欧盟电池存储正准备迎来其阳光时刻

结合可再生能源和清洁灵活性增长，欧盟将能受益于丰富的本土风能和太阳能，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：比阿特丽斯·佩特洛维奇博士、哈丽特·福克斯、克里斯·罗斯洛夫博士 内容 执行摘要 支持材料建议更大的灵活性带来更多好处可再生能源与清洁灵活性是天作之合。欧盟无法负担延迟清洁灵活性部署。欧盟已有更多小时由风能和太阳能供电将太阳能与电池结合使用电池迎来机遇，太阳能产业蓬勃发展。电池可以减少对夜间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结合的系统效益，重点关注欧盟太阳能发电与电池储能相结合的机遇。 利用Ember关于欧盟每小时发电组合和电力价格的数据集，该分析表明，午间太阳能丰富是一种宝贵资源。它说明了清洁灵活性为减少欧盟对化石燃料的依赖和避免能源成本提供了机遇。它最后就欧盟在清洁灵活性方面的下一步工作提出了建议，以跟上雄心勃勃的脱碳目标，并重点关注立即部署电池储能。 亮点 36吉瓦时 仅2024年6月，德国若能再多2吉瓦容量的电池储能，本可避免36吉瓦时的高昂化石能源，并节省高达250万欧元燃料成本。 到2030年，欧盟可通过利用多余的风能和太阳能，节省高达90亿欧元燃气成本。 2023年8月至2024年7月间，有九个欧盟国家，其太阳能发电量已单独超过每小时国内需求的80%。 执行摘要 更大的灵活性带来更多好处 凭借更快速、更灵活的清洁能源推广，欧盟可以全天候获得本土廉价的可再生能源。 一个由可再生能源支撑的电力系统需要具备灵活性和响应能力。虽然可再生能源在欧盟各国的占比正在迅速增长，但提供这种灵活性的措施尚未得到同等规划或实施。现在正是所有成员国发出有力政策信号、消除现有障碍，以便快速部署与新增及现有风电和光伏发电能力相配套的清洁灵活性解决方案的时机。 利用太阳能与电池存储相结合的机会尤为明显，可以发挥它们相互强化的商业案例优势。多年的太阳能强劲增长和高天然气价格已导致欧盟电力价格波动加剧，从而增强了电池存储的机遇。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。如果现有阻碍电池存储部署的障碍得以消除，各国就能将丰富且廉价的太阳能电力用于晴朗时段之外，减少对昂贵化石燃料的依赖。 01欧盟国家通过利用过剩风能和太阳能，可节省90亿欧元燃气费用。 到2030年，所有欧盟国家风电和太阳能发电量可能超过国内需求183太瓦时，相当于波兰的年用电量。如果欧盟国家部署储能解决方案（如电池和互联设备），他们可以将这 excess clean power 转移用于替代化石燃料发电。这样做每年可节省高达90亿欧元（约合9亿欧元）的天然气采购成本。 02 太阳能九国峰值时段需求超80% 2023年8月至2024年7月期间，九个欧盟国家实现了太阳能占比达到或超过其每小时电力需求的80%，其中包括荷兰和希腊，这两个国家有时太阳能发电量会超过需求的100%。 03 仅6月份，德国若额外增加2吉瓦的电池储能，本可避免高达250万欧元的燃料成本。 若德国在2024年6月额外拥有2吉瓦（+20%）的电池容量投入运行，那么将午间太阳能电力转移到傍晚使用，理论上可以替代360吉瓦时的化石能源。具体替代何种燃料，这将避免130万欧元的硬煤成本或250万欧元的化石天然气成本。 捕捉我们所能获得的所有低成本可再生能源，这是合情合理的。随着太阳能的持续发展，电池将有助于确保丰富的电力能够全天候使用。尽管欧盟的可再生能源扩张迅速且雄心勃勃，但同样缺乏对清洁灵活性的关注。这个问题需要迅速解决，以便消费者和企业能够感受到减少对化石燃料依赖的好处。 贝亚特丽斯·佩特洛维奇高级能源与气候分析师，Ember 更大的灵活性带来更多好处 可再生能源正在增长，灵活性也必须随之增长。 未来六年内，风电和太阳能发电在某些年份的特定时段将超过欧盟的需求。能够通过清洁灵活性解决方案将电力转移至可使用的地方和时间，这是一个巨大的机遇。 可再生能源与清洁灵活性是天作之合。 随着风能和太阳能在欧洲快速发展，需要迅速扩大清洁灵活性的规模，以实现整个系统的脱碳化。灵活性可以包括任何用于匹配供需的措施，包括电网连接、需求侧灵活性、抽水蓄能和电池储能。这些解决方案有助于将发电或用电转移到不同时间或地域，帮助电网在风能和太阳能等依赖天气的发电方式要么超过要么低于电力需求时保持平衡。 欧盟无法负担延迟清洁灵活性部署。 向以可再生为主体的系统转型已在欧盟加速推进，根据欧盟及各国政府制定的目标和计划，这一进程预计将持续进行。各国能源与气候计划草案（NECPs）表明了欧盟将...的目标。 到2030年，太阳能发电装机容量和欧盟风电装机容量（以2022年为基准）翻倍，使可再生能源在年度发电组合中的占比达到66%，这几乎达到了REPowerEU计划中雄心勃勃的目标。 欧盟太阳能和风能装机容量扩大，意味着在未来六年里，许多国家在特定时段将拥有丰富的可再生能源。这一趋势将迅速到来，因此现在进行相关规划至关重要。根据最新的官方目标和Ember对2030年的模拟，太阳能和风能在平均每小时将满足欧盟总需求的49%，几乎是它们在2023年平均贡献（27%）的两倍。此外，太阳能和风能贡献率高的时段将更加频繁出现；据估计，它们在约4%的时段内产生的电量将超过欧盟总需求，并在35%的时段内超过欧盟电力需求的一半，而2023年这一比例仅为3%。这将代表欧盟电力系统中的全新动态。 丰富的可再生能源将成为欧盟的巨大资源，但为了充分捕捉其效益，现在需要谨慎的系统规划。根据 Ember 的模型预测，到 2030 年，风能和太阳能的总发电量将比所有单个成员国需求高出 183 太瓦时，这相当于波兰 2023 年的电力消耗量，也约占去年欧盟化石天然气发电总量的 40%。如果欧盟国家能够及时将这 excess 部分通过储能或利用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 亿欧元 的天然气采购成本。 欧盟已有更多小时由风能和太阳能供电 现在增加对清洁能源的规划可以加速欧盟摆脱化石能源的趋势。近年来风能和太阳能的空前增长已将化石燃料在欧盟电力供应中的占比降至历史最低水平。2024年上半年，化石燃料发电量比2023年同期减少了17%，降至发电总量的27%，落后于风能和太阳能，后者占比达到30%。特别是太阳能，在2021年至2023年连续三年间，新增装机容量增长了40%以上。 随着欧盟范围内风电和光伏发电规模的扩大，这些能源在一年中的特定时段已在欧盟及国家层面主导电力产出，从而为昂贵的化石能源在能源结构中的占比留下了更小的空间。在2024年7月（含）之前的十二个月内，风电和光伏发电在7%的时段内占欧盟总发电量的一半以上，而此前这一比例仅为2%的时段。在同一时期，光伏和风电在整个时段内至少满足了欧盟电力需求的6%，其最高占比则要高得多，接近总量三分之二（64%）。 在已进入太阳能繁荣期的国家，风能和太阳能的崛起尤为显著。例如，在2024年7月前的十二个月内，德国有36%的时间里，风能和太阳能提供了主要电力，较前十二个月的26%有所上升。这一数字在希腊从26%增加到38%，在荷兰从31%增加到44%，在匈牙利从7%增加到16%——在匈牙利，增长完全归因于太阳能，因为其安装的风能容量在欧盟中最低。在2023年8月至2024年7月期间，有十五个欧盟国家的风能和太阳能占比在其电力需求中达到了80%以上的峰值。 系统缺乏灵活性已经阻碍了风能和太阳能的发展。 2024年夏季，欧盟风电和太阳能的贡献在白天尤为突出。6月和7月期间，太阳能和风能在上午7点至下午4点时段满足了欧盟至少20%的需求，峰值一度超过60%。因此，对化石能源的依赖在白天迅速下降，但在清晨和傍晚时段仍相对较高。例如在德国，7月份下午1点的化石能源平均占比从2021年的36%降至2024年的20%，而晚上8点的化石能源占比仅从47%降至44%。 提升清洁能源的灵活性，特别是储能能力，将有助于解决这一问题。这将使得夏季的太阳能发电高峰能够延续至夏夜，而夏夜由于风力条件较弱，对化石能源的依赖通常相对较高。 若电力系统更具灵活性，在太阳能发电达峰时对化石燃料的依赖程度甚至可能更低。即使在可再生能源丰富的时段，许多化石燃料电厂也常常继续发电。在某些情况下，这会导致可再生能源被弃置，例如波兰。部分化石燃料电厂因技术原因无法快速升降负荷，或因电网运营商需要其提供辅助服务，而被迫维持生产。例如在德国，即使电价出现负值，化石燃料发电量也很少低于10吉瓦。 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能够被系统接纳的可再生能源的瞬时份额。例如，爱尔兰电网运营商计划提高风能和太阳能的技术占比上限。 从发电量占比到95%。其他机构，例如波兰电网运营商PSE，则更为保守，一旦太阳能和风能发电量占比达到全国电力总量的55%至60%左右，就会进行限制。 将太阳能与电池结合使用 电池有助于捕捉可再生能源增长带来的好处。 可再生能源已在欧盟迅速增长，尤其是太阳能。电池将在保持这一势头方面发挥关键作用。 虽然为有效系统所需的所有类型的灵活性解决方案都将不可或缺，但电池是一种可快速部署的技术，能够迅速扩展，提供即时的成本效益和安全改进。 近年来，随着电动汽车生产量的增加，电池成本已大幅下降。在电力系统中，它们可以以电网规模部署并连接到输电电网，或以较小规模应用于住宅或商业建筑，以提升现场产生的能源消耗（即“户用侧”）。根据最近一项关于德国发电成本的研究，电网规模的电池与公用事业太阳能相结合，现在发电的成本比煤电或气电电厂更低。 电池储能是跨短期时间转移电力的一种有效干预措施：当风能和太阳能发电量高时，电池可以储存电力，并在需求量更大时提供该电力。太阳能发电在季节和一天中的不同时间都存在可预测的峰值和低谷。这使得太阳能与电池储能的结合特别有效地将太阳能电力重新分配到全天，平滑供需不匹配，并减少对化石能源的需求。 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放电。到2023年底，欧盟范围内运行的160吉瓦电池可储存约230吉瓦时的电量，这意味着如果以满功率充放电，平均持续时间约为1.5小时。然而，电池的持续时间和其在较长时间跨度内的性能正在改进，过去两年中，2小时持续时间的项目已变得普遍，预计短期内欧洲将出现4小时持续时间的项目。新的储能招标正在创造对最长8小时持续时间项目的需求。 电池迎来机遇，太阳能产业蓬勃发展。 各成员国亟需开始规划如何快速整合日益增长的太阳能发电量，而电池将是其中的关键部分。在多个国家，在阳光最充足的时间里，仅太阳能发电量就已接近或达到电力需求的100%。2023年8月至2024年7月期间，有九个欧盟国家的太阳能发电量峰值占比超过其电力需求的80%。事实上，在希腊和荷兰的某些时段，太阳能发电量超过了需求量，而西班牙和匈牙利等其他国家则达到了90%以上。 在这些太阳能发电的高峰时段，系统中的电源不仅来自太阳能。额外的电力供应还来自必须运行的发电厂，例如热电联产（CHP）电厂、其他非调度型可再生能源（如风能和径流式水电），以及大型不可调度的核电机组。这意味着在这些时段，系统内往往会出现低电价甚至负电价，同时向邻国出口大量电力，因为电力会从低价区域流向高价区域。 零价和负价在欧洲正变得越来越普遍，过去12个月中，欧盟几乎所有地区都出现了这种情况。这一趋势在西班牙最为明显，2024年上半年，该国14%的时间里价格为零或负，而2023年上半年仅为1%。在荷兰，2024年7月创纪录地出现了12%的时间价格为零或负，其中下午2点最为常见。这比2023-24年冬季还要多，当时平均有3%的时间价格为零或负，且几乎只在夜间出现。尽管负价的原因可能复杂多样，但蓬勃发展的太阳能产业在许多国家都起到了作用。 低廉和负面的价格损害了太阳能的商业可行性，降低了太阳能生产商在市场上出