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全球?qū)崿F(xiàn)中和,風(fēng)光儲(chǔ)需多少?| 儲(chǔ)能大戰(zhàn)①

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全球?qū)崿F(xiàn)中和,風(fēng)光儲(chǔ)需多少?| 儲(chǔ)能大戰(zhàn)①

根據(jù)預(yù)測(cè),到2060年,全球光電新增裝機(jī)將達(dá)2330 GW,風(fēng)電新增裝機(jī)460 GW,新型儲(chǔ)能新增裝機(jī)超960 GW。

圖片來(lái)源:界面新聞

文 | 孟俊華  郭梓頔  王進(jìn)

儲(chǔ)能,特別是新型儲(chǔ)能,是當(dāng)前最高頻也最具爭(zhēng)議的能源用詞。

跟隨全球碳中和步伐,以風(fēng)光為代表的新能源進(jìn)入了發(fā)展快車(chē)道。但風(fēng)光發(fā)電的隨機(jī)性、間歇性和波動(dòng)性(下稱(chēng)“三性”),使得儲(chǔ)能在整個(gè)電力系統(tǒng)中的作用愈加凸顯,不再僅僅是傳統(tǒng)電力體制下“長(zhǎng)江中的幾桶水”。

新型儲(chǔ)能憑借其布局、規(guī)模等方面的靈活性與新能源形成了高度互補(bǔ),因而隨著風(fēng)光等新能源的規(guī)模及比例不斷攀升,新型儲(chǔ)能的蓬勃發(fā)展也勢(shì)在必行。

目前,新型儲(chǔ)能產(chǎn)品眾多,各種技術(shù)路線(xiàn)“各顯神通”,但以鋰離子電池為代表的電化學(xué)儲(chǔ)能在市場(chǎng)上遙遙領(lǐng)先。

業(yè)界一直比較糾結(jié)的問(wèn)題是,全世界實(shí)現(xiàn)碳中和,不管是在2050年還是在2060年,全球究竟需要多少風(fēng)光電?又需要多少新型儲(chǔ)能,特別是電化學(xué)儲(chǔ)能?

新型儲(chǔ)能因何而起?

新型儲(chǔ)能是指除抽水蓄能以外的各種儲(chǔ)能方式。雖然存在著多種技術(shù)路線(xiàn)和多樣化的產(chǎn)品,但以鋰離子電池為代表的電化學(xué)儲(chǔ)能占比最高。

未來(lái),新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建,將以風(fēng)光發(fā)電為主體,而風(fēng)光發(fā)電的“三性”決定了新型電力系統(tǒng)將大比例依賴(lài)于新型儲(chǔ)能。

(一)如何定義新型儲(chǔ)能?

理解新型儲(chǔ)能概念

新型儲(chǔ)能是指除抽水蓄能外,以輸出電力為主要形式并對(duì)外提供服務(wù)的儲(chǔ)能技術(shù),具有建設(shè)周期短、布局靈活、響應(yīng)速度快等優(yōu)勢(shì)。作為新能源發(fā)電的重要輔助手段,它改變了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)即發(fā)即用的方式,具有調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓等多項(xiàng)功能。由于其在促進(jìn)新能源開(kāi)發(fā)消納和維護(hù)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定方面的重要作用,而被譽(yù)為新能源的“穩(wěn)定器”、能源供應(yīng)的“蓄水池”、電力系統(tǒng)的“充電寶”和“壓艙石”等。

新型儲(chǔ)能技術(shù)路線(xiàn)

新型儲(chǔ)能發(fā)展呈現(xiàn)出多種技術(shù)路線(xiàn),這些路線(xiàn)大體上可以劃分為電化學(xué)儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能、機(jī)械儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能以及化學(xué)儲(chǔ)能等(見(jiàn)下圖)。

圖1-1  新型儲(chǔ)能技術(shù)路線(xiàn)圖譜

上述多種儲(chǔ)能技術(shù)路線(xiàn)并存,相關(guān)的儲(chǔ)能產(chǎn)品也各具優(yōu)勢(shì),但以鋰離子電池為代表的電化學(xué)儲(chǔ)能在當(dāng)前的市場(chǎng)上占比最高。

根據(jù)中關(guān)村儲(chǔ)能技術(shù)聯(lián)盟(下稱(chēng)CNESA)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),2023各種技術(shù)在新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模中的占比如圖1-21-3所示。

圖1-2  2023年各種技術(shù)在中國(guó)新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模中的占比

在中國(guó)和全球新型儲(chǔ)能市場(chǎng),鋰離子電池儲(chǔ)能遙遙領(lǐng)先。在中國(guó),鋰離子電池儲(chǔ)能的占比達(dá)到了95.53%。

圖1-3  2023年各種技術(shù)在全球新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模中的占比

(二)為何發(fā)展新型儲(chǔ)能?

風(fēng)光發(fā)電“三性”需要儲(chǔ)能

電能是一種即發(fā)即用的能量,需要發(fā)電側(cè)和用電側(cè)保持實(shí)時(shí)平衡。

與傳統(tǒng)火電的可調(diào)節(jié)性相比,風(fēng)光發(fā)電呈現(xiàn)顯著的“三性”特征,從而給電能的實(shí)時(shí)平衡帶來(lái)了致命威脅。也就是說(shuō),風(fēng)光發(fā)電“靠天吃飯”,很容易因風(fēng)光資源的不穩(wěn)定,或產(chǎn)生電力供應(yīng)不足問(wèn)題,或產(chǎn)生“棄風(fēng)棄光”等消納不足問(wèn)題。于是,十分有必要配置相應(yīng)的儲(chǔ)能設(shè)備,當(dāng)發(fā)電側(cè)功率過(guò)高時(shí),將多余的電量?jī)?chǔ)存起來(lái);當(dāng)用電負(fù)荷過(guò)高時(shí),將此前儲(chǔ)存的電能釋放出來(lái)。

新型電力系統(tǒng)需要儲(chǔ)能

隨著風(fēng)光發(fā)電滲透率的不斷提高,電力系統(tǒng)的供需平衡和穩(wěn)定運(yùn)行遇到了前所未有的挑戰(zhàn)。為了平抑電網(wǎng)的波動(dòng)性,優(yōu)化電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力,作為風(fēng)光發(fā)電重要輔助手段的儲(chǔ)能變得愈發(fā)重要。

整個(gè)電力系統(tǒng)正從傳統(tǒng)的“源-網(wǎng)-荷”單向傳導(dǎo),轉(zhuǎn)化到新型的“源-網(wǎng)--儲(chǔ)”雙向和多向耦合,儲(chǔ)能正在成為系統(tǒng)中不可或缺的一環(huán)。隨著新能源的大規(guī)模應(yīng)用,以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的建設(shè)加快,儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展勢(shì)不可當(dāng)。

傳統(tǒng)儲(chǔ)能方式存在局限

雖然抽水蓄能憑借其技術(shù)成熟、安全性高、儲(chǔ)能容量大、轉(zhuǎn)換效率好、運(yùn)行壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)成為目前最主要的儲(chǔ)能方式,但其對(duì)地理?xiàng)l件的要求比較嚴(yán)格,水庫(kù)的建設(shè)周期也比較長(zhǎng)。

相比較,新型儲(chǔ)能選址更為靈活,建設(shè)周期更短,響應(yīng)速度更靈活,與新能源消納匹配性更好,對(duì)電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)優(yōu)化有更多場(chǎng)景。

全球風(fēng)光多大潛力?

全球?qū)崿F(xiàn)碳中和,風(fēng)光為主的新能源將擔(dān)當(dāng)電力能源的主力。

沿襲《光伏大戰(zhàn):如何越過(guò)“萬(wàn)重山”到達(dá)彼岸?》的分類(lèi)和預(yù)測(cè)方法,我們將全球風(fēng)光需求分為三個(gè)板塊:中國(guó)、發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)濟(jì)體、其他發(fā)展中國(guó)家經(jīng)濟(jì)體,并對(duì)基本假設(shè)做了一些調(diào)整。

(一)基本假設(shè)

全社會(huì)用電量

1、中國(guó)。隨著通訊基站、數(shù)據(jù)中心、人工智能等高耗電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及電動(dòng)汽車(chē)等的逐步普及,作為制造業(yè)大國(guó)的中國(guó),不僅工商業(yè)用電會(huì)不斷增加,居民用電也會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)。為此,我們假設(shè)中國(guó)的全社會(huì)用電量按復(fù)合年均增長(zhǎng)率3%增長(zhǎng),以國(guó)家能源局公布的2023年全社會(huì)用電量為基礎(chǔ)(《光伏大戰(zhàn):如何越過(guò)“萬(wàn)重山”到達(dá)彼岸?》中以2019年作為基數(shù)),估算中國(guó)2060年的全社會(huì)用電量。

2、發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)濟(jì)體。其經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)雖然表現(xiàn)為與能源消耗總量弱相關(guān),但近年來(lái)興起的數(shù)據(jù)中心和人工智能等卻是高耗能產(chǎn)業(yè)??紤]到當(dāng)前發(fā)達(dá)國(guó)家的人均發(fā)電量已超過(guò)8000千瓦時(shí)/年,我們假設(shè)到2060年其人均用電量會(huì)增加到12000千瓦時(shí)/年,為《光伏大戰(zhàn):如何越過(guò)“萬(wàn)重山”到達(dá)彼岸?》中假設(shè)的2倍。

3其他發(fā)展中國(guó)家經(jīng)濟(jì)體。除中國(guó)以外的其他發(fā)展中國(guó)家,部分國(guó)家目前還處于缺電狀態(tài),且總體上的人均發(fā)電量尚不足2000千瓦時(shí)/年。為此,我們假設(shè),到2060年其人均用電量將達(dá)到6000千瓦時(shí)/年,也是《光伏大戰(zhàn):如何越過(guò)“萬(wàn)重山”到達(dá)彼岸?》中假設(shè)的2倍。

我們進(jìn)一步假設(shè),中國(guó)、發(fā)達(dá)國(guó)家及其他發(fā)展中國(guó)家的人口規(guī)模,在2023-2060年之間保持基本穩(wěn)定。人口數(shù)據(jù)和經(jīng)濟(jì)體范圍界定來(lái)源于聯(lián)合國(guó)(UNWorld Population Prospects 2024,發(fā)電量數(shù)據(jù)來(lái)源于英國(guó)能源研究所(以下簡(jiǎn)稱(chēng)EIStatistical Review of World Energy 2024。

風(fēng)光電比例及利用小時(shí)數(shù)

由于煤炭的高碳排放以及不可再生,煤電將逐步退出主體電源地位。

在清潔能源中,燃?xì)獠豢稍偕覍?duì)外依存度高,核電投資成本較高、建設(shè)周期長(zhǎng)且安全擔(dān)憂(yōu)突出,水電對(duì)地理?xiàng)l件要求嚴(yán)格且開(kāi)發(fā)容量有限。

相比較,風(fēng)光資源更為豐富,風(fēng)光發(fā)電的技術(shù)更成熟、經(jīng)濟(jì)性更好,具備成為未來(lái)主體電源的潛力。與風(fēng)電,尤其是深遠(yuǎn)海風(fēng)電相比,光伏發(fā)電的成本和施工要求更低,而且陽(yáng)光撒向地球各個(gè)角落,其增長(zhǎng)潛力無(wú)限。  

基于上述分析,我們假設(shè),2060年中國(guó)及全球碳中和時(shí),中國(guó)、發(fā)達(dá)國(guó)家以及其他發(fā)展中國(guó)家,光伏發(fā)電量應(yīng)占全社會(huì)用電量的50%,風(fēng)力發(fā)電量應(yīng)占全社會(huì)用電量的20%。

表2-1  風(fēng)光發(fā)電可利用小時(shí)數(shù)(單位:小時(shí)/年)來(lái)源:中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)2014-2024年《全國(guó)電力供需形勢(shì)分析預(yù)測(cè)報(bào)告》

根據(jù)以上報(bào)告統(tǒng)計(jì),我們假設(shè),未來(lái)光伏發(fā)電可利用小時(shí)數(shù)為1200小時(shí)/年,風(fēng)力發(fā)電為2000小時(shí)/年,具體如表2-1所示。

發(fā)電設(shè)備增速及更新周期

不考慮淘汰更新,假設(shè)從2024年到2060年,風(fēng)光發(fā)電裝機(jī)需求會(huì)以均勻速度變化。

另外,假設(shè)風(fēng)光發(fā)電設(shè)備淘汰更新周期為25年。估算設(shè)備更新所需的 2010-2023年中國(guó)、發(fā)達(dá)國(guó)家及其他發(fā)展中國(guó)家的累計(jì)風(fēng)光裝機(jī)容量數(shù)據(jù),來(lái)源于EI Statistical Review of World Energy 2024。

(二)預(yù)測(cè)結(jié)果

我們以新增風(fēng)光裝機(jī)容量來(lái)表示風(fēng)光發(fā)電裝機(jī)需求。根據(jù)以上假設(shè),2060 年,中國(guó)、發(fā)達(dá)國(guó)家及其他發(fā)展中國(guó)家的風(fēng)光累計(jì)裝機(jī)需求及年均增長(zhǎng)率預(yù)測(cè)結(jié)果如表2-2所示。

表2-2  風(fēng)光累計(jì)裝機(jī)需求及年均增長(zhǎng)率預(yù)測(cè)

進(jìn)一步的,中國(guó)、發(fā)達(dá)國(guó)家以及其他發(fā)展中國(guó)家的光伏、風(fēng)電裝機(jī)需求預(yù)測(cè)結(jié)果如圖2-12-6所示。

根據(jù)圖2-1和圖2-2,中國(guó)的光電裝機(jī)需求會(huì)隨著時(shí)間的推移而不斷增加,但風(fēng)電裝機(jī)需求會(huì)隨著時(shí)間的推移而不斷減少。

圖2-1 中國(guó)光電裝機(jī)需求預(yù)測(cè)

光電新增裝機(jī)在2024年達(dá)到220 GW,到2060年可到2024年的1.7-2.9倍;風(fēng)電新增裝機(jī)在2024年達(dá)到75 GW,到2060年可到2024年的0.7-1.6倍??梢?jiàn),近兩年風(fēng)電發(fā)展勢(shì)頭迅猛,后續(xù)的發(fā)展步伐會(huì)逐步放緩。

圖2-2 中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)需求預(yù)測(cè)

根據(jù)圖2-3和圖2-4,與中國(guó)略微不同,發(fā)達(dá)國(guó)家的光電、風(fēng)電裝機(jī)需求均呈現(xiàn)出了不斷增加的趨勢(shì)。

圖2-3 發(fā)達(dá)國(guó)家光電裝機(jī)需求預(yù)測(cè)

發(fā)達(dá)國(guó)家光電裝機(jī)需求在2024年達(dá)93 GW,到2060年預(yù)計(jì)增加到2024年的2.6-4倍;其風(fēng)電裝機(jī)需求在2024年達(dá)27 GW,到2060年預(yù)計(jì)增加到2024年的1.2-2.2倍。

圖2-4 發(fā)達(dá)國(guó)家風(fēng)電裝機(jī)需求預(yù)測(cè)

根據(jù)圖2-5和圖2-6,與發(fā)達(dá)國(guó)家相同,其他發(fā)展中國(guó)家的光電、風(fēng)電裝機(jī)需求也在不斷增加,其增加趨勢(shì)更為明顯。

圖2-5 其他發(fā)展中國(guó)家光電裝機(jī)需求預(yù)測(cè)

其他發(fā)展中國(guó)家2024年光電新增裝機(jī)預(yù)計(jì)可達(dá)42 GW,到2060年至少增加到2024年的28.6倍;風(fēng)電裝機(jī)在2024年可達(dá)14 GW,到2060年至少增加到2024年的17.4倍。

可見(jiàn),與中國(guó)和發(fā)達(dá)國(guó)家相比,其他發(fā)展中國(guó)家的光電、風(fēng)電裝機(jī)需求潛力最大,而這主要得益于其較大的人口基數(shù)及當(dāng)前較低的裝機(jī)水平。

圖2-6 其他發(fā)展中國(guó)家風(fēng)電裝機(jī)需求預(yù)測(cè)

將中國(guó)、發(fā)達(dá)國(guó)家以及其他發(fā)展中國(guó)家的光電、風(fēng)電裝機(jī)需求分別進(jìn)行加總,就可以得到2024-2060年全球的光電、風(fēng)電裝機(jī)需求,具體如圖2-7和圖2-8所示。

圖2-7 全球光電裝機(jī)需求預(yù)測(cè)

根據(jù)圖2-7和圖2-8,全球光電、風(fēng)電裝機(jī)需求都處于不斷上升的趨勢(shì),特別是2060年全球光電裝機(jī)需求預(yù)計(jì)達(dá)到2024年的5.1-6.6倍,全球風(fēng)電裝機(jī)需求預(yù)計(jì)達(dá)到2024年的2.8-4倍。

圖2-8 全球風(fēng)電裝機(jī)需求預(yù)測(cè)

新型儲(chǔ)能未來(lái)如何?

全球風(fēng)光發(fā)展空間巨大,配合風(fēng)光新能發(fā)展,新型儲(chǔ)能未來(lái)如何?全球?qū)崿F(xiàn)碳中和,中國(guó)和全球究竟需要多少新型儲(chǔ)能?

(一)基本假設(shè)

 風(fēng)光發(fā)電量占比變化

新型儲(chǔ)能主要解決風(fēng)光發(fā)電的“三性”問(wèn)題,因此,新型儲(chǔ)能應(yīng)該是風(fēng)光發(fā)電需求的一部分,且會(huì)隨著后者的增加而增加。

為此,我們首先對(duì)風(fēng)光發(fā)電量的占比進(jìn)行假設(shè)和估算。

基于國(guó)家統(tǒng)計(jì)局公布的2023年中國(guó)風(fēng)光發(fā)電量和全社會(huì)發(fā)電量數(shù)據(jù),再結(jié)合上文對(duì)2060年各發(fā)電量的預(yù)測(cè),我們估算出風(fēng)光發(fā)電的年均復(fù)合增長(zhǎng)率分別為5.1%8.9%。以此為基礎(chǔ),中國(guó)風(fēng)光發(fā)電量的占比變化如圖3-1所示。

圖3-1  中國(guó)風(fēng)光發(fā)電量占比變化

同樣,按照估算中國(guó)風(fēng)光發(fā)電量占比的方法,我們以EI Statistical Review of World Energy 2024中的2023年世界風(fēng)光發(fā)電量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),估算出全球風(fēng)光發(fā)電的年均復(fù)合增長(zhǎng)率分別為5.2%8.8%。以此為基礎(chǔ),全球風(fēng)光發(fā)電量的占比變化如圖3-2所示。

圖3-2  全球風(fēng)光發(fā)電量占比變化

新型儲(chǔ)能裝機(jī)需求占比變化

2023年,中國(guó)風(fēng)光發(fā)電量占總發(fā)電量的比例為15.5%,基于CNESA的新型儲(chǔ)能數(shù)據(jù)以及EI統(tǒng)計(jì)的風(fēng)光裝機(jī)數(shù)據(jù),我們發(fā)現(xiàn),中國(guó)新型儲(chǔ)能新增裝機(jī)容量占風(fēng)光新增裝機(jī)容量的比例為7.3%。

考慮到新型儲(chǔ)能需求會(huì)隨著風(fēng)光發(fā)電比例的增加而增加,我們假設(shè)中國(guó)風(fēng)光發(fā)電量占比與新型儲(chǔ)能裝機(jī)容量占比的關(guān)系如表3-1所示,且后者在各區(qū)間內(nèi)勻速增加。

表3-1  中國(guó)風(fēng)光發(fā)電量占比與其新型儲(chǔ)能裝機(jī)容量占比關(guān)系

2023年,全球風(fēng)光發(fā)電量所占比例為13.3%,同樣基于CNESAEI的相關(guān)數(shù)據(jù),我們發(fā)現(xiàn)全球新型儲(chǔ)能新增裝機(jī)容量所占比例為10%同樣考慮到全球新型儲(chǔ)能需求與其風(fēng)光發(fā)電需求的密切關(guān)系,我們進(jìn)行了如表3-2的假設(shè)。

表3-2  全球風(fēng)光發(fā)電量占比與其新型儲(chǔ)能裝機(jī)容量占比

儲(chǔ)能設(shè)備增速及更新周期

與風(fēng)光裝機(jī)需求預(yù)測(cè)一樣,我們假設(shè)在不考慮設(shè)備更新時(shí),新型儲(chǔ)能的裝機(jī)需求是以均勻速度變化的。

關(guān)于新型儲(chǔ)能設(shè)備的更新周期,我們假設(shè)為20年。估算設(shè)備更新所需的2020-2023新型儲(chǔ)能裝機(jī)容量數(shù)據(jù)來(lái)源于CNESA

(二)預(yù)測(cè)結(jié)果

與風(fēng)光裝機(jī)需求類(lèi)似,新型儲(chǔ)能裝機(jī)需求也由其新增裝機(jī)容量來(lái)表示。以含更新的風(fēng)光新增裝機(jī)容量為預(yù)測(cè)基礎(chǔ),中國(guó)和全球的新型儲(chǔ)能裝機(jī)需求預(yù)測(cè)結(jié)果如圖3-3和圖3-4所示。

圖3-3  中國(guó)新型儲(chǔ)能裝機(jī)需求預(yù)測(cè)

2024年到2060年,不論是中國(guó)還是全球,新型儲(chǔ)能裝機(jī)需求都隨著時(shí)間的推移而不斷增加。特別是到了2060年,即使不考慮更新,中國(guó)的新型儲(chǔ)能裝機(jī)需求也會(huì)達(dá)到228 GW,約為2024年的10倍;全球的新型儲(chǔ)能裝機(jī)需求則會(huì)達(dá)到837 GW,約為2024年的17.3倍。

如果考慮更新,中國(guó)的新型儲(chǔ)能裝機(jī)需求將達(dá)到285 GW,約為2024年的12.5倍;全球的新型儲(chǔ)能裝機(jī)需求將達(dá)到961 GW,約為2024年的19.9倍。

圖3-4  全球新型儲(chǔ)能裝機(jī)需求預(yù)測(cè)

電化學(xué)儲(chǔ)能需多少?

既然電化學(xué)儲(chǔ)能在新型儲(chǔ)能中的領(lǐng)先地位在短期內(nèi)難以撼動(dòng),那么 2024-2060年中國(guó)和全球需要多少電化學(xué)儲(chǔ)能?

(一)基本假設(shè)

 電化學(xué)儲(chǔ)能占比情況

基于CNESA相關(guān)數(shù)據(jù),我們發(fā)現(xiàn)2023年中國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)容量在新型儲(chǔ)能裝機(jī)容量中的占比達(dá)到97%以上,全球電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)容量的占比則將近95%。具體如圖4-1所示。

圖4-1  中國(guó)和全球電化學(xué)儲(chǔ)能在新型儲(chǔ)能中的占比情況

考慮到新型儲(chǔ)能中的其它技術(shù)也在快速發(fā)展,我們假設(shè)2024-2060年中國(guó)和全球的電化學(xué)儲(chǔ)能占比均會(huì)勻速下降到80%

 儲(chǔ)能設(shè)備增速及更新周期

與風(fēng)光裝機(jī)需求預(yù)測(cè)一樣,我們假設(shè)在不考慮設(shè)備更新時(shí),電化學(xué)儲(chǔ)能的裝機(jī)需求是以均勻速度變化的。

關(guān)于電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)備的更新周期,我們假設(shè)為20年。估算設(shè)備更新所需的2020-2023電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)容量數(shù)據(jù)來(lái)源于CNESA。

(二)預(yù)測(cè)結(jié)果

與新型儲(chǔ)能裝機(jī)需求類(lèi)似,我們用電化學(xué)儲(chǔ)能的新增裝機(jī)容量來(lái)表示其裝機(jī)需求。以含更新的新型儲(chǔ)能新增裝機(jī)容量為預(yù)測(cè)基礎(chǔ),中國(guó)和全球的電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)需求預(yù)測(cè)結(jié)果如圖4-2和圖4-3所示。

圖4-2  中國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)需求預(yù)測(cè)

從圖中可以看出,中國(guó)的電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)需求將從2024年的22 GW增加到2060年的228 GW,大約增加了9.4倍。如果考慮設(shè)備更新,2060年的需求量將達(dá)到279 GW,大約相當(dāng)于2024年的12.7倍。

圖4-3  全球電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)需求預(yù)測(cè)

與中國(guó)類(lèi)似,全球的電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)需求也在不斷增加。即使不考慮設(shè)備更新,該數(shù)據(jù)也從2024年的46 GW增加到了2060年的769 GW;如果考慮設(shè)備更新,該數(shù)據(jù)則從46 GW增加到了878 GW。由此可見(jiàn),全球電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)需求在2024-2060年之間至少增加了15.7倍。

2060年全球?qū)崿F(xiàn)碳中和為目標(biāo),以中國(guó)、發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)濟(jì)體和其他發(fā)展中國(guó)家經(jīng)濟(jì)體所用電量為依據(jù),不考慮其他低碳或零碳能源技術(shù)可能取得重大突破并廣泛應(yīng)用(如核聚變),我們將光伏和風(fēng)電作為未來(lái)的主體電源,按照簡(jiǎn)單的勻速增長(zhǎng),對(duì)2024-2060年三大經(jīng)濟(jì)體乃至全球的光伏、風(fēng)電、新型儲(chǔ)能及電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)需求進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

根據(jù)預(yù)測(cè),到2060年,考慮淘汰更新,全球光電新增裝機(jī)將達(dá)2330 GW,為2024年的6倍以上;全球風(fēng)電新增裝機(jī)將達(dá)460 GW,為2024年的4倍左右;全球新型儲(chǔ)能新增裝機(jī)將超960 GW,為202420倍左右;全球電化學(xué)儲(chǔ)能新增裝機(jī)將近880 GW,為2024年的19倍之多。

未來(lái)很豐滿(mǎn),現(xiàn)實(shí)很骨感。

當(dāng)前,是不是存在光伏和新型儲(chǔ)能產(chǎn)能?chē)?yán)重過(guò)剩?我們?cè)凇豆夥髴?zhàn):如何越過(guò)“萬(wàn)重山”到達(dá)彼岸?》中測(cè)算了光伏產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)能過(guò)剩,儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)是否過(guò)剩,過(guò)剩多少,《儲(chǔ)能大戰(zhàn)② :制造產(chǎn)能爆發(fā),產(chǎn)能過(guò)剩嚴(yán)重?》將給出答案。

(本文經(jīng)作者授權(quán)發(fā)布,僅代表作者觀點(diǎn)。作者單位為國(guó)合洲際能源咨詢(xún)?cè)?。該機(jī)構(gòu)專(zhuān)注于石油、天然氣、煤炭、電力、可再生能源及氣候變化等相關(guān)領(lǐng)域的深度研究、評(píng)估和咨詢(xún)。實(shí)習(xí)生陳思睿為課題研究和本文提供了數(shù)據(jù)和測(cè)算支持。)

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全球?qū)崿F(xiàn)中和,風(fēng)光儲(chǔ)需多少?| 儲(chǔ)能大戰(zhàn)①

根據(jù)預(yù)測(cè),到2060年,全球光電新增裝機(jī)將達(dá)2330 GW,風(fēng)電新增裝機(jī)460 GW,新型儲(chǔ)能新增裝機(jī)超960 GW。

圖片來(lái)源:界面新聞

文 | 孟俊華  郭梓頔  王進(jìn)

儲(chǔ)能,特別是新型儲(chǔ)能,是當(dāng)前最高頻也最具爭(zhēng)議的能源用詞。

跟隨全球碳中和步伐,以風(fēng)光為代表的新能源進(jìn)入了發(fā)展快車(chē)道。但風(fēng)光發(fā)電的隨機(jī)性、間歇性和波動(dòng)性(下稱(chēng)“三性”),使得儲(chǔ)能在整個(gè)電力系統(tǒng)中的作用愈加凸顯,不再僅僅是傳統(tǒng)電力體制下“長(zhǎng)江中的幾桶水”。

新型儲(chǔ)能憑借其布局、規(guī)模等方面的靈活性與新能源形成了高度互補(bǔ),因而隨著風(fēng)光等新能源的規(guī)模及比例不斷攀升,新型儲(chǔ)能的蓬勃發(fā)展也勢(shì)在必行。

目前,新型儲(chǔ)能產(chǎn)品眾多,各種技術(shù)路線(xiàn)“各顯神通”,但以鋰離子電池為代表的電化學(xué)儲(chǔ)能在市場(chǎng)上遙遙領(lǐng)先。

業(yè)界一直比較糾結(jié)的問(wèn)題是,全世界實(shí)現(xiàn)碳中和,不管是在2050年還是在2060年,全球究竟需要多少風(fēng)光電?又需要多少新型儲(chǔ)能,特別是電化學(xué)儲(chǔ)能?

新型儲(chǔ)能因何而起?

新型儲(chǔ)能是指除抽水蓄能以外的各種儲(chǔ)能方式。雖然存在著多種技術(shù)路線(xiàn)和多樣化的產(chǎn)品,但以鋰離子電池為代表的電化學(xué)儲(chǔ)能占比最高。

未來(lái),新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建,將以風(fēng)光發(fā)電為主體,而風(fēng)光發(fā)電的“三性”決定了新型電力系統(tǒng)將大比例依賴(lài)于新型儲(chǔ)能。

(一)如何定義新型儲(chǔ)能

理解新型儲(chǔ)能概念

新型儲(chǔ)能是指除抽水蓄能外,以輸出電力為主要形式并對(duì)外提供服務(wù)的儲(chǔ)能技術(shù),具有建設(shè)周期短、布局靈活、響應(yīng)速度快等優(yōu)勢(shì)。作為新能源發(fā)電的重要輔助手段,它改變了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)即發(fā)即用的方式,具有調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓等多項(xiàng)功能。由于其在促進(jìn)新能源開(kāi)發(fā)消納和維護(hù)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定方面的重要作用,而被譽(yù)為新能源的“穩(wěn)定器”、能源供應(yīng)的“蓄水池”、電力系統(tǒng)的“充電寶”和“壓艙石”等。

新型儲(chǔ)能技術(shù)路線(xiàn)

新型儲(chǔ)能發(fā)展呈現(xiàn)出多種技術(shù)路線(xiàn),這些路線(xiàn)大體上可以劃分為電化學(xué)儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能、機(jī)械儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能以及化學(xué)儲(chǔ)能等(見(jiàn)下圖)。

圖1-1  新型儲(chǔ)能技術(shù)路線(xiàn)圖譜

上述多種儲(chǔ)能技術(shù)路線(xiàn)并存,相關(guān)的儲(chǔ)能產(chǎn)品也各具優(yōu)勢(shì),但以鋰離子電池為代表的電化學(xué)儲(chǔ)能在當(dāng)前的市場(chǎng)上占比最高。

根據(jù)中關(guān)村儲(chǔ)能技術(shù)聯(lián)盟(下稱(chēng)CNESA)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),2023各種技術(shù)在新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模中的占比如圖1-21-3所示。

圖1-2  2023年各種技術(shù)在中國(guó)新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模中的占比

在中國(guó)和全球新型儲(chǔ)能市場(chǎng),鋰離子電池儲(chǔ)能遙遙領(lǐng)先。在中國(guó),鋰離子電池儲(chǔ)能的占比達(dá)到了95.53%。

圖1-3  2023年各種技術(shù)在全球新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模中的占比

(二)為何發(fā)展新型儲(chǔ)能?

風(fēng)光發(fā)電“三性”需要儲(chǔ)能

電能是一種即發(fā)即用的能量,需要發(fā)電側(cè)和用電側(cè)保持實(shí)時(shí)平衡。

與傳統(tǒng)火電的可調(diào)節(jié)性相比,風(fēng)光發(fā)電呈現(xiàn)顯著的“三性”特征,從而給電能的實(shí)時(shí)平衡帶來(lái)了致命威脅。也就是說(shuō),風(fēng)光發(fā)電“靠天吃飯”,很容易因風(fēng)光資源的不穩(wěn)定,或產(chǎn)生電力供應(yīng)不足問(wèn)題,或產(chǎn)生“棄風(fēng)棄光”等消納不足問(wèn)題。于是,十分有必要配置相應(yīng)的儲(chǔ)能設(shè)備,當(dāng)發(fā)電側(cè)功率過(guò)高時(shí),將多余的電量?jī)?chǔ)存起來(lái);當(dāng)用電負(fù)荷過(guò)高時(shí),將此前儲(chǔ)存的電能釋放出來(lái)。

新型電力系統(tǒng)需要儲(chǔ)能

隨著風(fēng)光發(fā)電滲透率的不斷提高,電力系統(tǒng)的供需平衡和穩(wěn)定運(yùn)行遇到了前所未有的挑戰(zhàn)。為了平抑電網(wǎng)的波動(dòng)性,優(yōu)化電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力,作為風(fēng)光發(fā)電重要輔助手段的儲(chǔ)能變得愈發(fā)重要。

整個(gè)電力系統(tǒng)正從傳統(tǒng)的“源-網(wǎng)-荷”單向傳導(dǎo),轉(zhuǎn)化到新型的“源-網(wǎng)--儲(chǔ)”雙向和多向耦合,儲(chǔ)能正在成為系統(tǒng)中不可或缺的一環(huán)。隨著新能源的大規(guī)模應(yīng)用,以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的建設(shè)加快,儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展勢(shì)不可當(dāng)。

傳統(tǒng)儲(chǔ)能方式存在局限

雖然抽水蓄能憑借其技術(shù)成熟、安全性高、儲(chǔ)能容量大、轉(zhuǎn)換效率好、運(yùn)行壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)成為目前最主要的儲(chǔ)能方式,但其對(duì)地理?xiàng)l件的要求比較嚴(yán)格,水庫(kù)的建設(shè)周期也比較長(zhǎng)。

相比較,新型儲(chǔ)能選址更為靈活,建設(shè)周期更短,響應(yīng)速度更靈活,與新能源消納匹配性更好,對(duì)電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)優(yōu)化有更多場(chǎng)景。

全球風(fēng)光多大潛力?

全球?qū)崿F(xiàn)碳中和,風(fēng)光為主的新能源將擔(dān)當(dāng)電力能源的主力。

沿襲《光伏大戰(zhàn):如何越過(guò)“萬(wàn)重山”到達(dá)彼岸?》的分類(lèi)和預(yù)測(cè)方法,我們將全球風(fēng)光需求分為三個(gè)板塊:中國(guó)、發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)濟(jì)體、其他發(fā)展中國(guó)家經(jīng)濟(jì)體,并對(duì)基本假設(shè)做了一些調(diào)整。

(一)基本假設(shè)

全社會(huì)用電量

1、中國(guó)。隨著通訊基站、數(shù)據(jù)中心、人工智能等高耗電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及電動(dòng)汽車(chē)等的逐步普及,作為制造業(yè)大國(guó)的中國(guó),不僅工商業(yè)用電會(huì)不斷增加,居民用電也會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)。為此,我們假設(shè)中國(guó)的全社會(huì)用電量按復(fù)合年均增長(zhǎng)率3%增長(zhǎng),以國(guó)家能源局公布的2023年全社會(huì)用電量為基礎(chǔ)(《光伏大戰(zhàn):如何越過(guò)“萬(wàn)重山”到達(dá)彼岸?》中以2019年作為基數(shù)),估算中國(guó)2060年的全社會(huì)用電量。

2發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)濟(jì)體。其經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)雖然表現(xiàn)為與能源消耗總量弱相關(guān),但近年來(lái)興起的數(shù)據(jù)中心和人工智能等卻是高耗能產(chǎn)業(yè)??紤]到當(dāng)前發(fā)達(dá)國(guó)家的人均發(fā)電量已超過(guò)8000千瓦時(shí)/年,我們假設(shè)到2060年其人均用電量會(huì)增加到12000千瓦時(shí)/年,為《光伏大戰(zhàn):如何越過(guò)“萬(wàn)重山”到達(dá)彼岸?》中假設(shè)的2倍。

3、其他發(fā)展中國(guó)家經(jīng)濟(jì)體。除中國(guó)以外的其他發(fā)展中國(guó)家,部分國(guó)家目前還處于缺電狀態(tài),且總體上的人均發(fā)電量尚不足2000千瓦時(shí)/年。為此,我們假設(shè),到2060年其人均用電量將達(dá)到6000千瓦時(shí)/年,也是《光伏大戰(zhàn):如何越過(guò)“萬(wàn)重山”到達(dá)彼岸?》中假設(shè)的2倍。

我們進(jìn)一步假設(shè),中國(guó)、發(fā)達(dá)國(guó)家及其他發(fā)展中國(guó)家的人口規(guī)模,在2023-2060年之間保持基本穩(wěn)定。人口數(shù)據(jù)和經(jīng)濟(jì)體范圍界定來(lái)源于聯(lián)合國(guó)(UNWorld Population Prospects 2024,發(fā)電量數(shù)據(jù)來(lái)源于英國(guó)能源研究所(以下簡(jiǎn)稱(chēng)EIStatistical Review of World Energy 2024。

風(fēng)光電比例及利用小時(shí)數(shù)

由于煤炭的高碳排放以及不可再生,煤電將逐步退出主體電源地位。

在清潔能源中,燃?xì)獠豢稍偕覍?duì)外依存度高,核電投資成本較高、建設(shè)周期長(zhǎng)且安全擔(dān)憂(yōu)突出,水電對(duì)地理?xiàng)l件要求嚴(yán)格且開(kāi)發(fā)容量有限。

相比較,風(fēng)光資源更為豐富,風(fēng)光發(fā)電的技術(shù)更成熟、經(jīng)濟(jì)性更好,具備成為未來(lái)主體電源的潛力。與風(fēng)電,尤其是深遠(yuǎn)海風(fēng)電相比,光伏發(fā)電的成本和施工要求更低,而且陽(yáng)光撒向地球各個(gè)角落,其增長(zhǎng)潛力無(wú)限。  

基于上述分析,我們假設(shè),2060年中國(guó)及全球碳中和時(shí),中國(guó)、發(fā)達(dá)國(guó)家以及其他發(fā)展中國(guó)家,光伏發(fā)電量應(yīng)占全社會(huì)用電量的50%,風(fēng)力發(fā)電量應(yīng)占全社會(huì)用電量的20%。

表2-1  風(fēng)光發(fā)電可利用小時(shí)數(shù)(單位:小時(shí)/年)來(lái)源:中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)2014-2024年《全國(guó)電力供需形勢(shì)分析預(yù)測(cè)報(bào)告》

根據(jù)以上報(bào)告統(tǒng)計(jì),我們假設(shè),未來(lái)光伏發(fā)電可利用小時(shí)數(shù)為1200小時(shí)/年,風(fēng)力發(fā)電為2000小時(shí)/年,具體如表2-1所示。

發(fā)電設(shè)備增速及更新周期

不考慮淘汰更新,假設(shè)從2024年到2060年,風(fēng)光發(fā)電裝機(jī)需求會(huì)以均勻速度變化。

另外,假設(shè)風(fēng)光發(fā)電設(shè)備淘汰更新周期為25年。估算設(shè)備更新所需的 2010-2023年中國(guó)、發(fā)達(dá)國(guó)家及其他發(fā)展中國(guó)家的累計(jì)風(fēng)光裝機(jī)容量數(shù)據(jù),來(lái)源于EI Statistical Review of World Energy 2024

(二)預(yù)測(cè)結(jié)果

我們以新增風(fēng)光裝機(jī)容量來(lái)表示風(fēng)光發(fā)電裝機(jī)需求。根據(jù)以上假設(shè),2060 年,中國(guó)、發(fā)達(dá)國(guó)家及其他發(fā)展中國(guó)家的風(fēng)光累計(jì)裝機(jī)需求及年均增長(zhǎng)率預(yù)測(cè)結(jié)果如表2-2所示。

表2-2  風(fēng)光累計(jì)裝機(jī)需求及年均增長(zhǎng)率預(yù)測(cè)

進(jìn)一步的,中國(guó)、發(fā)達(dá)國(guó)家以及其他發(fā)展中國(guó)家的光伏、風(fēng)電裝機(jī)需求預(yù)測(cè)結(jié)果如圖2-12-6所示。

根據(jù)圖2-1和圖2-2,中國(guó)的光電裝機(jī)需求會(huì)隨著時(shí)間的推移而不斷增加,但風(fēng)電裝機(jī)需求會(huì)隨著時(shí)間的推移而不斷減少。

圖2-1 中國(guó)光電裝機(jī)需求預(yù)測(cè)

光電新增裝機(jī)在2024年達(dá)到220 GW,到2060年可到2024年的1.7-2.9倍;風(fēng)電新增裝機(jī)在2024年達(dá)到75 GW,到2060年可到2024年的0.7-1.6倍??梢?jiàn),近兩年風(fēng)電發(fā)展勢(shì)頭迅猛,后續(xù)的發(fā)展步伐會(huì)逐步放緩。

圖2-2 中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)需求預(yù)測(cè)

根據(jù)圖2-3和圖2-4,與中國(guó)略微不同,發(fā)達(dá)國(guó)家的光電、風(fēng)電裝機(jī)需求均呈現(xiàn)出了不斷增加的趨勢(shì)。

圖2-3 發(fā)達(dá)國(guó)家光電裝機(jī)需求預(yù)測(cè)

發(fā)達(dá)國(guó)家光電裝機(jī)需求在2024年達(dá)93 GW,到2060年預(yù)計(jì)增加到2024年的2.6-4倍;其風(fēng)電裝機(jī)需求在2024年達(dá)27 GW,到2060年預(yù)計(jì)增加到2024年的1.2-2.2倍。

圖2-4 發(fā)達(dá)國(guó)家風(fēng)電裝機(jī)需求預(yù)測(cè)

根據(jù)圖2-5和圖2-6,與發(fā)達(dá)國(guó)家相同,其他發(fā)展中國(guó)家的光電、風(fēng)電裝機(jī)需求也在不斷增加,其增加趨勢(shì)更為明顯。

圖2-5 其他發(fā)展中國(guó)家光電裝機(jī)需求預(yù)測(cè)

其他發(fā)展中國(guó)家2024年光電新增裝機(jī)預(yù)計(jì)可達(dá)42 GW,到2060年至少增加到2024年的28.6倍;風(fēng)電裝機(jī)在2024年可達(dá)14 GW,到2060年至少增加到2024年的17.4倍。

可見(jiàn),與中國(guó)和發(fā)達(dá)國(guó)家相比,其他發(fā)展中國(guó)家的光電、風(fēng)電裝機(jī)需求潛力最大,而這主要得益于其較大的人口基數(shù)及當(dāng)前較低的裝機(jī)水平。

圖2-6 其他發(fā)展中國(guó)家風(fēng)電裝機(jī)需求預(yù)測(cè)

將中國(guó)、發(fā)達(dá)國(guó)家以及其他發(fā)展中國(guó)家的光電、風(fēng)電裝機(jī)需求分別進(jìn)行加總,就可以得到2024-2060年全球的光電、風(fēng)電裝機(jī)需求,具體如圖2-7和圖2-8所示。

圖2-7 全球光電裝機(jī)需求預(yù)測(cè)

根據(jù)圖2-7和圖2-8,全球光電、風(fēng)電裝機(jī)需求都處于不斷上升的趨勢(shì),特別是2060年全球光電裝機(jī)需求預(yù)計(jì)達(dá)到2024年的5.1-6.6倍,全球風(fēng)電裝機(jī)需求預(yù)計(jì)達(dá)到2024年的2.8-4倍。

圖2-8 全球風(fēng)電裝機(jī)需求預(yù)測(cè)

新型儲(chǔ)能未來(lái)如何?

全球風(fēng)光發(fā)展空間巨大,配合風(fēng)光新能發(fā)展,新型儲(chǔ)能未來(lái)如何?全球?qū)崿F(xiàn)碳中和,中國(guó)和全球究竟需要多少新型儲(chǔ)能?

(一)基本假設(shè)

 風(fēng)光發(fā)電量占比變化

新型儲(chǔ)能主要解決風(fēng)光發(fā)電的“三性”問(wèn)題,因此,新型儲(chǔ)能應(yīng)該是風(fēng)光發(fā)電需求的一部分,且會(huì)隨著后者的增加而增加。

為此,我們首先對(duì)風(fēng)光發(fā)電量的占比進(jìn)行假設(shè)和估算。

基于國(guó)家統(tǒng)計(jì)局公布的2023年中國(guó)風(fēng)光發(fā)電量和全社會(huì)發(fā)電量數(shù)據(jù),再結(jié)合上文對(duì)2060年各發(fā)電量的預(yù)測(cè),我們估算出風(fēng)光發(fā)電的年均復(fù)合增長(zhǎng)率分別為5.1%8.9%。以此為基礎(chǔ),中國(guó)風(fēng)光發(fā)電量的占比變化如圖3-1所示。

圖3-1  中國(guó)風(fēng)光發(fā)電量占比變化

同樣,按照估算中國(guó)風(fēng)光發(fā)電量占比的方法,我們以EI Statistical Review of World Energy 2024中的2023年世界風(fēng)光發(fā)電量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),估算出全球風(fēng)光發(fā)電的年均復(fù)合增長(zhǎng)率分別為5.2%8.8%。以此為基礎(chǔ),全球風(fēng)光發(fā)電量的占比變化如圖3-2所示。

圖3-2  全球風(fēng)光發(fā)電量占比變化

新型儲(chǔ)能裝機(jī)需求占比變化

2023年,中國(guó)風(fēng)光發(fā)電量占總發(fā)電量的比例為15.5%,基于CNESA的新型儲(chǔ)能數(shù)據(jù)以及EI統(tǒng)計(jì)的風(fēng)光裝機(jī)數(shù)據(jù),我們發(fā)現(xiàn),中國(guó)新型儲(chǔ)能新增裝機(jī)容量占風(fēng)光新增裝機(jī)容量的比例為7.3%。

考慮到新型儲(chǔ)能需求會(huì)隨著風(fēng)光發(fā)電比例的增加而增加,我們假設(shè)中國(guó)風(fēng)光發(fā)電量占比與新型儲(chǔ)能裝機(jī)容量占比的關(guān)系如表3-1所示,且后者在各區(qū)間內(nèi)勻速增加。

表3-1  中國(guó)風(fēng)光發(fā)電量占比與其新型儲(chǔ)能裝機(jī)容量占比關(guān)系

2023年,全球風(fēng)光發(fā)電量所占比例為13.3%,同樣基于CNESAEI的相關(guān)數(shù)據(jù),我們發(fā)現(xiàn)全球新型儲(chǔ)能新增裝機(jī)容量所占比例為10%。同樣考慮到全球新型儲(chǔ)能需求與其風(fēng)光發(fā)電需求的密切關(guān)系,我們進(jìn)行了如表3-2的假設(shè)。

表3-2  全球風(fēng)光發(fā)電量占比與其新型儲(chǔ)能裝機(jī)容量占比

儲(chǔ)能設(shè)備增速及更新周期

與風(fēng)光裝機(jī)需求預(yù)測(cè)一樣,我們假設(shè)在不考慮設(shè)備更新時(shí),新型儲(chǔ)能的裝機(jī)需求是以均勻速度變化的。

關(guān)于新型儲(chǔ)能設(shè)備的更新周期,我們假設(shè)為20年。估算設(shè)備更新所需的2020-2023新型儲(chǔ)能裝機(jī)容量數(shù)據(jù)來(lái)源于CNESA。

(二)預(yù)測(cè)結(jié)果

與風(fēng)光裝機(jī)需求類(lèi)似,新型儲(chǔ)能裝機(jī)需求也由其新增裝機(jī)容量來(lái)表示。以含更新的風(fēng)光新增裝機(jī)容量為預(yù)測(cè)基礎(chǔ),中國(guó)和全球的新型儲(chǔ)能裝機(jī)需求預(yù)測(cè)結(jié)果如圖3-3和圖3-4所示。

圖3-3  中國(guó)新型儲(chǔ)能裝機(jī)需求預(yù)測(cè)

2024年到2060年,不論是中國(guó)還是全球,新型儲(chǔ)能裝機(jī)需求都隨著時(shí)間的推移而不斷增加。特別是到了2060年,即使不考慮更新,中國(guó)的新型儲(chǔ)能裝機(jī)需求也會(huì)達(dá)到228 GW,約為2024年的10倍;全球的新型儲(chǔ)能裝機(jī)需求則會(huì)達(dá)到837 GW,約為2024年的17.3倍。

如果考慮更新,中國(guó)的新型儲(chǔ)能裝機(jī)需求將達(dá)到285 GW,約為2024年的12.5倍;全球的新型儲(chǔ)能裝機(jī)需求將達(dá)到961 GW,約為2024年的19.9倍。

圖3-4  全球新型儲(chǔ)能裝機(jī)需求預(yù)測(cè)

電化學(xué)儲(chǔ)能需多少?

既然電化學(xué)儲(chǔ)能在新型儲(chǔ)能中的領(lǐng)先地位在短期內(nèi)難以撼動(dòng),那么 2024-2060年中國(guó)和全球需要多少電化學(xué)儲(chǔ)能?

(一)基本假設(shè)

 電化學(xué)儲(chǔ)能占比情況

基于CNESA相關(guān)數(shù)據(jù),我們發(fā)現(xiàn)2023年中國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)容量在新型儲(chǔ)能裝機(jī)容量中的占比達(dá)到97%以上,全球電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)容量的占比則將近95%。具體如圖4-1所示。

圖4-1  中國(guó)和全球電化學(xué)儲(chǔ)能在新型儲(chǔ)能中的占比情況

考慮到新型儲(chǔ)能中的其它技術(shù)也在快速發(fā)展,我們假設(shè)2024-2060年中國(guó)和全球的電化學(xué)儲(chǔ)能占比均會(huì)勻速下降到80%。

 儲(chǔ)能設(shè)備增速及更新周期

與風(fēng)光裝機(jī)需求預(yù)測(cè)一樣,我們假設(shè)在不考慮設(shè)備更新時(shí),電化學(xué)儲(chǔ)能的裝機(jī)需求是以均勻速度變化的。

關(guān)于電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)備的更新周期,我們假設(shè)為20年。估算設(shè)備更新所需的2020-2023電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)容量數(shù)據(jù)來(lái)源于CNESA。

(二)預(yù)測(cè)結(jié)果

與新型儲(chǔ)能裝機(jī)需求類(lèi)似,我們用電化學(xué)儲(chǔ)能的新增裝機(jī)容量來(lái)表示其裝機(jī)需求。以含更新的新型儲(chǔ)能新增裝機(jī)容量為預(yù)測(cè)基礎(chǔ),中國(guó)和全球的電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)需求預(yù)測(cè)結(jié)果如圖4-2和圖4-3所示。

圖4-2  中國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)需求預(yù)測(cè)

從圖中可以看出,中國(guó)的電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)需求將從2024年的22 GW增加到2060年的228 GW,大約增加了9.4倍。如果考慮設(shè)備更新,2060年的需求量將達(dá)到279 GW,大約相當(dāng)于2024年的12.7倍。

圖4-3  全球電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)需求預(yù)測(cè)

與中國(guó)類(lèi)似,全球的電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)需求也在不斷增加。即使不考慮設(shè)備更新,該數(shù)據(jù)也從2024年的46 GW增加到了2060年的769 GW;如果考慮設(shè)備更新,該數(shù)據(jù)則從46 GW增加到了878 GW。由此可見(jiàn),全球電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)需求在2024-2060年之間至少增加了15.7倍。

2060年全球?qū)崿F(xiàn)碳中和為目標(biāo),以中國(guó)、發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)濟(jì)體和其他發(fā)展中國(guó)家經(jīng)濟(jì)體所用電量為依據(jù),不考慮其他低碳或零碳能源技術(shù)可能取得重大突破并廣泛應(yīng)用(如核聚變),我們將光伏和風(fēng)電作為未來(lái)的主體電源,按照簡(jiǎn)單的勻速增長(zhǎng),對(duì)2024-2060年三大經(jīng)濟(jì)體乃至全球的光伏、風(fēng)電、新型儲(chǔ)能及電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)需求進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

根據(jù)預(yù)測(cè),到2060年,考慮淘汰更新,全球光電新增裝機(jī)將達(dá)2330 GW,為2024年的6倍以上;全球風(fēng)電新增裝機(jī)將達(dá)460 GW,為2024年的4倍左右;全球新型儲(chǔ)能新增裝機(jī)將超960 GW,為202420倍左右;全球電化學(xué)儲(chǔ)能新增裝機(jī)將近880 GW,為2024年的19倍之多。

未來(lái)很豐滿(mǎn),現(xiàn)實(shí)很骨感。

當(dāng)前,是不是存在光伏和新型儲(chǔ)能產(chǎn)能?chē)?yán)重過(guò)剩?我們?cè)凇豆夥髴?zhàn):如何越過(guò)“萬(wàn)重山”到達(dá)彼岸?》中測(cè)算了光伏產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)能過(guò)剩,儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)是否過(guò)剩,過(guò)剩多少,《儲(chǔ)能大戰(zhàn)② :制造產(chǎn)能爆發(fā),產(chǎn)能過(guò)剩嚴(yán)重?》將給出答案。

(本文經(jīng)作者授權(quán)發(fā)布,僅代表作者觀點(diǎn)。作者單位為國(guó)合洲際能源咨詢(xún)?cè)?。該機(jī)構(gòu)專(zhuān)注于石油、天然氣、煤炭、電力、可再生能源及氣候變化等相關(guān)領(lǐng)域的深度研究、評(píng)估和咨詢(xún)。實(shí)習(xí)生陳思睿為課題研究和本文提供了數(shù)據(jù)和測(cè)算支持。)

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