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储能行业报告:储能商业模式之用户侧储能

2024年1月3日

编辑:Ana Hu

中国出海半导体

 

储能下游应用场景主要可分为发电侧、电网侧、用户侧等,在发电侧主要起到匹配电力生产和消纳、减轻电网压力等作用;在电网侧主要用于减少或延缓电网设备投资、缓解电网阻塞,以及为电力系统提供调峰调频等辅助服务;在用户侧则帮助用户实现削峰填谷或光伏自发自用等模式,降低电费支出。本期内容,中国出海半导体将为您解读用户侧储能的商业模式。

 

用电端储能的主体为电力用户,主要包括工商业用户及家庭用户。发展用户端储能有助于节约电力成本并保障用电稳定性。

 

户用储能

户用储能(户储)是指用于家庭用户的储能系统。户用储能系统通常与户用光伏系统组合安装,为家庭用户提供电能。其工作原理主要为在白天将光伏发电优先供本地负载使用,多余的能量存储到蓄电池,在电能仍有富余的情况下可选择性并入电网;在夜间光伏系统不运作时通过蓄电池放电供本地负载使用。户用储能系统可以提高户用光伏自发自用程度,减少用户的电费支出,并在极端天气等情况下保障用户用电的稳定性。对于高电价、高峰谷价差或电网老旧地区的用户,购置户储系统具备较好的经济性,家庭用户有购置户储系统的动力。

家庭储能系统的核心是可充电的储能蓄电池,通常以锂离子或铅酸电池为基础,由计算机控制,在其他智能硬件及软件的协调下实现充电和放电循环。家庭储能系统通常可与分布式光伏发电相结合形成家庭光储系统。

根据光伏和储能系统的耦合方式的不同,分为直流耦合系统和交流耦合系统,分别适合与新装光伏系统的增量市场和已装光伏系统的存量市场。根据系统是否并入电网,家庭储能系统又可以分为并网系统和离网系统,核心差异在于是否接入电网。不同的系统特点不同,适用的家庭类型也各有不同(表16)

表16:户储系统分类及特点

表16户储系统分类及特点

 

根据IHS Markit数据显示,2017年以来全球户储装机量增长较为明显,每年新增装机增长量都有明显提高,到2020年全球总装机容量首次突破1GW,达到1.3GW/3.2GWh,同比增长30%;2021年预计达到1.6GW/4.1GWh水平59

从出货量来看,2020年全球新增家庭储能出货量4.44GWh,同比增长44.2%,主要由欧美国家领跑(图18)。欧洲市场中又以德国市场发展最为迅速,德国出货量超过1.1GWh,排在世界首位,美国出货量也超过1GWh,排名第二。

图18:2020年户用储能出货量,MWh

图182020年户用储能出货量,MWh

 

高电价、成本下降和政策支持推高海外户储市场景气度

高昂的电价是海外户储市场快速发展的强劲推动力

从2021年主要国家和地区的家庭电价来看,以丹麦、德国、英国等为代表的欧洲国家家庭电价均在0.3美元/KWh以上,为美国的一倍,中国的近三倍(图19)。进入2022年,随着夏季欧洲多国极端干旱天气叠加俄乌冲突所带来的天然气价格上涨,欧洲电价再创新高。欧洲能源交易所(EEX)数据显示,法国与德国明年交付的电力价格分别在8月26日和8月29日冲破1,000欧元/MWh关口,均为历史首次。另外,英国的远期电力价格也从6月的242英镑/MWh飙升到现在的1,000英镑/MWh左右。过去一年,欧洲电价上涨了约10倍60。家用光伏+储能系统的应用可以提高电力自发自用水平,以延缓和降低电价上涨带来的风险。

图19:2021年主要国家和地区家庭平均用电价格,美元/KWh

图192021年主要国家和地区家庭平均用电价格,美元/KWh

 

持续增长的光伏渗透率和装机成本的下降催生未来市场规模。

欧美国家由于城市化进程较高,住房以独立或半独立住宅为主,适合发展户用光伏。与此同时,由于能源转型步伐加快,各国也纷纷出台政策鼓励户用光伏自发自用。以欧洲为例,其光伏发电推行净计量(Net metering)政策,拥有可再生能源发电设施的消费者可以根据向电网输送的电量,从自己的电费账单中扣除一部分,只计算净消费,这一政策大大提高了分布式光伏自发自用余电上网的经济性。2021年欧盟27国户均家庭光伏装机量为355.3瓦/户,与2019年相比激增40%(图20)。从渗透率来看,目前澳大利亚、美国、德国、日本的户用光伏装机容量占总光伏装机的比例分别为66.5%、25.3%、34.4%、29.5%,为中国的十倍以上,具备良好的户储基础。

图20:欧盟27国人均家庭光伏装机量

图20欧盟27国人均家庭光伏装机量

 

典型家庭储能系统主要由储能电池、逆变器、光伏组件等构成,其占设备成本的比重分别达48%、24%和22%左右。此外,户用储能产品需安装商进行安装,预计设备安装费为设备成本比重的12%-30%。据彭博新能源(BNEF)的数据显示,户储设备成本中占比最高、目前运用最广的锂电池包(lithium-ion battery packs)的价格已由2013年的684美元/kWh逐年下降到了2021年的132美元/kWh,降幅为81%,与2020年相比也有6%的降幅。由于近期上游原材料锂价格的快速上涨,BNEF将原本预测的2024年电池包价格跌落100美元/kWh的节点往后调了两年到2026年(图21)。

图21:成交量加权平均后锂电池包价格,美元/kWh

图21成交量加权平均后锂电池包价格,美元/kWh

 

案例分析:家庭储能经济性分析

澳大利亚由于光照条件好、同时地广人稀且山火和极端天气情况频发,发展分布式能源和储能的市场条件充分,未来有较大的发展空间。

以悉尼的一户父母均为工薪阶层的四口之家为例61,假设家庭每日电量消耗为22kWh,所安装的家庭储能系统为7kW光伏组件+13.3kWh储能电池。储能电池主要在04:00-18:00日照充足时利用光伏进行充电,在下班后到夜间电价高峰时段(通常为14:00-20:00)放电。与此同时,储能电池也可利用光伏组件不工作,但电价处于波谷时段(通常为22:00-07:00点)时进行充电(图22)。光伏+储能系统的使用使得家庭对电网供电的依靠减少了71%,且几乎不需要支付波峰电价。家庭的年碳减排量相当于每年减少2.2辆燃油车上路。

图22:户储光伏+储能系统的充放电工作时间表示意图,kWh

图22户储光伏+储能系统的充放电工作时间表示意图,kWh

 

据测算,由于光伏系统近年来成本下降较快,澳大利亚家庭仅安装光伏系统的投资回报周期最快,约5.5年;安装光伏+储能电池的回报周期约为7.4年。预计未来如电价进一步上涨,且伴随储能电池的成本下降和寿命的增长,其回报周期将进一步缩短(表17)。

表17:户用光储系统经济性分析,美元

表17户用光储系统经济性分析,美元

 

工商业端

工商业储能是用户储能的另一重要组成部分,对于未使用光伏用户,其经济性主要体现在利用储能进行峰谷套利;对于光伏用户而言,则可以通过自发自用节省购电成本,助力企业节能减排。工商业储能主要通过能量时移、峰谷价差套利、容量电费削减和需求响应等渠道盈利。

据Wood Mackenzie预测,到2031年,工商业储能将占据中国储能市场的10%,装机总量达442GWh,较2021年占比上升4个百分点,是主要增量市场。而发电/电网端占比保持不变,而家庭储能占比到2031年则仅为4%,比2021年下降3个百分点(图23)。

图23:工商业储能是未来中国储能市场的主要增量

图23工商业储能是未来中国储能市场的主要增量

 

工商业储能的市场驱动力随着分时电价的进一步完善和高耗能企业电价的进一步上涨,工商业用户储能的经济性显著增强。与此同时,2021年我国部分省市出现的拉闸限电,以及由于干旱等极端天气造成的电力供应紧张等问题,对工商业的生产和经营带来了干扰,也助推了储能需求。

  •  

分时电价提升峰谷套利空间

2021年7月26日国家发展改革委发布《关于进一步完善分时电价机制的通知》(以下简称《通知》),明确在保持销售电价总水平基本稳定的基础上,进一步完善目录分时电价机制,更好引导用户削峰填谷、改善电力供需状况、促进新能源消纳(表18)。基于分时电价政策,储能系统在电价谷时从电网购买低价电能,在电价峰时供给给负载使用,从而减少电量电费支出,同时还能够平衡电网负荷峰值,起到延缓电网线路扩容的投资的作用。

表18:《关于进一步完善分时电价机制的通知》要点归纳

表18关于进一步完善分时电价机制的通知》要点归纳

 

继《通知》提出高耗能企业市场交易电价不受上浮20%限制后,目前已有江苏省、黑龙江省、山西省、江西省、湖北省、辽宁省、甘肃省等十几个省份陆续发布文件明确,工商业用户全部进入电力市场,且高耗能企业购电价格按1.5倍执行。高耗能企业用电成本的进一步提升也将进一步催生其储能需求。

 

新能源消纳

新能源具有周期性、随机性和波动性的特点,为了保障电网的稳定性,当新能源所发电能超出负荷消耗能力的时段就要放弃多余电能;而在新能源输出不足的时候,工商业用户又得向电网购电,导致工商业用户在已配置光伏情况下仍需负担较高用电成本。

光伏+储能可以在新能源输出波峰将暂时无法消纳的电能储存起来,并在新能源输出不足时释放,实现对新能源电能的“削峰填谷”,整体上降低企业用电成本。

  • 容量管理

中国电价体系针对不同的用电主体执行不同的电价。其中,受电变压器容量在315千伏安及以上的大工业用电采用两部制电价,其他工商业用户可以选择执行单一制或两部制电价。两部制电价包含电量电价和容量电价,电量电价根据用户的实际用电量计算,容量电价可以选择按照变压器固定容量计算或者按照变压器最大需量计算。两种电费分别计算后相加,即为用户所应付的全部电费(图24)。

图24:两部制电价构成

图24两部制电价构成

 

工商业储能的主要应用场景

工商业储能的应用场景广泛,包括工业园区、数据中心、通信基站、政务楼宇、商场、医院等各行各业。其中工业园区具有厂房屋面面积大,光伏发电时间与用电高峰重合的特点,配置光储联合系统后能有效降低购电成本,减小光伏对系统的冲击,并在电力市场环境下降低功率偏差带来的经济损失,是较具有代表性的工商业储能场景应用。2018年1月报道62,江苏无锡星洲工业园内,新加坡工业园智能配网储能电站储能容量为20MW/160MWh,是当时全球最大商用储能电站。该项目是首个接入国网江苏省电力公司客户侧储能互动调度平台的大规模储能电站,也是首个依照江苏省电力公司《客户侧储能系统并网管理规定》并网验收的项目。

 

59 Strong growth ahead for battery storage, PV Magazine, April 13, 2021

60 欧洲电价高企 各国频出应对之策,中国电力报,2022年9月20日

61 该案例中的阶梯电价、储能设备成本等参数主要参考Do Home Battery Storage Systems Make Financial Sense?, Zecar

62 无锡星洲能源:建国内最大的商用储能电站,网易,2018年10月8日

 

报告来源:毕马威分析

 

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