德國商業化的電能市場

王婷

德國是歐洲最大經濟體，全球國內生產總值第四大國（國際匯率），以及國內生產總值第五大國（購買力平價）。自從工業革命時期以后，德國一直是日益全球化的經濟的先驅、創新者和受益者。德國的經濟政策基于社會市場經濟的概念，是歐盟和歐元區的創始成員之一。憑借其在2012年1.516萬億美元的出口額，德國成為世界第三大出口國；出口額占超過三分之一的國家輸出。在2013年，德國在全球取得了2，700億美元的貿易順差，成為全球最大的資本輸出國。

德國在電能市場上一直遵循“廠網分開”和交易機構獨立原則的電力市場，輸電企業既不可以從事發電業務，也不可成為交易商。

但是，它們依然要負責電網頻率的調度，從而維護電網的穩定性。因此，它們要么得在調頻市場進行電力交易，從而對電網實現充放電；要么得增加硬件投資，例如購買變壓器，或者擴充電網。

調頻市場通過網上公開拍賣的形式進行，而輸電企業可在這里交易未來一段時間內所需的充放電服務。其中，一次調頻市場對技術的要求頗高，它要求服務商能在輸電企業發出調頻需求的30秒鐘之內作出反應。這種實時需求的特性，吸引了電池儲能技術提供商的興趣。

歐洲的一次調頻市場每周進行一次網上拍賣，傳統上來說，發電站會預留一些發電設備，從而為電網提供充放電服務；或者，電力服務公司會整合工業用戶的資源，從而為電網提供充放電的商業化服務。但是，既然輸電企業的電網有充放電的需求，為什么不用電池來實現這項服務呢？

電池儲能提供者在贏得輸電企業標的后，將在未來一周為輸電企業預留足夠電池容量。當這些電池接到輸電企業的充放電指令時，電池設備就可以自動進行相關操作。

伴隨著日益增加的研發投入，作為儲能介質的電池價格大幅降低；與此同時，電網技術亦不斷提高，這讓電池儲能的商業化運作成為可能，進而讓電網得以更好地平衡光伏、太陽能等可再生能源所帶來的波動性，讓可再生能源更大比例地接入電網。

搶灘電網市場

以科技企業Younicos為例，它并非電池生產企業，而是從市場上采購電池，再自行設計軟件系統。這套設備可以將充放電的反應速度提高到200毫秒（即0.2秒）之內。

“除了提高電池反應速度以滿足電網的穩定性要求外，還可以通過軟件設計，以優化電池的工作環境，從而提高電池的壽命。”Younicos公關經理赫瑟曼澤（Philip Hiersemenzel）對媒體表示，“因此，同樣是三星的鋰電池，但考慮到電池在不同工作環境下的狀態差異，三星給了我們20年的電池擔保，遠遠高于它為電動汽車企業提供的擔保期限。”

除了科技新秀Younicos，德國電力電子巨頭博世（Bosch）以及德國能源提供商Wemag等，均通過鋰電池或鉛酸電池技術，涉足一次調頻市場。

根據德國聯邦外貿與投資署數據，德國本土一次調頻市場在過去四年的周均價為3200歐元/MW。德國一次調頻市場的電力交易量為570MW，歐洲市場更是達到3000MW。

然而，電池儲能服務提供商在這一市場的容量，則是從2012年的1MW激增到2014年的22MW，仍有較大的增長空間。

“在商業化運作之前，這些儲能服務提供商需要先滿足輸電企業的安全要求，從而證明自己能夠安全有效地進行調頻服務后，才能接入全國高壓電網的一次調頻市場。”德國聯邦外貿與投資署儲能與燃料電池項目高級經理霍特哈希爾（Tobias Rothacher）對媒體解釋。因此，這些電池儲能服務商需要與輸電企業之間進行緊密的研發調試配合。

然而，這些儲能企業關注的不僅僅是這個“現成”的一次調頻市場，它們更將目光瞄準了連接可再生能源的微電網系統。

由于當前的微電網系統主要靠柴油或汽油發電機維持電壓和頻率的穩定，因此可再生能源僅占電力總量的15%～30%。

宣布放棄核能的德國，計劃到2020年將可再生能源比重提高到35%，并在2050年提高到80%。

這一政策目標為儲能技術企業提供了廣闊市場前景，它們紛紛設立實驗室或示范性項目，一邊累積實際數據以進行技術儲備，一邊用軟件模擬效果說服潛在的客戶，從而成為可再生能源的緩沖器。

以Younicos為例，它在柏林Adlershof科學園的實驗室里，配備了1組1MW/6MWh的納硫電池、1組200kW/200kWh的鋰離子電池、1組兆瓦級的智能交頻器、 1個可接入天氣數據的能源管理設備、1臺1MW的柴油發電機、1個14公里的中壓配電網，以及風能光伏發電器與能源消費者的模擬器。

通過這個實驗室里的設備組合，Younicos可以根據不同地區的實際情況，模擬出實時的發電與用電情況，從而設計商業模式。

他們堅信自己的電池管理能力和交頻器設備量可以幫助電網實現100%的可再生能源并網。

此外，大型電池儲能提供商還在開發包括租賃在內的新商業模式。在這個模式下，一個小區分散化的剩余發電量可以集中儲存到一個電池中，從而給終端用戶提供電力服務。這個概念目前正在曼海姆等地進行測試，Solver、Strombank、Adstec等公司正涉足這種小區儲存市場。

除了調頻市場，調峰市場亦被資本市場看好。

傳統的儲能技術用抽水的方式，利用剩余的電量將水抽至高位蓄存，并在用電時利用水的勢能發電。根據美國能源部2013年12月發布的報告，美國的電網儲電裝機容量為24.6GW，約占發電量的2.3%，其中95%為抽水蓄能。

然而，風投涌動的美國市場在儲能法案與公私聯營項目的推動下，電池儲能市場發展十分迅猛。在非抽水蓄能的1.2GW裝機容量中，有26%為電池儲能，約為304MW裝機容量。

相比之下，國際電池儲能市場發展水平則明顯滯后。

根據2013年6月的彭博儲能市場觀察報告，意大利電池儲能的裝機目標容量為75MW，日本為30MW，韓國為154MW。

而美國市場與技術的突飛猛進，正拉動其他工業國的電池儲能發展。以Younicos為例，這家發源于德國的企業，在2014年兼并了美國電池儲能技術公司Xtreme Power，從而獲得了后者在夏威夷的兆瓦級儲能管理經驗，和在得克薩斯的36兆瓦級風電儲存智能電網管理經驗。

補貼轉向家庭儲能

在金融危機前全球光伏產能激增，與金融危機后光伏市場需求量降低的雙重推動下，德國從2009年開始，家庭屋頂太陽能發電價格直線下降。

德國聯邦外貿與投資署推算，以緬因河畔的法蘭克福地區為例，家庭屋頂太陽能發電在2011年初實現“電網平價”，即家庭太陽能發電價格與家庭電網購電價格持平。

當時，居民電價約為0.25歐元/千瓦時。考慮到光照時間和家庭用電時間錯開，德國居民的家庭發電量僅占用電量的30%，其余用度需從電網購買。但由于德國采取了包括提前廢止核電在內的一系列能源轉型舉措，德國電價持續上漲。

與此同時，德國的并網補貼自2009年后也大幅減少。以裝機容量30kW的居民屋頂項目為例，并網補貼價格從2004年0.57歐元/千瓦時的歷史高位，一路降低到2014年的0.12歐元/千瓦時。這使得居民一方面要面對持續增長的購電電費，一方面要面對持續走低的自發電并網補貼。

幸運的是，由于電池技術的突破，以及電池生產出現規模經濟效益，電池價格亦大幅跳水。

國際可再生能源機構（IRENA）今年發布的數據顯示，電池價格自2011年至今已降低50%，并有望在2020年相較今天再降低50%以上。

并網電價補貼逐步淡出的德國，開始將補貼政策轉向對電池儲能系統的補貼。

2013年5月，德國政府通過政策性銀行——德國復興信貸銀行（KfW）對家用太陽能電池儲能系統進行補貼。

KfW截至2015年的數據顯示，2013年至2014年，德國光伏發電電池儲能系統裝機數量增長率超過50%，并在2015年4月達到1萬余套。目前，德國家庭光伏發電裝機數量有150萬套。

歐盟委員會估計，如果家庭光伏發電系統的峰值功率為1.5kWp，儲電時間2小時，即3千瓦時的電池，可將自產光伏電量占家庭耗電量的比重，從原先的30%提高到45%到75%。因此，德國聯邦外貿與投資署預計，2016年家庭光伏發電與電池儲能系統將達到“電池平價”，即光伏發電費用加電池儲能系統的成本價與居民購電價格持平，約為0.32歐元/千瓦時。

德國、意大利之外的其他歐盟國家，在實現“電網平價”后，也紛紛采取淡出并網補貼的政策。

分析公司IHS在2014年發布的數據顯示，全球家庭光伏發電電池儲能裝機容量，將從2014年的90MW增長至2018年的900MW，其主要增長市場為德國、意大利與英國。電動汽車領軍者特斯拉也在 2015年4月，推出7千瓦時與10千瓦時兩個版本的低成本家用電池產品Powerwall。

歐盟委員會在2015年7月發布的報告亦顯示，這種鼓勵家用光伏儲能設備的政策，也有助于提高電動汽車的使用率。來自移動儲能市場和固定儲能市場的雙向利好，使得電池價格降低與電池工廠投資相互促進。特斯拉亦在2015年3月宣布，在美國內華達州建立電池工廠Gigafactory。預計2020年建成時，其年電池產量將達到35GWh。

除了居民光伏電池儲能市場，一些公司也開始瞄準工廠這一類耗電大戶。通用電氣公司（GE）在柏林的混合電站是用電池和儲熱設備兩種儲能介質，對熱電聯產和光伏發電兩種發電模式進行優化，從而調節自己工廠的峰谷用電。目前，這套設備仍在測試階段，尚未完成一個年度生產周期。