种情况下，消费者需要从电网都买更少的电力以减少成本。

频率调节

　　电网在发电和消费之间存在连续的不稳定，因为成千上万的设备毫不相关的启动或者关闭。这些不稳定造成电力频率不一致，这会有损敏感的设备，并且如果不检查或者允许这些不一致扩大将有可能影响电网的稳定性。由于其快速反应时间和有效的充放电能力，存储系统可以很好的进行频率调节。

　　据麦肯锡分析，存储在选择频率调节的市场可以盈利。理想的说，电池可以维持在特定的充电状态以减少存储的需求量。

如何竞争：电池状态

　　电池技术，尤其是锂离子电池，正在获得越来越多的关注，取得的进步也最大。2015年新的能源存储布局中95%是锂离子技术。它们也被广泛应用于消费电子，同时在电动车应用中也有很大前景，如混合动力车和电动车。锂离子电池价格一直在下降，安全性不断提升，而且它们既可以短时间内需要大量能源的环境中（如电力环境）应用，也可以在较实践中需要相对较少能源的能源环境中应用。总体而言，这些特性令锂离子电池适合在整个电网（从大型公共级设备到输配设施，以及独立商业、工业和住宅系统）作为固定能源存储。

　　麦肯锡的模型向公共级能源存储证明了锂离子电池的中心地位，但也提出2项警告：第一，根据具体应用匹配不同类型锂离子电池的性能非常关键。例如有两家主要的锂离子电池供应商正在竞争一个特殊的工业应用，其中一个公司的产品由于更快的充放电能力在86%的工作区域中比另外一家更经济，每年可增加收益接近25美元/千瓦时。第二，在一些特殊应用中，非锂离子技术可能工作效果更好。对于需量电费和住宅太阳能+存储，某些铅酸产品比锂离子电池更划算。对于大型风电设施，除了极短时间（少于一小时）情况下，流动池都比锂离子电池经济，这种情况预计可持续到2020年。 政策和市场限制

　　麦肯锡模型表明，即使今天能源存储也有利可图，支持性的政策将会迅速使市场扩大。在确实提供监管支持的市场如美国PJM和加利福尼亚市场，能源存储比其他没有政策支持的产品应用的快。在大多数市场，政策和鼓励没能优化能源存储配置。例如，不连续的可再生能源产出可以每分钟兆瓦的速度改变，但是没有大的鼓励将可再生能源存储用作平滑电力产出。

　　另一个问题是税收不同，且对鼓励能源存储配置没有连续性。这样一来，具有相似负荷需求的客户也有不同选择，一些税收为电力系统采用存储提供了鼓励，然后也有一些没有。将负荷与合适的税收匹配并确保税收的稳定有助于对能源存储建立经济的商业模式。

　　最后，不能将具体模型、客户数据和电池性能（部分由于政策选择和规则限制数据获取）导致确定和获得现有机会也很困难。

如何把握未来

　　首先，能源存储已经在特定应用中实现成本经济。这一点在强调正式授权、一些存储项目补贴和非经济或者很难衡量存储经济特性的情况下被忽略。

　　第二，市场参与者需要获得详细数据，以此确认和优先有经济收益的客户。由于能源存储的复杂性，配置更需要推动销售模式而非拉动销售模式，优先采用创造性的方式获取和使用数据的企业。

　　第三，存储提供商在设计存储系统时必须开明，决定使用锂离子电池、铅酸、流动池或者其他技术哪一个才能获得最大价值。采用多项技术可能带来额外成本，但也会避免突然的价格上浮。

　　第四，使用电池和负荷数据的公司可能获得良好收益。每个客户的独有特性要求定制产品，包括发现和获取最大价值计算方法的进步。随着监管和技术的演进，有力的客户关系有助于获得相关数据和开发最有经济性的解决方案。

　　第五，如何利用存储降低系统成本需要一些思考。案例可能包括与电力生产和消耗重大变动相关的价格信号，鼓励存储服务于邻近多区域的规则，以及优先可再生电力自我消费的税收。

　　最重要的提示是，能源存储的大规模配置对许多电力市场可能颠覆以往商业。例如在发达国家，传统上中央或大型发电设施被用于满足即时需求，辅助服务用语平滑发电和负荷间的矛盾。能源存储正好提供这样的辅助服务。最终，随着成本的下降，存储也将扮演更多角色，为电网提供越来越多的电力，代替电厂。当然，现在这一时刻还没有到来。必须承认，能源存储有机会从物理性和经济性方面改变工业结构，该结构在上世纪或更久前定义了电力市场。

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