欧盟电池储能准备迎接阳光灿烂的时刻

耦合可再生能源和清洁灵活性增长，欧盟可以充分利用本国丰富的风能和太阳能，减少对进口化石能源的依赖，并避免成本。 发布日期：2024年9月26日主要作者：Dr. Beatrice Petrovich，Harriet Fox，Dr. Chris Rosslowe 目录 摘要 建议支持材料更多灵活性带来益处可再生能源和清洁灵活性是完美匹配。欧盟无法承担推迟清洁灵活性部署的代价。在欧盟，已有更多小时数由风能和太阳能供电。将太阳能与电池结合使用随着太阳能行业的繁荣，电池市场出现机遇。电池可以减少晚间对化石燃料的依赖。方法论致谢 关于 本报告分析了将可再生能源与清洁灵活性相结合的系统效益，重点关注欧盟在将太阳能发电与电池储能相结合的机会。 使用 Ember 的关于欧盟每小时发电混合和电价的数据集，该分析表明正午太阳能资源丰富。它阐述了清洁灵活性减少欧盟对化石燃料的依赖和避免能源成本的机会。它以对欧盟清洁灵活性的下一步行动建议结束，重点关注立即部署电池存储，以保持与雄心勃勃的脱碳目标同步。 要点 80% 德国只需增加2吉瓦的额外电池，就能在2024年6月本身避免36吉瓦昂贵的化石能源电力，并节省高达250万欧元的燃料成本。 在2030年，欧盟通过捕捉过剩的风能和太阳能，可能避免价值90亿欧元的天然气成本。 在2023年8月至2024年7月期间，欧盟的九个国家中，太阳能电量单独已超过其每小时国内需求的80%。 摘要 更多灵活性带来益处 随着清洁灵活性的更快推广，欧盟可以全天候获得本土廉价可再生能源。 一个由可再生能源支持的动力系统需要具有灵活性和响应性。虽然可再生能源份额在欧洲联盟内正在迅速增长，但提供这种灵活性的措施尚未得到平等的计划或实施。现在是所有成员国给出强烈政策信号和消除现有障碍，以便迅速部署清洁灵活性解决方案，同时利用新的和现有的风能和太阳能产能的时候。 太阳能与电池存储结合的机会尤为明显，它们相互强化的商业案例为这一结合提供了有利条件。多年的强劲太阳能增长和高天然气价格增加了欧盟的电力价格波动，增强了电池储能的机会。反过来，电池可以在太阳能高峰时段增加电力需求，支持太阳能收入。如果现有的部署电池存储的障碍被移除，国家可以将丰富的廉价太阳能电力扩展到白天以外的时间，并减少对昂贵化石燃料的依赖。 欧盟国家通过捕捉过剩的风能和太阳能，可能节省90亿欧元的天然气成本。 01 到2030年，风能和太阳能发电量可能在所有欧盟国家超过国内需求183太瓦时，相当于波兰的年度电力消耗量。如果欧盟国家部署弹性解决方案，例如电池和互联器，它们可以将这多余的清洁能源转移到替代化石燃料发电。这样做将避免每年9亿欧元的天然气采购成本。 02太阳能九国在高峰时段超过了80%的需求量 在2023年8月至2024年7月期间，包括荷兰和希腊在内的九个欧盟国家太阳能份额达到或超过其每小时电力需求的80%，在某些时候，太阳能发电甚至超过了需求的100%。 德国仅凭额外的2吉瓦电池储能，在6月份就能避免高达2500万欧元的燃料成本。 03 如果德国在2024年6月拥有额外的20%的2吉瓦电池容量投入使用，那么将中午的太阳能电力转移到晚上的能力将替代36吉瓦时化石能源。具体替代哪种燃料，这将避免130万欧元的硬煤成本或250万欧元的化石燃气成本。 它仅仅意味着捕获我们能够获取的所有低成本可再生能源。随着太阳能的持续飙升，电池将有助于确保充足电力在任何时候都能被利用。尽管欧盟的可再生能源增长迅速且雄心勃勃，但对其清洁灵活性的关注仍然不足。这需要迅速解决，以便消费者和企业能够感受到降低化石燃料依赖所带来的好处。 贝阿特丽斯·彼得罗维奇 高级能源与气候分析师，Ember 更多灵活性带来益处 可再生能源正在增长，灵活性也必须增长。 在未来六年内，风能和太阳能发电将在一年中的某些时段超过欧盟的需求。通过清洁灵活性解决方案将这种电力转移到可以使用的地点和时间，是一个巨大的机遇。 可再生能源和清洁灵活性是完美匹配。 随着风能和太阳能在欧洲的快速增长，快速清洁灵活性的扩大为了在整个系统中实现去碳化，以下措施将是必需的。灵活性可以包括任何匹配供需的措施，包括电网接入、需求侧灵活性、抽水蓄能和电池存储。这些解决方案有助于在时间或地理上转移发电或消费，有助于在天气依赖性发电（如风能和太阳能）超出或不足电力需求时平衡电网。 欧盟无法承担推迟清洁灵活性部署的代价。 可再生能源系统在欧洲的切换已经迅速推进，根据欧盟和国家政府的设定目标和计划，预计将继续进展。国家能源与气候计划（NECPs）的草案标志着增加欧盟的三倍的意愿。 太阳能装机容量和双倍欧盟风力发电装机容量（从2022年水平），并在2030年达到年发电组合中66%的可再生能源份额。略低于雄心勃勃的目标。在REPowerEU计划中。 更大的欧盟太阳能和风能装机容量意味着在未来六年内，许多国家在特定时期将拥有丰富的可再生能源。这一动态将迅速到来，因此现在对其规划至关重要。根据最新的官方目标Ember对2030年的模拟显示，太阳能和风能在平均每小时的基础上预计将满足欧盟总需求的49%，这几乎是2023年平均贡献（27%）的两倍。此外，太阳能和风能贡献较大的小时数将更加频繁；它们将在大约4%的小时内产生比欧盟总需求更多的电力，并且在35%的小时内将超过欧盟电力需求的一半，而2023年这一比例仅为3%。这将在欧盟电力系统中代表一种全新的动态。 丰富的可再生能源将成为欧盟的巨大资源，但为了充分捕捉这些效益，现在需要谨慎的系统规划。 Ember 模型表明，到 2030 年，风能和太阳能可能超出所有单个成员国总需求的183 太瓦时，这相当于 2023 年波兰的电力消耗量，以及去年欧盟化石天然气总发电量的约40%。如果欧盟国家能够及时将这部分富余能源完全转移，利用储存或空间，通过互联电网来替代化石天然气发电，它们将减少对进口天然气的依赖，并避免价值 90 亿美元的天然气采购成本。 在欧盟，已有更多小时数由风能和太阳能供电。 规划更多的清洁灵活性现在可以加速欧盟从化石能源独立的发展趋势。近年来风能和太阳能的史无前例的增长已经将化石燃料在欧盟电力供应中的份额降低至其史上最低2024年上半年与2023年同期相比，化石燃料产生的电量减少了17%，降至发电量的27%，落后于风力发电和太阳能发电，后者分别产生了30%。特别是太阳能，其增长尤为显著。产能增加正在增长。2021至2023年连续三年增长超过40％。 随着欧盟范围内运营的风能和太阳能增多，这些能源已经在某些时间段内主导了欧盟及国家层面的电力输出，为昂贵的化石能源在组合中的空间减少。在2024年7月（含）的十二个月内，风能和太阳能有7%的时间产生了超过一半的欧盟电力，而在此之前的十二个月里，这一比例仅为2%。在同一时期，太阳能和风能覆盖了所有时段内欧盟电力需求的最低6%，其最高份额则远高于此，达到总需求的近三分之二（64%）。 风能和太阳能的崛起在国家已经经历太阳能繁荣的情况下尤其显著。例如，在2024年7月之前的十二个月内，德国有36%的小时电力生产来自风能和太阳能，这一比例高于前十二个月的26%。在希腊，这一比例从26%上升到38%，在荷兰从31%上升到44%，在匈牙利从7%上升到16%——匈牙利增长仅归因于太阳能，因为其安装的风能容量在欧洲最低。在2023年8月至2024年7月之间，十五个欧盟国家的风能和太阳能份额达到每小时电力需求的80%以上。 系统缺乏灵活性已经阻碍了风能和太阳能的进步。 在2024年夏季，欧盟在白天时段的风能和太阳能贡献尤为显著。在6月和7月，太阳能和风能发电在早上7点至下午4点期间至少占欧盟需求的20%，峰值甚至超过60%。因此，在白天时段对化石能源的依赖迅速下降，但在早晚时段仍然相对较高。例如，在德国，7月份中午1点的化石能源平均份额从2021年的36%降至2024年的20%，而晚上8点的化石能源份额仅从47%上升至44%。 清洁灵活性，特别是储能，将能解决这个问题。这将使夏季太阳能高峰能够延伸到夏季夜晚，因为在风力条件较弱的情况下，对化石能源的依赖通常较高。 化石燃料依赖在太阳能产量高峰时期可能会更低，如果电力系统更加灵活。即使在可再生能源丰富的时期，化石燃料发电厂常常仍继续发电。在某些情况下，这导致可再生能源的削减。例如在波兰. 一些化石燃料发电厂被迫维持生产，因为它们在技术上无法快速增减产量，或者因为电网运营商需要它们提供辅助服务。例如，在德国，化石燃料发电量很少会低于10吉瓦，即使在电力价格负值期间也是如此。 一些电网运营商采取的渐进式方法表明，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份额。例如，爱尔兰网络运营商计划提高技术上限用于风能和太阳能份额 关于发电的转换效率达到95%。其他如PSE，波兰电网运营商，则更为保守，并且限制太阳能和风能在达到约55-60%时的发展。该国家在任何特定时间点的电力混合组成。 将太阳能与电池结合使用 电池可以帮助捕捉不断增长的可再生能源的好处。 可再生能源在欧洲已经迅速增长，尤其是太阳能。电池将在保持这种势头方面发挥关键作用。 虽然对于高效系统来说需要各种类型的灵活性解决方案，但电池是一种现成的技术，能够快速扩展，提供即时的成本效益和安全性提升。 电池经历了显著的成本减少近年来，由于电动汽车生产的增加。在电力系统中，它们可以在电网规模上部署，连接到输电电网，或在住宅或商业建筑中较小规模部署，以增强现场生产的能源消耗（称为表后能耗）。根据最近的研究，现在电网规模的电池和公用事业太阳能可以比燃煤或燃气发电厂更便宜地生产电力。关于发电成本的研究在德国。 电池储能是调整短期电力分配的有用干预措施：在风能和太阳能发电高峰时，电池可以储存电能，并在需求更高时释放这种电力。太阳能发电在一天中的不同时间段以及不同季节都有可预测的峰值和谷值。这使得将太阳能与电池储能结合在一起，在一天中重新分配太阳能功率特别有效，可以平滑供需不匹配，并减少对化石燃料能源的需求。 目前，欧洲大多数已安装的电池设计用于在相对较短的时间尺度内充电和放电。到2023年底，欧盟运营的16吉瓦的电池能够储存大约23吉瓦时的电力，这意味着……平均持续时间如果以全功率充电/放电，大约需要1.5小时。然而，电池的续航能力和其较长时间内的性能一直在提升，在过去两年中，2小时续航的项目已经变得很常见。短期内预计欧洲各地将持续4小时。新存储招标正在创造对持续时长达8小时的项目需求。 随着太阳能行业的繁荣，电池市场出现机遇。 成员国家开始规划如何整合快速增长的太阳能发电量至关重要，而电池将是这一过程中的关键部分。在多个国家，在阳光最充足的时间，太阳能发电已经接近或达到100%的电力需求。在2023年8月至2024年7月期间，欧盟九个国家的太阳能峰值份额超过了其电力需求的80%。实际上，在希腊和荷兰的一些特定时间，太阳能发电超过了需求，而西班牙和匈牙利等国家则达到了90%以上的水平。 在这些高太阳能发电时段内，系统中的不仅仅是太阳能。此外的供应还来自必须运行的发电机，如CHP电站、其他不可调度的可再生能源，如风能和径流式水电站，以及大型不灵活的核能单元。这意味着在这些时期，系统上经常会出现低价或负价，并且向邻国出口大量电力，因为电力从低价区域流向高价区域。 零价和负价在欧洲变得越来越普遍。过去12个月，欧盟几乎在所有地方都发生了这种情况。没有哪个国家比西班牙更能体现这一趋势，2024年上半年，西班牙有14%的小时数经历了零或负价格，而2023年上半年仅为1%的小时数。在荷兰，2024年7月有创纪录的12%的小时数出现了零或负价格，其中最频繁发生在下午2点。这比2023-24年冬天要高，那时平均只有3%的小时数出现了零或负价格，而且几乎全部发生在夜间。尽管负价格的原因可能复杂多样，但在许多国家中蓬勃发展的太阳能产业也在其中扮演了一定角色。 低价格和负价格对太阳能的