將近100年來，電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壽命都大約是40年到50年，并有一定的柔性需求。能源在不斷變化，我們的系統(tǒng)也必須適應(yīng)變化。隨著可再生能源和分布式發(fā)電的興起，系統(tǒng)的柔性越來越重要。如果沒有更柔性的系統(tǒng)，接入更多可再生能源的綠色世界會(huì)碰到更多的斷電事故，讓我們的數(shù)字世界陷入停滯。

　　柔性要求在電力需求上升時(shí)(比如晚上)或者可再生能源波動(dòng)時(shí)(比如陰天或無風(fēng)日)系統(tǒng)能提供更多的備用。這種柔性可以通過長距離高壓輸電(聯(lián)網(wǎng))接入不同地區(qū)、時(shí)區(qū)的電源來實(shí)現(xiàn)，也可以通過本地的儲(chǔ)能來實(shí)現(xiàn)。

　　在電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)成本較高，或者受限于自然條件難以發(fā)展起大規(guī)模電網(wǎng)的孤島，儲(chǔ)能的需求會(huì)更加迫切。全球范圍來看，英國與加州是如今在儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用上走得比較靠前的兩個(gè)地區(qū)。

　　儲(chǔ)能的應(yīng)用在全球已經(jīng)非常普遍，不過主要還是集中于技術(shù)含量較低的抽水蓄能，第一個(gè)抽水蓄能電站是1909年在瑞士的沙夫豪森(Schaffhausen)建成的，如今98%的儲(chǔ)能裝機(jī)都是基于這種有超過100年歷史的技術(shù)。抽水蓄能的概念簡單，開發(fā)總成本較高(通常需要數(shù)十億美元)，對(duì)環(huán)境影響較大。其他包括壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)、電解制燃?xì)饧夹g(shù)以及電池技術(shù)在內(nèi)的儲(chǔ)能技術(shù)占據(jù)了剩下大約不到3%的投運(yùn)儲(chǔ)能容量。

　　據(jù)國際能源署的2016全球投資報(bào)告介紹，每100億美元與電網(wǎng)相關(guān)的儲(chǔ)能投資中，超過80%投給了抽水蓄能。不過電網(wǎng)應(yīng)用的電池儲(chǔ)能投資也增長迅速，2015年投資額是2010年的10倍。

　　盡管各種技術(shù)都在不斷發(fā)展，但從成本風(fēng)險(xiǎn)改善角度來看，電池技術(shù)是最有前景的。電池儲(chǔ)能的想法早在18世紀(jì)末就已經(jīng)誕生，最早電池由Alessandro Volta發(fā)明。電池儲(chǔ)能的首次商業(yè)應(yīng)用是在19世紀(jì)80年代，用來平衡紐約市區(qū)的隔夜電力負(fù)荷。不過直到20世紀(jì)70年代消費(fèi)電子產(chǎn)品的出現(xiàn)，電池才迎來廣泛的商業(yè)應(yīng)用。盡管電池技術(shù)已經(jīng)在我們?nèi)粘Ｉ钪衅毡槭褂?，但這些技術(shù)還未廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電力系統(tǒng)。

　　大規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的商業(yè)化難題仍然制約了它的應(yīng)用。在包括中國在內(nèi)的大多數(shù)國家，受困于電力市場結(jié)構(gòu)、政策和法規(guī)等因素，電池投資者還很難從儲(chǔ)能中賺到錢，一個(gè)可持續(xù)的商業(yè)模式需要其收入大于成本。

　　好在情況正在迅速變化，電池儲(chǔ)能的投資即將變得越來越有利可圖。簡單來說，其商業(yè)模式由給社會(huì)創(chuàng)造價(jià)值的收入和成本綜合構(gòu)成。

　　儲(chǔ)能可以通過降低輸配成本，提高柔性，提供輔助服務(wù)，增加備用容量和轉(zhuǎn)移需求時(shí)間(不限于高峰時(shí)段)為社會(huì)創(chuàng)造價(jià)值。然而，目前投資者只能從它創(chuàng)造的一部分價(jià)值中獲得收入。儲(chǔ)能要想有錢賺，需要商業(yè)模式和監(jiān)管條件的創(chuàng)新，讓投資者能夠拿到更多的錢。

　　另一方面，儲(chǔ)能成本一直在下降，從2010年前后的超過1000美元每千瓦時(shí)下降到目前的400美元每千瓦時(shí)。通用汽車與特斯拉分別計(jì)劃到2021年和2020年將電池組件成本降低到120美元每千瓦時(shí)和100美元每千瓦時(shí)。

　　大規(guī)模儲(chǔ)能的商業(yè)應(yīng)用前景需要進(jìn)一步降低儲(chǔ)能成本、提高儲(chǔ)能收入。我們正處在電池投資激增的臨界點(diǎn)。

　　全球范圍來看，英國電力市場中的容量市場與輔助服務(wù)市場機(jī)制，為儲(chǔ)能在自由市場中如何發(fā)展帶來了啟示。而加州則是通過政府規(guī)劃部門的扶持，由電力公司主導(dǎo)進(jìn)行儲(chǔ)能開發(fā)，是儲(chǔ)能在受管制的市場中發(fā)展的范例。

　　英國儲(chǔ)能的發(fā)展離不開它成熟的電力市場結(jié)構(gòu)。

　　英國從上世紀(jì)80年代撒切爾夫人執(zhí)政時(shí)期開始了一系列能源市場自由化改革，是全球最早一批進(jìn)行電改的國家。1989年的《電力法》，奠定了英國能源市場自由化和私有化的基礎(chǔ)。2000年頒布《公用事業(yè)法》，建立了電力批發(fā)交易平臺(tái)，并首次引入對(duì)可再生能源的補(bǔ)貼制度。2005年，引入BETTA(英國輸電和電力交易規(guī)則)，進(jìn)一步提高能源市場競爭。2013年起，英國電改進(jìn)入第四階段，提出電力市場改革(EMR)，引入差價(jià)合同和容量市場機(jī)制。

　　經(jīng)過數(shù)輪改革，英國原來垂直一體化的電力產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)被拆分為彼此獨(dú)立的發(fā)電商、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)營商、輸電商、配電商和零售商。除了系統(tǒng)運(yùn)營商是國有的國家電網(wǎng)公司(National Grid)之外，隨著電力系統(tǒng)的自由化和私有化，在發(fā)電側(cè)和供應(yīng)側(cè)都變成開放競爭環(huán)節(jié)，引入了更多的私有化資本投資，逐漸發(fā)展成為一個(gè)成熟的電力市場。

　　在英國的電力市場結(jié)構(gòu)中，輸配電網(wǎng)包括私有的3個(gè)輸電網(wǎng)公司和8個(gè)配電網(wǎng)公司，在零售側(cè)，6個(gè)主要的能源供應(yīng)商主導(dǎo)了這個(gè)市場，此外還有大約44個(gè)活躍的零售商和100多個(gè)注冊(cè)的零售商。

　　在英國，儲(chǔ)能項(xiàng)目主要通過其容量市場機(jī)制和輔助服務(wù)市場機(jī)制來獲利。

　　容量市場是2014年開始執(zhí)行的，它是為確保英國未來能源供應(yīng)的電力市場改革計(jì)劃(EMR)的一部分。容量市場機(jī)制的設(shè)立，是為了滿足電力供應(yīng)短缺時(shí)，能夠有電力供應(yīng)可以及時(shí)補(bǔ)充。為了補(bǔ)償這些備用容量電力的投資，通過設(shè)立容量市場，以拍賣的形式對(duì)容量進(jìn)行定價(jià)，由政府支付這部分費(fèi)用。

　　從2014年開始，英國每年會(huì)進(jìn)行容量市場拍賣，為四年后的電力容量需求尋找備用機(jī)組。參與拍賣的發(fā)電商與需求側(cè)供應(yīng)商報(bào)出自己四年后能夠提供的容量和價(jià)格，以能夠達(dá)到國家電網(wǎng)所測算的容量需求為最終需求，根據(jù)拍賣計(jì)算統(tǒng)一的出清價(jià)格作為容量市場價(jià)格。

　　2014年的首次容量市場拍賣，中標(biāo)的絕大部分容量都是由英國已有的燃?xì)?、生物質(zhì)能和核電等老發(fā)電機(jī)組。2016年，首次有超過500MW的新建電池儲(chǔ)能在容量市場拍賣中獲得了合同，所有儲(chǔ)能占2020/2021年簽訂合同的總?cè)萘渴袌?2.4GW的6%。這反映了隨著成本下降、技術(shù)成熟，電池儲(chǔ)能的商業(yè)可行性正在增大。2016年容量市場的拍賣出清價(jià)格為22英鎊每千瓦每年，高于一年前的18英鎊每千瓦每年，容量市場的出清價(jià)格越高，也意味著電池投資回報(bào)越好。

　　英國電力輔助服務(wù)市場是儲(chǔ)能能夠獲取商業(yè)回報(bào)的另一種途徑，先進(jìn)頻率響應(yīng)招標(biāo)(EFR)是其中的典型機(jī)制。

　　隨著采用異步電機(jī)的新能源比例在電力系統(tǒng)中比例增大，替代了越來越多的采用同步電機(jī)的常規(guī)發(fā)電機(jī)組，這使得電力系統(tǒng)的慣量降低。而系統(tǒng)慣量反映了電力系統(tǒng)隨發(fā)電與負(fù)荷變化保持頻率穩(wěn)定的能力，系統(tǒng)慣量與同步機(jī)組的容量直接相關(guān)，新能源機(jī)組不提供系統(tǒng)慣量。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，新能源比例升高后，面臨同樣幅度的供應(yīng)、負(fù)荷波動(dòng)，系統(tǒng)的頻率波動(dòng)會(huì)更大。

　　這一招標(biāo)吸引了大量儲(chǔ)能的投資商，一共提交了243個(gè)儲(chǔ)能項(xiàng)目方案。最終，英國國家電網(wǎng)從中選中了8個(gè)中標(biāo)者，價(jià)格為7英鎊到12英鎊/MW/小時(shí)不等，平均為9.44英鎊/MW/小時(shí)，所有招標(biāo)采購價(jià)為6595萬英鎊。這次成功的招標(biāo)確保了為期四年的輔助服務(wù)合同。

　　加州是美國清潔能源發(fā)展最為激進(jìn)的州之一。2016年底，加州境內(nèi)風(fēng)電、光伏、光熱的裝機(jī)容量已經(jīng)占到加州總裝機(jī)容量的20%，其中光伏約占11%。

　　隨著可再生能源比例越來越高，尤其是光伏比例的大幅度提高，其波動(dòng)性對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的影響也越來越大。2012年，加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商CAISO發(fā)布報(bào)告，提出在用電處在高峰、而光伏發(fā)電降低的傍晚時(shí)分，需要大量的柔性輔助服務(wù)來平衡系統(tǒng)。

　　這一動(dòng)態(tài)響應(yīng)的預(yù)測曲線就是加州有名的“鴨型曲線”(Duck Cruve)。

　　圖中的曲線表明了加州一天24小時(shí)中總能源需求減去可再生能源供應(yīng)的凈需求。在傍晚，隨著太陽落山，光伏發(fā)電迅速減少，而用電需求卻在晚間進(jìn)入高峰，需要非光伏發(fā)電迅速補(bǔ)充。

　　圖中多條不同的曲線代表著不