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李立理:基于电动汽车、储能云与区块链的“零边际成本”储能市场演进路径

   日期:2018-06-05     来源:中国储能网    浏览:5742    评论:0    
核心提示:5月19日至21日,第八届中国国际储能大会在深圳隆重召开, 来自中国、美国、德国、英国、加拿大、西班牙、日本、韩国、澳大利亚等
5月19日至21日,“第八届中国国际储能大会”在深圳隆重召开, 来自中国、美国、德国、英国、加拿大、西班牙、日本、韩国、澳大利亚等国和地区1500余位政府机构、科研院所、行业组织、电力公司、新能源项目单位、系统集成商等代表出席本次大会。

清华大学四川能源互联网研究院特聘研究员李立理在能源区块链&云储能专场,发表了题为“基于电动汽车、储能云与区块链的“零边际成本”储能市场演进路径”的精彩演讲。


演讲内容如下:

李立理:很高兴今天有这个机会应主办方的邀请来和大家交流比较前沿的课题,我之前在国家电网公司的智库机构国网能研院工作8年时间,主要做战略和政策的研究,后来又去了投资机构,大概工作了一年左右的时间,现在是自己出来创业,同时在清华这边做兼职的特聘研究员,所以今年跟清华一块儿配合国家电网公司,包括围绕储能行业做了一些思考和研究,借这个机会和大家做分享。

这个题目很大程度上受到国网电动汽车公司江董事长的启发,他提到零边际成本的概念,这个概念实际上在第三次工业革命的作者写第三次工业革命之后写一本新的书,零边际成本社会的理念。未来我们的社会是怎么把现在有的存量的资源去最大化的实现全社会的共享。这样的启发,让我们发现,储能的应用在10-15年看也会往这个方向走,它也需要支柱性的支撑。这样的产业可能和我们隔壁几个论坛正在讨论的,比如储能电站、调峰调频的市场,可能会有很大的不一样,但我们希望今天的思考能给大家从5-10年,近期、中期10-20年的周期认识这个行业有些帮助。

今天讲三个方向:一是零边际成本的储能很重要,核心就是这个成本要非常低,才能适应未来整个电力系统自我净化和可持续发展的需要。二是未来零边际成本储能市场需要哪四个关键的支撑要素。这几个要素,我们觉得是提纲挈领的,可能是需要大家重点关注的内容,有几个可能是近期的,有些是更中远期的。三是关于零边际成本储能市场的演进路径。应该说提出未来的路径是很难的事,我们整个研究应该从刚才的介绍也是比较初步的阶段,我们现在正在配合国网公司和其他相关的实践落地的单位,包括地方的配电公司在探讨怎么一步步切入,所以这里面应该是我们初步的研究成果,有很多不足之处,请大家批评指正。


大家怎么认识储能?大家比较缺乏的是对储能事情本质规律的认识,很多要么做电力系统,从电力系统的角度谈,要么就是提到区块链和云储能,和电力系统没有关系,这两个东西应该结合起来谈。从本质看,我们觉得储能跳脱不了存储或者仓储行业的本质。我们也做了类比的研究,觉得还是有点意思,现在最重要的两个仓储,其实在现实世界发生的有两块:一是商品的仓储,我们现在看到的快递物流,实际上我们相信商品仓储里面,仓储起的作用和体现的规律性的东西,一定会以后的电力储能里面体现出来。二是数据存储,这和商品存储不一样,数据存储结合大数据,本身存储未来也会产生潜在的价值,这是和商品存储不一样的。我们可以看到,不管是商品流存储还是数据流的存储,应该说都有一些演进的规律。这些规律,我们认为是未来讨论电力存储要关注的。

今天的题目是“云储能和区块链”,其实也是未来在制造商品流的溯源里面会考虑区块链的应用。区块链出现之前已经发生了很多变化,比如说人工到自动化的衍变,从信息化到智能化的变化。大家知道顺丰也做智能云仓,实际上也是从专用化向未来开放共享的方式衍变,张教授也提到云储能的理念,很多很相通。另外我们也看到数据流的变化,数据流更重要的是成本一直用摩尔定律下降,所以越来越便宜。这在电池里面已经有相应的迹象。从最早的阿里提去IOE的行动,实际上把整个专用软件和集中式的服务器都进行分布式和开源体系的转变,这是未来储能体系变化很重要的趋势。另外一个很重要的是整个数据流从独立实体向虚拟化的混合云平台方向发展,也不能单纯的提云,用户的公有云和私有云的变化,未来是我们说的公有储能和专用储能的结合。很重要的是从这两个行业对电力储能有很大的启发。初步判断,我们觉得会更接近商品物流的特点,其实电力要的就是送过来、存起来,我用的是电,如果有储能,就是一个普通的商品,但是它和现在的快递又有很大的不一样,快递不能实现光速的传输和调配,大家知道这个电的传输和调配是实时发生的,电网本身已经有一个巨大的网络和互联网从速度和覆盖范围都是可以比拟的,在这方面有数据存储的特点。以后电力存储是数据流的存储方向和商品流存储方向的有机结合。

回到仓储的本质,我们发现实际上成本是最关键的因素,如果没有摩尔定律下来的这种内存和硬盘存储的下降,不可能有现在说的大数据和云计算的发生。如果没有京东和顺丰民营企业在大型物流企业在仓储革命的变化带来成本的下降,也没有现在这样便捷的电商和低成本物流的体验。成本下降非常重要。仓储的目标,这两张图是它本质的规律。横轴是随着仓储的增加,整个系统的成本会往下走。上面的图是随着仓储的增加,运输的成本往下走,仓储本身的成本往上增加,库存的成本有些增加,这是商品物流的特点。最后带来的结果是下面这张图,你的仓储越多,你响应用户服务的时间越短,用户体验更好。但是成本随着设施的增多会下降,如果设施到临界点以后,整个系统成本是增加的,储能也有系统里面最优配置的市场空间和市场份额。

市场多大呢?在这之前还有一个问题,如果只能建一个仓库,这个仓库应该建在哪里?我觉得这是目前大家在整个储能的应用里面缺乏指向性的,我们现在提到发电侧的储能,参与系统辅助服务的储能,用户侧的储能,每个市场好像都可以做。如果从系统的角度考虑这个问题,在你资源有限的情况下,我们先抛开现实世界的利益关系,实际上有一个最优选择的,这是我们初步的研究成果,不一定对。我们现在判断,对于一个电力系统,其实从投资和运营的角度,大概是发电,送端会有一个枢纽变电站,最后到负荷的资产。储能以后要体现价值,是在整个系统的成本有所降低。哪块投资的价值最大?如果在发电资产端建,起到更多是降低发电的有效装机的需求,这是最大成本的节约。送端站在储能云的角度,可以实现送端的储能给多个发电厂实现共享储能能力,但是它的效益更多,还可以这条送出线路的容量降下来。如果受端建储能电站,实际上可以把输电线路的成本降下来,再往下走到负荷端建用户储能,实际上这个影响是一直对前端所有环节都会带来效益的。其实从系统的角度是在用户端建储能产生的效益最大,既降低发电成本,又降低主网成本,又降低负荷成本。

当光伏电站需要调峰,我们只要把负荷侧的负荷调用起来就可以,不一定要在发电厂内部或者附近专门建储能电站调峰,而是直接放到负荷侧,因为中间有网络连起来了。

这是我们的判断,也是觉得未来大家在做市场开发以后,要更多的考虑这个储能电站究竟放在哪儿。

市场空间要看负荷曲线,中国的负荷曲线和国外的地区可能不太一样,中国各个地区也不太一样,要做储能一定要分析负荷特性,负荷特性是做储能最基本的出发点,可能从整个事物逻辑的出发点考虑。这个负荷特性最有代表性或者最影响电力系统发展的就是加州的鸭子曲线。最上面是2012年的负荷曲线和常规负荷曲线很像,最下面是预测2020年,2016年某些天数已经到,未来的负荷特性会有变化,现在的负荷曲线虽然有峰谷差,但是没有想象的那么大。现在中国的一些地方的日负荷率基本上到85,高的地方到90,调节的空间也就是在10%-20%之间的水平。如果有更多的分布式光伏进来,整个负荷峰谷差会加大。按照2012年的曲线看,通过负荷侧的储能,把它整成一条曲线,它是上面的灰色线,到2020年,平均负荷曲线会往下移。这个会带来很大的影响,其实以后光伏解决的是这端,从最低到上面最顶的负荷尖峰靠常规电源,清洁能源虽然发展越来越多,但是加州的电力系统需要的常规电源的数量反而是不减反增,这是电力系统未来很大的困扰。

带来成本的节约很明显,如果把负荷曲线拉平,首先发电成本,不管是清洁能源还是常规能源都会下降,输配电容量需求也会下降。负荷侧的影响降的成本更多是上游,另外这里面也会提到,在没有分布式电源的模式下和有分布式电源的模式下,整个储能的投入空间会有巨大的变化。在传统没有分布式电源的模式,对最上面的负荷曲线,储能的时间大概是5小时,在晚上的低谷进行存储。到2020年按照加州的负荷曲线,我的功率是最大负荷要到30%左右,对储能的需求会有2-3倍的提升,另外储能的时间会变长,而且储能的时间段会从晚上到白天,和大家现在理解的削峰填谷完全不一样,在加州用了8年时间,在中国估计也就是5-10年时间,我们对储能的理解和应用的场合和时间会有颠覆性的变化,这是希望今天报告能给大家启发的。

空间和效益究竟多少,我们拿加州的电力系统做测算。没有储能到有用户侧储能,最大负荷有显著的下降,而且2020年的平均负荷比2012年还低,右边的表,在四川院建储能经济性的模拟模型,做了初步分析的结果。从2013年、2020年到2030年,负荷从85%降到60%,储能的成本往下走,我发现储能其实对应的负荷削减的潜力是显著增加。大家知道储能最优的空间,不是说你无限制的装,装到多少够呢?这个最优的解,说实话我们没有算出来,并不一定拉平最优,而是更早达到最优的点。目前把负荷曲线拉平看,如果按照85%的负荷率,是目前中国大部分省网的负荷率,只需要3.7%的储能电量,真正需要存储或者储能能发挥的空间也就3.7%的电量空间,随着分布式光伏的发展,到2030年,这个数据涨到22%,未来要把负荷曲线拉平,大概有22%的电要经过电池的存储才能做到。这个空间没有分布式光伏,可以想像按照现在的电力系统,这个空间是非常低的。

这个效益体现在发电环节的固定成本、输配电的固定成本和未来发电侧的电力市场带来边际成本,就是电力批发市场低成本电源得到更大程度的利用。这三个环节的效益差别很大,目前最大的是在发配电环节的成本节约,通过左下角的整个加州的电力终端销售价格的成本结构,可以看到基本卖给用户的电力销售价格结构,输配电价格和发电价格接近和相当的水平,他们的预测是输配电成本占比会超过发电的成本占比,未来最大的成本节约是输配电固定成本的节约。最后整个的效果大概能节约多少呢?如果我们在2013年的电力系统来看,大概能节约8%,到2020年节约10%,到2030年节约19%。需要增加多少储能的投入?大概总成本的增加到2013年,我们用2.43%的投入带来8%的节约,到2020年这个数变化不大,2030年整个成本会增加6%。总的来看,其实储能对整个电力系统的投入产出来说是很好的,也就是投入1块的储能带来3块钱成本的节约。这是非常划算的事情,但是这个事情也是很难的事情。因为我们刚才想象的都是思想实验,也就是说我有了储能以后能把储能削平,很多输电线路都可以退出,但是电网发展不是这样,输电线路和电源建了,储能把负荷拉平,存量的资产还在,沉默的成本是没有办法进一步下降的。

现实情况中,我们发现很多的成本是取不到的,也就是说最大的两块成本节约是很难实现的,哪里能实现?增量配网里面可能有机会。所以我觉得未来先建的线路或者电厂,一些增量的环节是需要大家重点关注的储能应用的场景。现实世界里面,我们能实现最可靠的成本节约是来自度电的边际成本节约,通过电力批发市场买更便宜的电源,然后高成本的调峰电源尽可能少用,这个成本节约是我们发现你这个成本节约并不能弥补你在储能方面的投入,所以这是非常重要的问题。所以带来的问题是储能的成本一定要比现在想象的还要进一步降低,要大幅度降低,才能在现实世界里面找到生存的空间。

当然,生存的空间是现在必须要做,因为整个国外电力市场最关注的事情,这两年美国大家都关心的问题就是电力公司死亡螺旋的问题,死亡螺旋怎么来的?刚才提到要发展可再生能源、要应对气候变化,要应对环保问题,可再生能源的发展不能带来传统电源容量和输电容量降低,反而传统电源容量要继续增长,带来整个终端售电价格会进一步往上走。终端价格往上走带来什么情况?用户说干脆不用电网的电,自己建,造成用户的自发电设备发展,用户的电网设备发展之后,就说用成本+收益的发展模式,造成的配电容量在整个加州来看是往上走的。这又会带来一个情况,你的成本进一步往上走。用户会更愿意去建设自己的设施,电网收入的客户的群体会下降,反过来终端的销售电价会进一步上涨,这样的死亡螺旋大家觉得这个模式不可持续。这个问题怎么解决呢?可能未来还是需要通过储能解决。

第一个是要从负荷侧控制最大负荷的增长,控制最大负荷的增长就把未来新增的电网投资降下来,另外建设增量的输配电网和电源的时候,要把储能带来的优化效益,就是一份投入三份产出考虑进去,最后改善电力行业的边际成本投入产出效益,终端的售电成本才会进一步往下走。电力公司未来不再是按照投资成本+收益的监管模式,未来更多是基于你为整个市场带来多大改进的效益。这样公用事业企业未来要向平台化企业转变,现在很多电网企业积极转型的重要原因。

加州其实死亡困境,这几年车起来,也是因为分布式光伏这几年才真正上量,用户有了选择以后,才会倒逼这个改革的发生。加州的形式的倾向已经显示出来,上面是用电需求,大家看到已经停滞,甚至微微往下走。死亡螺旋从2006年到现在,包括居民侧是有明显的上升,上升的结果会造成用户干脆去自己建户用的发电设施,最上面的图就指的是户用发电的全生命周期的成本,那个成本比现在加州的终端居民侧的售电电价要低,用户自己建设施的激励会变得很强。这样会造成自用的装机进一步上升,又带来需求的进一步停滞,整个循环就会带来电力公司的难以维系。

这是为什么需要零边际成本,不管是从整个行业的效率还是从电力行业的可持续发展来说都非常重要。未来有哪四大支柱呢?

1、光伏发电,光伏发电是零边际成本储能重要的推手,首先他的成本会降低,另外我们如果用传统模式做,调峰的成本太高。2、电动汽车是零边际成本储能的重要来源。3、储能云。4、区块链。储能云和区块链更重要的是搭建市场的基础设施,这是下一代能源市场的重要基础设施,跟阿里巴巴为中国的商业搭建一个新的基础设施一样,所以大体上这四个环节是必不可少的。

光伏发电目前越来越接近平价区间,单纯从成本来说和传统能源竞争,这是美国EIA的报告,上面是可调度的能源,下面是非可调度,光伏、风电都已经和传统电源进行竞争,所以他们预测未来增长最快的两个能源就是可再生能源和天然气发电,整个煤和核电都会往下走。下面可以看到,未来风电基本上是比较稳的增长,但是整个solarPV会有快速增长,去年我们国家的分布式光伏发电很快。未来5年的中国可以看到。整个光伏带来的问题,从现在很多是晚间调峰变成日间调峰的问题,在没有储能的模式下,我们可以看到,鸭子曲线中间的肚子会进一步往下走,你要把晚上的高峰顶上去,意味着燃气技术的能力和容量要进一步加强,应该说整个的系统成本会进一步增加。在零边际成本储能情况下,未来带来的是另外一种选择,也就是说负荷侧的分布式光伏,不是用来用的,而是存的。白天用的是集中式光伏,晚上把白天的分布式光伏用来使用。只有这样的情况下,我们未来的化石能源、燃气能源机组才能退出,不然系统总是有需要,即使需要的时间非常短。

在EIA预测,整个电网级的储能需求从2020年到2030年是增长最快的,但是遗憾的是EIA的报告里面没有看到它对于用户侧的自己的储能的影响,但我们目前觉得负荷侧的分布式小规模储能反而能得到更大的发展。

刚才提到负荷侧的影响,更长远的是在发电侧的影响。发电侧的影响和刚才原理很接近,我们现在建集中式的风电和光电都需要光(风)火打捆模式,要用输电线路送出来,这是非常不合理的模式。环保效益很有限,因为火电机组,建风电和光电是为了环保,结果还要配火电机组,不配,这个输电线路只有一个时间段用,成本太高。未来我们可以实现纯光(风)储能的送出,这样线路的利用率可以和常规机组竞争,未来的风(光)的容量会可能不是和输电线路匹配,而是容量大会超过整个送出线的容量,多的容量会存储起来。核心经济学的理念是,首先要取消打捆的火电,因为经济性太低。成本进一步降低就可以替代常规火电和水电的送出。这样的演进路径是未来发电侧要重点关注的方向,需要的前提条件是边际成本储能要足够低,要低于机组在批发市场的能量的差价,这是要求非常高的。

我们未来需要非常便宜的储能来源,这个来源是有的,这个来源就是电动汽车。首先大家可以看到电动汽车快速增长,这样的增长势头,我们觉得未来可以赶上储能电力系统的需要。到2030年能到6000到1亿辆,目前来看是体量非常大的增长。这样会带来巨大的储能潜力,这是发改能源所做的研究,整个调峰,2017年能到千万千瓦级的功率调节的能力,到2030年能到几亿千瓦的调节能力,整个最大负荷可能也就是在大概9-10亿的水平,这个调节能力很高,和我们刚才说的需求能很好的匹配。

为什么说是成本最低的来源?因为用户在买车的时候把电池的成本付出去了。如果我再把电池做储能的服务,并不需要额外付出更多的成本,包括配套充电设施是之前一次性投入过的。另外很重要的是现在对未来电动车最主要的群体,私家车来说,每天需要的整个用电量是非常低的,也就是说未来整个车上的电池的能力,如果只是满足一个私家车用主日常行驶需要,整个能力只占到整个生命周期发挥能力很小的比例。2030年80度电,也就是四五百公里的车,大概跑10年只需要消耗4万度电,还有12万度电闲置不用。加上停的时间和行驶的时间占比,停的时间高于行驶时间。这个能源可以做有序充电,这是向下的调节。下一步向电网放电,可以实现向上的调节。最后还有梯次利用,梯次利用解决的是在车上用只能在家里或者有充电桩的地方,在空间上还是受限,如果用梯次利用可以把电池退下来,送到发电端或者电网端做很多系统级的应用,这比用新电池便宜很多。

储能云,更重要的是要构建分层、分区、协调统一的市场平台和交易机制,这里面想强调一点,我们刚才提到了区块链和储能云,恰恰忽视的一点是电力的一笔交易离不开所负载的物理网架,比如说一个地方要切负荷,要让这个工厂停工,可以买储能,买储能但是只能买这个台面下面的才能解决变压器的问题,不能跳过一个台去领域一个云上买别人的储能,那个储能不能解决他的问题。未来整个电力市场储能的交易市场不能脱离实体电网,一定要和实体电网密切相关的市场机制,他要具备电网的分成分区分级的特点。国网电动汽车公司目前很高兴看到它提储能云的战略,这个战略我们解的对整个中国的储能市场形成有很重要的意义,包括它是最大的受益方,也是未来最大的潜在买方,也是电力市场化改革的主体,它在推进试点和体制机制突破方面有它得天独厚的优势。

区块链,没有什么新鲜的东西,技术很多都是现成的,更重要的是第一次把这些技术用现在的方式给整合出来,尤其在共识机制方面有重要的突破。我们觉得不能太神话区块链,也不能太乐观的看待区块链可以解决所有问题。我们刚刚提到传统的中心化模式有很好的优点,包括它的速度快、可靠性高,包括安全性也未必比区块链更低。区块链有安全性上的优势,区块链上安全各有优劣,区块链有三种不同的形式,这里不详细展开。但我们觉得从电网级、区域级的市场搭建来说,一定是联盟链的一种方式,因为只有它才能继承中心化的优势,又把区块链的理念很好的融合进来。公有链和私有链更多是解决终端的问题和更小局部的问题。它能够降低很大的成本,但这个成本的取得并不是技术本身带来的,技术只是给我们提供了一个选择。其实用中心化的方式一样可以做到信用成本的降低、管理成本的降低、交易成本的降低,很多时候不是中心化做不到透明开放,而是中间的主体不愿意开放透明,区块链的技术出现会让大家追逐,会让大家关注,大家不想落伍,会带来新的动力,一旦用上这个技术就必然要开放、透明,会带来我们说的信任成本、管理成本和交易成本的降低,大家知道你作为一个企业最头痛的是拿不到足够的信息做你要的决策,区块链通过合理访问权限的设置,任何参与主体都可以做出科学的决策。这是很关键,降低非常多的社会资源的浪费。


演进路径,这是我们很难提的,我们初步提了一下,现实情况下还是要在现有体系下,包括现在的调频市场,容量市场,配电侧的市场,我们觉得大家要关注的是未来2-3年,在东部的分布式光伏带来日间调峰的压力,这和大家想的晚上到白天的削峰填谷有很大的变化。而且第一阶段电动汽车也是有序用电为主,整个的储能云和区块链都是试点阶段,我们觉得到2020年到2030年到负荷侧的应用会有显著的加快,而且刚才提到的国家电网和各个主体的推动下,整个储能云和区块链初步能判断实现电网发电用户储能多边交易的能力,形成高度自治又是有序联盟链的市场格局,这是我们目前比较看好的。另外一个看好的是第二个阶段,我们会释放出新的市场空间,大家做储能都不做居民侧,因为电价机制不支持,扭曲的电价机制会在未来可能2020年到2030年有重大突破,大家做储能的至少在考虑5年以后的市场布局,或者现在做海外市场的时候,要把居民侧作为重点,把这些经验好好积累来应对中国居民侧电价放开以后带来的很大机会。中国居民的电量是中国增长最快的细分领域,也符合消费升级的大方向,所以居民侧我觉得也是大家2-3年以后要提前布局的重点,先从国内到海外的。最后是形成统一与分布自治的市场格局。

四川能源互联网,从整个技术咨询、科技项目、系统开发和储能应用方面开展了很多的工作,这也是今天借这个平台,希望大家有相关的合作也可以和我们联系。清华四川院除了我在创新业务发展部,更多是战略的咨询,有很多具体的产业部门和孵化了很多企业,在具体的技术上,在事实的项目方案上都有我们的特长。会后感兴趣的话,多和我们合作。谢谢大家!

(本文根据现场录音整理,未经本人审核)
 
标签: 李立理

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