2025.02.02 笔记 2024欧洲大型电池储能的普及元年
我在这里给大家拜个晚年，预祝大家在新的一年蛇来运转，好事连连。今天我们学习的笔记来自Julien Jomaux的The rise of large-scale batteries in Europe。这里的大型电池储能的大，相较于最近火热的中东市场的10-20GWh还是大巫见小巫，但项目背后的发展逻辑是我们今天主要序言探寻的。
除了光伏的大规模普及，目前另一个重要趋势是大型电池储能项目在全球范围内，特别是在欧洲的大规模普及。这一趋势将对我们的电网和电力市场产生重大影响。阅读新闻时，我们或许对众多新项目和创纪录的公告感到惊讶。
January 2024: The Largest Electric Battery Project in Continental Europe. https://www.engie.com/en/news/vilvoorde-battery-parkApril 2024: Europe’s largest battery storage project secures approval. https://www.pv-magazine.com/2024/04/19/europes-largest-battery-storage-project-secures-approval/October 2024: Estonia begins construction on Europe’s largest battery parkhttps://estonianworld.com/technology/estonia-begins-construction-on-europes-largest-battery-park/October 2024: Large-scale battery storage in Germany set to increase five-fold within 2 years
November 2024: Central & Eastern Europe: Utility-scale storage market set to increase fivefold by 2030
December 2024: Europe battery capacity to rise 5-fold by 2030 – consultancy
这不仅仅是预测；2024年大型电池的增长是前所未有的。如下图所示，欧洲储能容量预计将从17.2GWh增至22.4GWh。其中很大一部分增长归功于公用事业规模的储能，预计将从3.6GWh增至11GWh，增幅达三倍。简单来说，200%的增长率非常罕见。
这种增长可以从最近商业化的所有项目中看出端倪。当然人们普遍批评的是，电池储能目前只能存储几分钟的总电力负荷。这是事实，目前唯一真正大规模存储（能够推迟数周的电力消耗）的是大型水力发电，其能量储备以TWh为单位。然而，电网运营的各个方面都取决于更短期的变化，包括所有电力储备（例如欧洲的FCR、aFRR和mFRR）和日内市场。这些过程不需要几天时间的存储；即使以小时为单位进行存储也会产生重大影响。让我们进一步探讨。
就像太阳能：越来越便宜……
大型电池储能与光伏至少有两个共同点：越来越便宜，并且是模块化的。成本下降非常显著，从下图Y轴的对数中可以看出。
与光伏类似，中国几乎主导了整个供应链，价格进一步下降。成本低于100美元/kWh的BESS 意味着2小时电池的成本仅为20万美元/兆瓦。
当然欧洲目前还没有达到这样的项目成本水平。从特斯拉的工具来看，20兆瓦时的电池组成本为1880万美元，即每千瓦时244美元。此外，对于这个特殊的项目根据他们的网站，以2.5亿欧元的成本获得8亿瓦时的电量，即每千瓦时312欧元。因此在大多数项目中，我们距离低于100美元/kWh的目标仍然相对遥远，但300欧元/千瓦时的成本意味着2小时电池的成本为600欧元/千瓦，远低于任何燃气调峰电厂的成本。
随着电池价格的不断降低，安装电池的数量很可能会增加，包括取代一些最昂贵的燃气调峰电厂。
除了价格越来越低之外，电池还具有极强的模块化特性，这一点与光伏项目非常相似，与风力项目也有一定程度的相似性。大型电池看起来就像无数个乐高积木块并排放置在平坦的地面上。
模块化快速部署
模块化带来更快、更便宜、更好的结果，使其适用于各种类型和规模的项目。模块化的核心是重复。放下一个乐高积木块。扣上另一个。再放一个。重复、重复、重复。咔嚓、咔嚓、咔嚓。重复能够促进实验。如果某项措施有效，就将其保留在计划中。如果无效，就“快速失败”并调整计划。重复还能积累经验，提高绩效（积极的学习曲线）。当您能够构建模块并将其运送到现场时，建筑不是建造出来的，而是像乐高一样组装起来的。模块化从根本上降低了风险。
这种模块化意味着项目执行速度相对较快，当然比大多数传统的大型电力项目（如输电线路和热电厂）快得多。
大规模项目的加速
随着成本和固有模块化的降低，电池项目采用加速也就不足为奇了。此外，我们还观察到三个同时发生的因素：
项目数量和参与者的增加。
更高的装机容量，目前荷兰的项目容量达到30兆瓦，比利时达到50兆瓦，而新规划的项目预计将达到200兆瓦或更高。
更长的持续时间，过去的项目通常持续一小时左右，而新项目则设计为持续2到4小时，甚至长达8小时。这种持续时间的延长在德国尤为明显，如下图所示。
主要收入：辅助服务和能源套利
当然，这些项目的内在驱动是大型电池储能项目可以带来多种收入叠加。
BESS投资有四大收入来源：一次调频储备（FCR），TSO用于纠正短期电网失衡；二次储备市场；套利市场；容量市场，通过签订长期合同，确保在主、次储备耗尽时仍有充足的可用能源。
在我看来，大型电池的大部分收入来源可分为两大类：
辅助服务或平衡：包括FCR、aFRR等服务，甚至包括mFRR等较慢的储备。在荷兰和比利时等一些国家，被动平衡（也称为无功平衡）涉及对不平衡价格的反应，也可以归类为辅助服务，因为它有助于电网运营商保持平衡。
能源套利：这涉及日内和日前市场中的活动，即当电价便宜时，电池储存电力，当电价高时，出售电力。此外，将电池与可再生资产或大型负载放置在一起，可被视为能源套利的一部分。在这种设置中，能源被储存起来供日后使用或出售，当它更经济时，还有可能减少电网费用（例如，通过峰值转移来降低峰值电力消耗）。
此外，辅助服务的能源市场与能源市场紧密相连，尤其是连续日内市场。当市场参与者明显预期会出现严重的价格失衡时，这种联系尤为明显，他们会更积极地在连续日内市场买入，以应对潜在的不平衡头寸。
另一种收入：容量支付
此外，另一个潜在的收入来源是容量市场，也称为容量支付，在不同国家有不同的名称。本质上，这个市场涉及对可用资产的支付。在比利时，容量市场被称为“容量补偿机制”（CRM）。除了来自辅助服务和能源套利方面的收入外，这个市场还将为比利时约1.1GW的电池提供固定的收入来源。
许多国家正在建立这样的容量市场，以支持大规模电池的扩展，或者像德国那样进行反思。
一些细分市场趋于饱和？
有趣的是，我们可以发现一个特定的模式：电池最初进入的是功率与能量比最高的市场，通常每兆瓦时安装成本利润最高。随着这些市场趋于饱和，电池转向功率与能量比更高的市场。在欧洲，这意味着FCR往往首先趋于饱和（这种情况已经在一些国家出现），随后是aFRR，以及利润最高的日内短线交易和/或被动平衡。从下图可以看出，英国也出现了类似的趋势。
一般来说，利润率较低的市场深度更大。例如，提前一天的市场中的能源套利比连续的日内交易中的套利大得多，但利润率却更低。因此，电池最初会降低回报率较高的市场的利润率，并逐渐转向其他市场。
由于受到各种因素的影响，估计每个市场的饱和度非常困难。此外，由于大型电池可以在所有时间段提供所有服务，它们可能会关闭市场之间的任何潜在套利机会，从而导致收入趋于一致。目前，在某些市场运营的电池可以获得不同的收入（见下面的例子）。然而，随着所有市场中的电池容量增加预计这些收入差异将减少。
大型电池储能还是户用电池？
分布式电池，尤其是家用电池，有望变得与大型电池一样重要。然而，实际情况却未必。
首先，独立住宅系统与大型电池的成本差异巨大。根据Lazard下图，未补贴的住宅系统的“平准化存储成本”（LCOS）为每年每千瓦1157美元至1445美元，而公用事业规模的存储系统在相同时间内的LCOS为每年每千瓦214美元至374美元。
此外，正如Lion Hirth所解释的户用电池对电网运营的好处微乎其微，因为电池所有者的经济激励通常与整体系统效益并不一致。以下是他的原文
储能系统在经济上是有回报的，因为它允许你消耗更多的自发电。这很有吸引力，因为它可以节省电网费用、税费和附加费。但：当然，这对社会没有任何帮助。自耗电基本上是一种节税模式。
遗憾的是，储能系统对电网或系统毫无用处。它们只是在太阳升起时充满电。然后，它们就满了。这时，太阳能系统就会向电网供电。愚蠢的是：这通常发生在午餐时间，而此时市场和电网中的电力已经过剩。从电力系统的角度来看，这甚至比没有电池更糟糕。
因此即使有支持计划和税收优惠，也不应该优先考虑户用电池储能。它们比大型项目贵得多，而且目前的激励措施远远不足以从全球系统的角度使它们受益。
从根本上改变如何保持平衡？
最后一个考虑因素是，随着大规模电池的引入，我们可能不得不进行一些潜在的改变。在未来几年内，它们可能会成为所有动力储备的主要提供者。
动力储备的设计具有不同的激活周期和时限。传统上，较慢的资产提供较慢的储备。然而，对于大型电池，与任何其他资产相比，其斜率（资产改变其功率输出的速度）非常高。电池可以在几秒钟内从最大吸收切换到最大注入。
这种几乎可以立即改变功率输出的能力可能会使快速和慢速储备之间的差异变得不那么有用，因为在电网中，大型电池储能主导着辅助服务的提供。Lion Hirth甚至提出了更进一步的看法：
电力市场目前以15分钟为周期运行。对于电池来说，这个周期太慢了，因为它们切换得非常快。从短期来看，我们需要制定规则，从长期来看，我们需要将市场时间单位缩短到1分钟。
逻辑很简单：我们目前的市场结构（15分钟周期）和电力储备组织是在这种技术完全不存在的情况下设计的。随着大规模电池的迅速崛起，我们可能需要重新思考如何保持电网平衡。
总结
让我们用几个要点来总结一下：
降低成本和项目模块化（以及相关的好处）正在推动大规模电池市场的发展。
增长势头惊人，2024年的储能容量将是2023年的三倍，而且这一趋势似乎还将继续。
主要收入来源是辅助服务（平衡）和能源套利，容量支付是第三种途径。
很难预测某个特定市场何时会达到电池饱和，但从长远来看，我预计每个市场的电池利润率会相似或接近。
大规模电池可能会产生重大影响，因此可能需要重新设计电网运营和市场。然而，大规模电池的采用可能会比任何此类后续改革进展更快。
