德国储能发展现状及 德国可持续供热方案研究—— 最佳实践及中国的适用性分析 对中国的借鉴意义 中德能源与能效合作伙伴 出版说明 《德国储能发展现状及对中国的借鉴意义》研究报告在中德能源与能效合作伙伴项目框架 下发布。中德能源与能效合作伙伴项目立足于政府层面，致力于促进中德两国政府在推动 能源转型领域的政策对话，同时也促进两国企业的交流。中德能源与能效合作伙伴在两国 主管部委领导下开展活动，中方负责整体协调的部门是国家发改委和国家能源局，德方是 德国联邦经济与能源部。受德国联邦经济和能源部委托，德国国际合作机构（GIZ）负责 该项目德方的具体实施。 出版方： 中德能源与能效合作伙伴 北京市朝阳区亮马河南路14号 塔园外交办公楼2-5 邮编：100600 c/o 德国国际合作机构 Torsten Fritsche Köthener Str. 2 柏林10963，德国 研究负责人： 尹玉霞、Maximilian Ryssel 德国国际合作机构 研究协调方 ： Wolfgang Eichhammer 弗劳恩霍夫系统与创新研究所（Fraunhofer ISI） 作者： Wolfgang Eichhammer、郑琳、 Marian Klobasa 弗劳恩霍夫系统与创新研究所（Fraunhofer ISI） 致谢： 特别感谢电力规划设计总院程晨璐和王雅婷对本研究的支持！ 引用格式： Fraunhofer ISI.（2020）:《德国储能发展现状及对中国的借鉴意义》卡尔斯鲁厄 图片来源： 德国联邦经济和能源部（封面） 排版： 翁芳萍 德国国际合作机构 © 北京，2020年8月 本报告全文受版权保护。截至本研究报告发布前，德国国际合作机构和相关作者对出版物中所涉及的数据 和信息进行了仔细研究与核对，但不对其中所涉及内容及评论的正确性和完整性做任何形式的保证。本出 版物中涉及到的外部网站发行方将对其网站相关内容负责，德国国际合作机构不对其内容承担任何责任。 目录 前言 4 缩略语表 5 1 执行摘要 7 2 简介：德国储能发展 9 2.1 电力部门的灵活性需求不断增长 10 2.2 提升电力市场灵活性的方案 12 2.3 研究方法 14 3 德国和全球储能系统/技术的现状 15 3.1 储能系统的典型应用领域和技术特点 15 3.2 储能系统的现状与发展趋势 17 4 储能系统应用案例 26 4.1 储能案例的选择 26 4.2 15个案例的应用、技术和经济特征 27 4.3 德国储电利用的商业模式和市场模式 30 5 储能在德国能源转型中发挥的作用以及德国的储能支持政策 36 6 德国的储电规范 39 7 从中国的电力市场框架和政策背景看德国电力储能 41 8 图录 42 9 表录 43 10 参考资料 44 附件：德国储能系统的15个案例 46 4 德国储能发展现状及对中国的借鉴意义 前言 尊敬的读者朋友们， 2020年新冠疫情在全球的爆发和流行让我们看到人类社会在环境灾难面前的 脆弱性。在医护、科研人员全力应对，紧急开发疫苗的同时，为了支持经济 发展和保障人民生活，各国政府也都相继出台了经济复苏和刺激计划。经济 复苏计划的核心内容大多都涉及抓住机遇，实现“绿色复苏”和应对即将到 来的全球变暖危机。 例如，德国已通过了规模达1300亿欧元的一揽子经济复苏计划，其中500亿欧 元的预算将用于德国的现代化建设，包括对可再生能源、公共交通、氢能和 电动汽车的投资。同样，欧盟理事会批准了7500亿欧元的一揽子复苏计划， 该计划将与《巴黎协定》和欧盟的气候目标保持一致。中国为确保“十四 五”的高质量发展也制定了重要的目标和措施。 能源转型对于减少碳排放至关重要。2020年上半年，德国可再生能源占该国 净发电量的比例已超过55%。因此，为解决和平衡可再生能源占比不断提高情 况下带来的电力波动性、间歇性这一问题，我们亟需创新的解决方案和商业 模式。近年来，德国储能市场十分活跃，尤其是在支持电力市场辅助服务和 家庭应用方面更是如此。 该研究报告聚焦于储能这一重要主题。报告描述了储能在德国所发挥的作用 以及支持其发展的政策框架，并提供了不同储能应用的具体案例。报告在德 国联邦经济和能源部（BMWi）和国家能源局（NEA）的指导下，由中德能源与 能效合作伙伴项目发布。我衷心感谢所有参与报告研究的专家和合作伙伴（ 弗劳恩霍夫系统与创新研究所、电力规划设计总院以及中关村储能产业技术 联盟）为该研究项目做出的贡献。希望本报告能引起我国储能行业的政治决 策者、专家、企业等同行们的兴趣和关注，并对我国储能行业的未来发展有 所借鉴和启示。 Markus Delfs 德国国际合作机构（GIZ） 可持续转型--投资与基础设 施、能源、交通、废弃物管理 项目组主任 德国储能发展现状及对中国的借鉴意义 缩略语表 缩略词 释义 BESS 电池储能系统 CAES 压缩空气储能 CHP 热电联产 C&I 商用与工业 CSP 集中式太阳能 DIN 德国标准化协会 EEG 可再生能源法 EnWG 德国能源经济法案 ES 储能 EV 电动汽车 FCR 调频备用 GHG 温室气体 GW 吉瓦 KWKG 热电联产法案 LAES 液态空气储能 PHS 抽水蓄能 PtCH4 电转合成气 PtH2 电制氢 PtX 电转X（电力转换为X=热能，交通工具，氢，合成燃料和化学品等） PV 光伏 RES 可再生能源资源 SMES 超导储能 StromNEV 电力网费条例 Tce 煤当量（1tce=29.39千兆焦耳） 5 6 德国储能发展现状及对中国的借鉴意义 缩略词 释义 UPS 不间断电源 VRE 间歇性可再生能源 VPP 虚拟电厂 V2G 车辆（电动汽车）到电网 7 德国储能发展现状及对中国的借鉴意义 1 执行摘要 过去几年，在可再生能源和储能技术成本降低的双重推 动下，储能行业发展相当迅速，尤其是得益于迅猛发展 的电动汽车电池技术。 储能是促进能源系统实现气候中性转型的重要驱动因 素，同时储能还可以与其他能够提升高比例可再生能源 电力系统灵活性的技术相结合，例如电网扩容、需求响 应和能源效率技术。 抽水蓄能系统和热储能系统与集中式太阳能电站相结 合，已显示出通过大容量储能提供灵活性的能力。通过 提供网络服务和优化输配电网，电池储能系统以及尚未 得到广泛应用的储能技术如压缩空气储能越来越多地显 示出在提升灵活性方面所作出的贡献。电池储能不仅在 大规模应用中意义重大，在电表后端需求侧这一小规模 应用领域的作用同样不容忽视，其市场也在不断扩大。 储能系统在德国越来越普及，一方面是由于德国电价较 高；另一方面，光伏与储电相结合降低了自发自用的发 电成本，因此独立用户对储能相关的解决方案很感兴 趣。但是，这一发展趋势必须是有利于电网优化的，否 则就必然要求电网的大规模扩容。 在本报告第四章中，我们将选择15个储能系统的应用案 例（其中大部分是德国案例）进行详细分析。表1展示 了入选案例分属的类别： 表1：15个储能系统应用案例概览 四例大型电池储能 电池储能 电化学储能 电动出行储能 私人/家用 （固定式 家用储能） 小型/分布式 储能 电网耦合式（捆绑式和 独立式）两例 非电网耦合式 商用/企业 数据中心（服务部门） 工业 内部物流公司 电动汽车向电网放电（商用和公用）两例 电制氢（电制氢与电动汽车相结合） 化学储能 电转X 电转合成气（电转甲烷与电动汽车相结合） 抽水蓄能 机械储能 压缩空气储能 本报告详细地探讨了三个商业案例：大规模储能对电网 频率调整的贡献、利用储能系统优化光伏电力自发自 用、储能参与电力现货市场。 储能在能源系统转型方面发挥着重要作用。然而，大规 模储能容量并不一定是成功实现能源转型的先决条件。 在德国，良好的输电线路和与邻国的良好互联保证了足 够的容量用以平衡大部分间歇性可再生能源。虽然与未 来情景下的发电和输电相比，储能的能源总量很小，但 是储能可以缓解电网扩容的压力，使转型过程更加平稳 8 和高效。在电网扩容面临公众接受度问题的地区，情况 尤其如此。在比德国小，且与邻国之间的互联线路不够 理想的国家，例如，岛国或处于外围的国家如葡萄牙， 储能的价值会进一步凸显。对于领土面积大的国家来 说，情况也是如此。在这些国家中，由于可再生电力必 须远距离输送，因此输电网络的成本更高。 当前，针对灵活性利用的监管框架非常复杂多样。相关 规定并非始终一致，而且分散在各种法律法规当中。因 此，监管框架和电网使用费用机制的改进必不可少，从 而鼓励灵活性利用，以便电网受益。 德国储能发展现状及对中国的借鉴意义 但是储能系统的价格仍然高于其他灵活性方案。因此， 降低成本是提高储能系统经济效益的最重要前提。除了 研发以外，标准化对于提高储能系统经济效益也非常重 要。标准化是批量生产的先决条件，并有助于加快技术 知识传播和创新。除了经济效益外，安全性在电池等储 能系统中也发挥着重要作用。标准化可以为产品安全性 提高做出重要贡献。标准化还涉及其他方面（例如安 装、验收、并网、处置），这些方面也与储能技术的发 展有关。从国际上来看，标准化可以避免在贸易中出现 技术壁垒，从而降低市场准入门槛。 © shutterstock/ petrmalinak @Shutterstock 311732285,Lee Yiu Tung 德国储能发展现状及对中国的借鉴意义 2 9 简介：德国储能发展 在中国，可再生能源的快速发展增加了传统电厂和整个 电力系统对灵活性的需求。弃风弃光仍一直是中国面临 的一个挑战，虽然近年弃风弃光问题有所改善，但是中 国电力部门仍需更多的灵活性。2016年中国全年弃风率 高达17%[1][2]，甘肃等省份全年弃风率甚至高达40%。 在采取了一系列措施后，到2019年，年弃风率和弃光率 分别降至4%和2%。当前，提高电力灵活性的措施主要是 针对火电厂。但在消费侧和输电侧，在引入平衡电力市 场试点和计划引入针对需求响应措施的