4、基于当前数据和假设的储能估算

欧洲储能协会根据之前的文献回顾、更新的假设和修订的气候目标估计了2030年和2050年欧盟的储能需求。先前在长时储能委员会的官方文件中定义了灵活性需求。因此使用欧盟委员会关于储能系统的研究和最近的储能影响评估为定义2030年和2050年灵活性需求的基础。然而，正如第三节所强调的，需要更新关键信息以准确反映当今的储能需求。考虑之前在第1.1节中涵盖的清洁能源包定义所定义的“储能”技术。在此处定义的储能需求应该设定为欧盟层面的2030年和2050年储能目标，符合当今欧盟的最佳实践。

4.1、2030年的灵活性需求

欧洲储能协会的储能研究报告发现，到2030年将需要部署456GW储能系统提供能源灵活性，但这是基于原有的气候目标预测的，因此到2030年总体灵活性需求将更大。如图10显示，76%的灵活性电力供应来自天然气发电设施，并没有配套碳捕集利用和储存(CCUS)设施，并且这一情景中仅包括两种储能技术（抽水蓄能发电设施和电池储能系统）。这意味着许多现成的储能技术的代表性不足，并且提供灵活性的天然气发电设施数量不成比例，不符合当今的脱碳议程和能源安全计划。


图10基线2030情景的灵活性解决方案的装机容量

2030年的灵活性规定需要根据更新之后的欧盟气候目标、减少对进口天然气依赖的迫切需要以及储能技术创新和成本假设的进步进行修订，如其他文献研究所示。欧洲储能协会提出了以下关键修订，以准确确定2030年的储能需求。

（1）储能需求必须基于更新的气候目标

·欧盟的REPowerEU计划中达到采用45%可再生能源电力目标：更高的可再生能源目标必然导致对储能解决方案提供的系统灵活性和能量转换有着更大需求。因此，到2030年的灵活性需求将大于欧盟委员会的研究中没有考虑目前更新的气候目标。

·到2030年温室气体减少55%：到2030年必须重新考虑化石燃料发电和灵活性发电厂的作用，储能技术将替代天然峰值电厂的灵活性，并提供低排放替代方案。

（2）基于技术中立的方法解决系统需求

·所有能够满足电力系统需求的储能技术，在单向或双向（能量转换）上提供电力系统灵活性，必须根据它们为电力系统带来的价值来考虑，特别是认识到能源安全，能源独立性以及低温室气体排放。

·所有储能技术的更新成本假设和技术准备都必须包含在电力系统规划中。

（3）迫切需要减少对进口天然气的依赖并确保欧洲的能源独立

鉴于更高的减排目标和减少对进口天然气的依赖，必须重新考虑天然气发电厂在2030年储能情景研究中提供灵活性的高比例。

4.1.1、到2030年欧盟将减少对天然气的依赖

正如REPowerEU计划和其他研究报告强调的那样，储能技术是基于欧盟自身可再生能源资源提供清洁可靠的备用能源的天然气发电厂的替代解决方案。例如美国和澳大利亚致力于将电池储能系统取代天然气发电厂。英国最近的研究还表明，到2030年，将有50TWh的天然气可能被长时储能技术所取代，从而有效地减少碳排放，最大限度地减少弃电，并最大限度地提高可再生能源的发电量。在这里使用同样的理由来减少欧盟的天然气使用量，到2030年，根据影响评估的数据，欧洲储能协会确定了2030年必须从电力部门消除的天然气发电量，以符合欧盟制定的55%的温室气体减排目标。

用储能系统替代天然气发电厂灵活容量的关键假设：

根据储能研究报告中的情景，天然气发电厂用于通过提供备用电源来平衡每日、每周和季节性的可再生能源。做出以下假设，采用储能解决方案替换部分天然气发电厂灵活性：

（1）根据影响评估报告，重点分析2030年电力部门使用的天然气。

（2）考虑到2030年通过可再生能源和储能系统替换天然气发电厂，这项特殊服务依赖于可调度的能源供应。虽然采用更多的风能和太阳能发电设施取代天然气发电厂，也将减少天然气的使用和温室气体排放，但风力发电和太阳能发电是不可调度的，其发电量如果过多只会进一步增加灵活性需求。

（3）假设的储能技术包括电池、抽水蓄能发电设施（PHS）和长时储能（包括新型重力储能、压缩空气储能、液态空气储能、热储能）和电化学储能）可以在2030年取代天然气发电厂，并提供能源灵活性。预计长时储能技术将在2030年大规模部署。鉴于从进口天然气中实现能源独立的加速，这种部署必须在未来几年内加速。

（4）假设欧盟将有足够的可再生能源发电或弃电，以确保储能技术能够在2030年提供所需的灵活容量。

（5）研究估计基于开放式循环燃气轮机（OCGT）发电设施满负荷小时的运行参数（约1300小时）。

图11对研究报告进行总结析，来自欧盟委员会影响评估报告的2030年情景基于过时的气候目标和修订的气候目标使用。仅基于电力部门天然气使用量的分析表明，到2030年必须淘汰188TWh的天然气，以实现55%的温室气体减排目标。根据研究，这相当于替代了55GW以上的开放式循环燃气轮机（OCGT）发电设施，从而提供了灵活性。考虑到开放式循环燃气轮机（OCGT）发电设施的低效率及其高排放量，这一数量可能更多。因此，这是2030年采用储能系统替代天然气发电厂的最低估计值。


图11根据欧盟影响评估和欧盟储能研究的数据，2030年电力部门使用可再生能源和储能系统替代天然气发电厂。以实现灵活备用电源的基本原理概述。

4.2、2030年欧盟储能目标估算

在这里，根据欧盟委员会的储能研究报告中定义的灵活性需求，提出了2030年欧盟目标估计值，包括根据更新的温室气体减排目标和其他研究报告替找天然气发电厂的假设。研究报告考虑了欧盟对于到2030年温室气体排放量减少了约55%的情景，而可变可再生能源（风力发电和太阳能发电）发电量将达到69%。虽然REPowerEU计划将可再生能源发电量目标提高到45%，但这对应于各部门所有可再生能源的总发电量。在REPowerEU计划中，可再生能源（即风力发电和太阳能发电）在发电中的份额预计将增加到67%。在此必须考虑发电组合，并且需要专门的模型研究来说明影响储能需求的所有不同变量。因此，对储能需求的假设和估计代表了2030年欧盟目标的估算。

对2030年目标估计的评估中包含的假设，如图12所示：

（1）包括储能研究中所述的部署67GW电池储能系统：假设在这67GW下包含其他短时储能解决方案，例如：车辆到电网（V2G）、飞轮储能、超级电容器和超导磁储能(SMES)。

（2）包括最近的影响评估（包括新的和现有的抽水蓄能发电设施）中所述的65GW的抽水蓄能发电设施，到2030年温室气体将减排55%。必须根据长时储能委员会发布的抽水蓄能发电设施装机容量的研究报告来考虑抽水蓄能发电设施的持续扩展。

（3）55GW储能系统（Power-to-X-to-Power）在2030年替代部分天然气发电厂灵活性。至少有55GW的天然气发电厂(OCGT)在储能研究中提供灵活性，被Power-to-X-to-Power解决方案所取代，其中包括电池储能系统、抽水蓄能发电设施和长时储能（包括新型重力储能、压缩空气储能、液态空气储能）、热储能和电化学储能）。

（4）考虑到欧洲氢能战略中制定的建设40GW电解槽的目标，并假设电解槽在这个时间范围内的作用可能与提供电力系统灵活性的其他技术重叠。

·REPowerEU还将氢气电解槽的目标更新到2030年超过60GW，这已包含在欧盟的专用氢能战略中。

·目前大部分氢气生产将用于工业用例，因此这里假设电解槽提供单向(P2G)的灵活性，而能源转换技术对其他服务的贡献是有限的。

（4）V1G和P2H定性包含在图12中，在2030年的Power-to-X-解决方案下。

基于这些假设，图12表明欧盟到2030年的储能需求为187GW以上。Power-to-X技术以蓝色显示，并提供单向的系统灵活性。Power-to-X-to-Power技术以绿色显示，并提供双向的系统灵活性，即电力返回系统，这些技术提供关键的能源转换服务。由于无法预测确切的技术组合，强调187GW是一个估计值，它取决于不同的情景和假设。



图12到2030年欧盟的总储能需求。Y轴显示不同储能技术的装机容量(GW)，基于关于储能值的研究中定义的总灵活性、到2030年替代天然气发电厂的假设以及其他研究。Power-to-X技术以蓝色显示，并提供单向的系统灵活性。Power-to-X-to-Power技术以绿色显示，并提供双向的系统灵活性，即电力返回系统，这些技术提供关键的能源转换服务。总储能需求由红色虚线表示，到2030年至少为187GW，这包括新的和现有的储能系统（欧洲现有储能系统约为60GW，包括57GW抽水蓄能发电设施和3.8GW电池储能系统）

4.3、2050年的灵活性需求

欧盟委员会关于2050年储能情景的研究，预计到2050年总系统灵活性需求为811GW，其中600GW由储能技术提供，211GW由天然气发电厂提供。其研究涵盖的2050年情景主要集中在氢气电解槽上，这只是众多可用储能解决方案中的一种。这导致其他关键储能技术的代表性不足，这些技术可以在这个时间范围内提供必要的灵活性和能量转换服务。例如，抽水蓄能发电设施（PHS）的装机容量与2030年情景相比仍处于停滞不前的状态，这表明预计到2050年不会进行扩展，这与前面提到的关于欧洲部署的抽水蓄能发电设施（PHS）潜在扩展能力不符。由于大多数电力系统模型都是由成本最低的解决方案驱动的，因此应仅根据最佳技术匹配来解决电力系统需求。当今的成本假设和技术创新不断变化，必须进行更新以提供准确的储能需求，尤其是到2050年。鉴于从现在到2050年的时间范围，不可能预测技术创新和成本降低或政策和市场变化。其他清洁能源技术（例如风力发电和太阳能发电）已经在更短的时间内显著降低了成本。对于更多的储能技术，到2050年的时间范围内可能会出现类似的成本降低。如今的模型中应考虑基于所有技术的最佳情况成本假设的敏感性分析。虽然对欧盟研究储能中所述到2050年所需的灵活性数量没有争议，但其他研究表明，这种灵活性需求将由许多不同的技术来满足。

4.4、2050年欧盟储能目标估算

在这里，根据一些研究报告针对不同储能技术的最新数据以及基于提供能量转换和Power-to-X 的Power-to-X-to-Power技术的系统灵活性假设，提出对2050年储能的目标估计这些技术在单向提供系统灵活性）。由于无法预测2050年的绝对情景和技术组合，欧洲储能协会的估计基于以下范围和假设。

对2050年目标估计的评估中包含的假设，如图13所示，Power-to-X-to-Power技术提供能量转换灵活性，其中能量回馈给系统（双向）。

（1）在欧盟影响评估中包括65GW的抽水蓄能发电设施，考虑到之前强调的抽水蓄能发电设施的潜在产能扩张，这是一个保守的估计。

（2）预计到2040年，欧盟长时储能技术的装机容量将达到128GW～264GW，估计长时储能系统的装机容量平均为200GW。其中包括：液化空气储能系统、压缩空气储能系统、重力储能、热储能、电化学储能和电解槽。

（3）基于欧洲电动汽车部署情景的120GW的车辆到电网（V2G）。法国TSORTE公司估计1.7GW车辆到电网（V2G）设施用于110万辆电动汽车的充电，假设2050年欧洲有7700万辆电动汽车。

（4）长时储能委员会从2021年开始的工作人员工作文件指出，到2050年，部署的电池储能系统的装机容量将超过100GW[。到2050年，电池在欧盟储能研究中的作用范围为1～70GW，这取决于对部署的敏感性以及其他竞争技术（包括V2G和电解槽）的成本。因此，可以取这些值的平均值（1-100GW）并保守估计，将50GW的电池储能系统包括在2050年的估计中。

正式如欧盟的研究所述，为满足2050年的总储能灵活性需求，Power-to-X解决方案可以提供165GW的电力，该解决方案在提供系统灵活性（能量不回馈给电力系统）。

估计是基于对电力系统的双向流动对电力系统灵活性的储能需求，其部署范围在315GW～550GW之间，估计约为435GW。额外165GW的power-to-X储能技术对于电力系统灵活性是必要的，因此总共需要600GW。最后，到2050年，天然气发电厂的作用同样可以由具有成本竞争力的储能技术来填补，并且在这个时间范围内可能会进一步增加储能需求。尽管如此，基于这些假设，到2050年将需要至少600GW的总储能需求。图13说明了这一点，其中power-to-X技术以蓝色突出显示，并提供单向的系统灵活性。

Power-to-X-to-Power技术以绿色显示，并提供双向的系统灵活性，即将电力返回电力系统，这些技术提供关键的能源转换服务。


图13欧盟到2050年的总储能需求。Y轴显示不同储能技术的装机容量(GW)，基于欧盟储能研究中定义的总灵活性需求和其他研究报告。Power-to-X技术以蓝色显示，并提供单向的系统灵活性。Power-to-X-to-Power技术以绿色显示，并提供双向的电力系统灵活性，即电力返回系统，这些技术提供关键的能源转换服务。用红色虚线表示的总储能需求在2050年至少达到600GW。

5、结论

如果欧盟成员国现在不采取行动，其电力系统可能无法支持当今REPowerEU所预见的可再生能源整合。为了适应电力系统中可再生能源发电份额不断增长，需要储能系统来提供关键的系统灵活性和能量转换服务。当前的市场预测严重低估了储能需求，并且迫切需要大规模增加部署储能系统以整合可再生能源。根据国际能源署(IEA)的数据，与欧盟在2020年部署的0.8GW电池储能系统相比，在未来9年需要大规模部署储能系统，将至少每年部署14GW。如果要确保能源安全并减少对第三方进口化石燃料的依赖，尤其是在当今已经有了低排放储能技术的情况下，依靠化石燃料发电和灵活性不是未来的选择。

在本文中，基于对欧洲电力系统的大量科学研究和分析的广泛审查，强调了估算欧盟储能目标的基本原理。在此并不预测储能技术组合本身，因为不断变化的成本、技术和创新格局在未来将不可避免地发生变化，因此无法预测。然而，考虑所有技术，包括Power-to-X-to-Power和Power-to-X-解决方案，将电力系统需求视为一个整体。

考虑到大量研究的投入和关于用低排放储能技术取代部分天然气发电厂灵活性的假设，估计约200GW的储能需求是2030年的一个理想的选择（包括欧洲现有的储能容量）。到2050年，估计欧盟的电力系统至少需要部署600GW的储能系统。这是基于从Power-to-X-to-Power解决方案（即能量转换）的双向流动方面的需求，估计435GW储能系统作为2050年的选择，辅以165GW的Power -to-X技术提供单向的系统灵活性。正如REPowerEU计划中强调的那样，储能系统减少了电力系统中天然气发电厂的使用，因此天然气发电厂提供灵活性的作用可能会在2030年和2050年被储能技术进一步替代，这意味着储能需求可能会更加均衡。在这两种情况下都更高。

将这些2030年和2050年的价值确定为欧盟层面的储能目标，并制定专门的储能战略，将为储能行业和投资者提供一个明确的信号，以开始建设推动大规模部署所需的基础设施，同时支持可再生能源整合。储能目标是对现有欧盟气候目标的必要补充，将使欧洲能够建立一个独立于化石燃料能源进口的本地可持续绿色电力系统。

6、附件：支持信息

6.1 可变可再生能源份额与储能需求之间的关系

仅着眼于一个关键问题的高可变可再生电力系统的需求，一项值得注意的研究着眼于电力组合中可变可再生能源(vRE)份额与灵活性和能量转换所需的储能系统之间的关系。这项研究不仅强调了发电技术（风力发电或太阳能发电）的重要性，还强调了两者在电力结构中的比例对随后的储能需求和持续时间的影响。这一研究回顾了文献中的400多种不同情景，将范围缩小到欧洲。更高的太阳能发电量通常需要电池储能系统提供更多的日常能量转换灵活性，而以风力发电为主的电力系统需要更长期的能量转换以应对数天或数周的低风量）。在表1中，说明了欧洲以风能或太阳能为主的电力组合的储能需求。可变可再生能源的份额取自欧盟委员会的影响评估情景，2030年为67%，到2050年约为85%。这些值表明，具有较高太阳能发电量的电力系统需要部署更多的储能系统来解决电力系统灵活性和能量转换，而以风力发电为主的电力系统需要更多的长时储能系统来解决数天或数周的电力短缺问题。这是一个重要的观察结果，将影响基于发电技术（风电或太阳能发电）的储能需求，这将因欧盟成员国不同而有所不同，必须加以考虑。需要注意的是，这些结果还取决于储能系统的持续时间，较长的持续时间意味着较低的装机容量，反之亦然。


表1使用参考文献计算的储能功率容量，2030年67%的可再生能源发电份额和2050年85%的份额

6.2、计算到2030年电力部门需要减少天然气发电量，以实现55%的温室气体减排目标

欧盟的影响评估研究表明，要实现情景中修订后的减少55%温室气体的目标，需要将天然气总发电量减少30%（与2015年相比）。这意味着到2030年，与基本情景相比，需要将天然气发电用量再减少17%，才能实现减少55%的温室气体的目标。如上所述，欧盟对2020年储能的研究基于过时的目标，因此认为到2030年仍有不成比例的天然气发电厂提供灵活性。


图14 欧盟委员会影响评估中的2030年情景

6.3、2030年储能目标预测的输入和参考摘要

表2总结了用于2030年储能预测的关键输入和来源。将研究包括在表中以了解车辆到电网（V2G）的贡献，并指出认为这是一种具有竞争力的电池储能解决方案，可以提供短期灵活性。当然，并不是所有的电池储能应用都可以由车辆到电网提供，因为无法将每个贡献分开，但将33GW车辆到电网包括在由电池储能系统和其他短时技术提供的67GW系统灵活性。


表2用于2030年欧盟储能预测的关键数据和来源汇总

6.4、2050年储能目标预测的输入和参考摘要


表3 总结了第4.3节和第5.4节中详述的2050年储能预测的关键输入和相关参考。

（全文完）

原标题：研究报告（三）：欧洲2030年及2050年储能目标研究