尤晟+徐晨

【摘 要】光伏储能系统可以起到弥补线损、功率补偿、削峰填谷、提高电能质量、孤网运行功能，极大地提高了光伏发电的商业价值；储能技术自身的不断突破和创新也将推动该行业快速发展。近年来，特斯拉、LG化学、三星及一大批国内企业争先进入光伏储能领域，市场激烈竞争的大幕已经拉开。

【关键词】发展过程；市场容量；发展趋势；技术进步；市场竞争

一、光伏储能技术的功能、组成和发展历史

过去10年，光伏产业在全球范围内发展迅速，但单纯光伏发电由于存在波动性无法满足用户侧连续供电的要求，需要多能互补或大电网来支撑和平滑，而储能技术可以实现平稳输出，减少对电网的冲击。此外，储能技术也可以实现夜间的持续供电，增加发电产出，提高电网灵活性，上述优点极大地提高了光伏发电的商业价值。

电池储能系统在风电、光电等新能源领域的应用最早可以追随到上世纪90年代，为实现不中断电源、改善电能质量、削峰调谷的功能，当时德国在Bocholt 风电场（2兆瓦）和Herne光伏电站（1兆瓦）配置了电池储能系统。2003年，日本在Hokkaido 风电场（30.6兆瓦）安装了6MW/6MWh的全钒液流电池储能系统，以平抑输出功率波动。我国的光伏储能产业起步较晚，2014年，国家电网启动坚强智能电网首批试点单位，开始储能系统和能源互联网的试点。

光伏电储能系统一般可分为离网储能系统（又称独立光伏发电系统）和并网储能系统，后者目前是主流模式。光伏储能系统中，蓄电池选择非常重要，需要考虑的因素包括电池的安全性、充放电倍率、响应时间、能量密度、使用寿命、环境适应性以及成本经济性。目前蓄电池种类主要包括钠硫电池、全钒液流电池、磷酸铁锂电池及铅酸电池。铅酸电池的主要优势是成本价格低廉，安全性防爆性能强，但使用寿命短，能量密度低，回收时的环境风险较高。全钒液流电池使用寿命长，安全性高，选址自由度大，维护简单，操作成本低，无污染，系统可全自动封闭运行，但缺点是能量密度低，单位功率成本高，占地面积大。钠硫电池产生的能量大，效率高，使用寿命长，原材料容易获得，但缺点是安全性较差，原材料易燃易爆；此外，钠硫电池在运用还需要真空环境和加热加温条件下运行。

能量管理系统（BMS）是储能系统的关键部件之一，一般而言，必须具备以下功能：第一，单体电池电压均衡功能及电池组保护功能，以修正串联电池组中单个电池电压、能量的离散性，防止单体电池/电池组过压、欠压、过充、过放、过流，并需要具有报警保护、切断等功能。第二，数据采集、热管理、诊断功能，主要采集的数据包括单体电池电压、充放电电流，温度、蓄电池内阻，以诊断分析单体电池当前容量/剩余容量（SOC）和單体电池健康状态（SOH），并对电池组进行状态以及可持续放电时间的评估。此外，锂电池模块在充电过程中，所产生热能会使电池模块的温度上升，功效发生变动，所以BMS还应具有热管理的功能。第三，故障诊断和容错功能，BMS需要及时检查电池组中是否存在已损坏或即将损坏的电池，及时判断故障电池及定位，给出预警信号，并对这些电池采取适当处理措施。当故障积累到一定程度就需要给出重要告警信号输出、并切断充放电回路母线或者支路电池堆，避免恶性事故发生。BMS对瞬间短路的保护延时时间是微秒级的，短路的瞬间就需要切断了回路，避免短路对电池带来的巨大损伤。

二、全球的光伏储能市场的发展趋势

2017年，国际可再生能源署发布《2017能源再思考》，预计2020年全球电池储能市场将快速增长到140亿美元的市场容量，到2025年锂电池占全球电池储能的市场份额将达到80%。美国研究机构Mortenson2016年的一项调查报告显示：内电池储能在未来5-7年将是最主流的储能技术，60%的专业人士认为，锂电池将是未来主导的储能技术。

德国是世界领先的储能市场，德国政府历年来高度重视光伏技术的应用，其能源战略转型目标是2050年使可再生能源供电的比例达到80%以上。GTMResearch （能源研究和咨询机构）发布的《德国储能市场2016-2021》称，到2021年德国市场用户储能将占到全部装机容量的49%。德国联邦外贸与投资署预测，家庭光伏和蓄电池的成本将于2017-2018年间降到私人用电价格水平，而且两者差距会进一步拉开，更加凸显光伏储能技术的商业价值。

瑞典的户用光储补贴政策与德国相似。2016年10月，瑞典政府宣布了储能产品的财政补助计划，覆盖了储能产品在管理系统、电池、接线与安装方面的成本，额度最高可占到储能产品成本的60%。

澳大利亚光照资源丰富，80%以上的国土光照强度超过2000kW/㎡/hour，相比德国，光伏发电的运行成本几乎只有一半。此外，澳大利亚地广人稀，电网建设不发达。以澳大利亚南部的昆士兰州为例，地理面积很大但人口稀少，大型电网覆盖成本极高，所以该地区使用电池储能具有很强的竞争力。澳大利亚清洁能源理事会2015年的一项研究成果认为：在住宅市场领域，很多澳大利亚家庭对太阳能非常支持，多年前就安装了屋顶太阳能，自己发电并存储电力，不依靠电力公司，一些家庭甚至愿意承受10年的投资回收期。澳大利亚目前约有140万个家庭使用了户用储能。

美国长期支持鼓励可再生能源的发展，出台了《可再生与绿色能源存储技术方案》以鼓励储能研发及示范应用。美国政府 2016年8月宣布了《联邦和私营部门扩大可再生能源和储能行动计划》，设定了超过8个州未来五年内的储能配置目标。美国各州近年来也加大了对储能的支持力度，马萨诸塞州2016年4月制定了《储能产业行动计划》，宣布在电网侧/用户侧和分布式开展了储能示范项目。2016年5月，加州公共事业委员会增大了储能补贴金额并对自发电激励计划进行改革。

英国对储能的前景也十分看好，据英国可再生能源协会统计，截至2016年8月，英国安装了至少1500个小型户用储能装置，共有35个单独的并网储能项目投入运行。英国能源与气候变化委员会预测，英国配电储能规模未来将超过10吉瓦。

另一方面，电池储能技术进步也在推动光伏储能产业的发展，欧洲Avicenne咨询公司的调查研究认为，锂离子电池的单位售价在过去十年下降趋势明显，2006年全球锂电池均价448.61美元/ KWH，2015年均价格已经下降到269美元/KWH。Navigant咨询公司的市场分析师认为，未来5年，锂电池的价格将进一步减少到175美元/KWH。此外，在电池寿命、能量转换效率方面的技术创新也是层出不穷，使光伏储能的商业价值更加凸显。

三、我国的光伏储能行业的发展

近年来，由于风电、光电的间歇性、不稳定性问题，我国一些地方弃电、弃风的现象频频发生，严重制约了包括光伏在内的新能源产业的发展。在这种背景下，我国储能行业的重要意义受到越来越多的关注。中关村储能产业技术联盟发布的《储能产业研究白皮书2016》显示，2015年中国储能累计装机规模105.5MW，预计到2020年，储能总装机规模将达4.2GW（不含抽水蓄能）。2016年3月，国家能源局颁发《能源技术革命创新行动计划》（2016-2030）中强调要研究发展先进储能技术，研究面向再生能源并网、电动汽车应用、分布式及微电网的储能技术，掌握储能技术各环节的关键核心技术，以达到国际先进水平。

在企业层面，近年来特斯拉、三星、LGChem等国际巨头纷纷抢占全球储能市场。国内储能企业，例如协鑫集成储能、沃太能源、科陆电子、中航锂电、中兴派能、天合储能等，也纷纷发布了户用储能产品（主要采用锂离子电池技术并配套智能化能量管理系统）。中国储能企业目前正依靠国内锂离子电池、逆变器和光伏组产业所积累的强大生产和研发能力，以多种形式（例如收购当地经销商/安装商或者与当地光伏企业建立合作伙伴关系）积极开拓澳大利亚、德国、美国等国家的户用储能市场，激烈的市场竞争大幕已经拉开。

参考文献：

[1]刘春娜.《储能电池技术前景》，中国新能源网，2016/4/7.

[2]《2016年上半年储能行业发展九大趋势》，Ofweek太阳能光伏网，2016/8/16，来源：中关村储能产业技术联盟.

[3]张喆.《光伏储能技术全面分析》，索比光伏网，2016/2/15.