要点
随着全球低碳转型的发展，世界各国对电力的需求将远超现在。与此同时，由于全球能源供应结构中包含更大比例的间歇性可再生能源，特别是在欧洲和北美，电网可能会变得不那么稳定，价格可能会更加波动。由此产生的不稳定性可能会增加大型电池储能和灵活发电的价值，这将是稳定电力系统日常和季节性基础的必要条件。通过多样化其电力供应组合并整合这些能力，电网可以更好地以更稳定的价格为消费者提供不间断的电力。
对电力的需求正在增长
全球能源转型对电力供应提出了巨大挑战。随着全球朝向脱碳目标迈进，电动汽车、电器、热泵以及电气化工业、运输和农业等需求将大幅增加。与此同时，5G、自动化、机器学习和人工智能的发展对数据需求激增，进一步加剧了世界各国对于电力的需求，尤其是清洁能源的需求。
据国际能源署（IEA）数据统计，在2010-2021年间，全球电力供应的年复合增长率（CAGR）为2.53%；根据世界主要国家已宣布的计划来看，在2030年全球电力供应可达到36,370TWh，年CAGR为2.86%，其中可再生能源发电占比达到53%，2050年达到66,760TWh，可再生能源发电55,057TWh占比83%，这相当于2010年的3倍。
数据来源：IEA2023全球能源展望，EESA
从国家维度观察，以中国为首的亚太地区电力供应增长更为迅猛。按照已宣布的计划，整体亚太地区到2050年的电力供应将达到34,079TWh，占全球总量的51%，是2010年的4.1倍；中国电力供应将达到17,589TWh，占全球的26.3%。
数据来源：IEA2023全球能源展望，EESA
电力供应可能变得不那么稳定
可再生能源如太阳能和风能具有间歇性供电的特点。若缺少电网级储能，可再生能源，尤其是太阳能和风能只能间歇性地供电。尽管，太阳能和风能存在一定的间歇性，但开发可再生能源的成本将在未来可预见的持续下降，越来越多的国家也通过政策或立法对可再生能源发电投资予以支持，因此，风能和太阳所提供的电力将逐渐占据更多的份额。与此同时，可以每周7天、每天24小时发电的煤、天然气和核电厂正在逐步被取代。
根据IEA最新数据统计，截至2022年底全球新能源发电装机占比41%，预计到2050年全球新能源发电装机占比将达到74%，其中，太阳能和风电发电装机将占所有电力供应的64%，而 2021 年这一比例仅为 23%。相反，传统化石燃料的贡献预计将从2022年的52%降至15%，这是一个对称的逆转。
根据全球各个国家的规划，伴随可再生能源装机比例的不断提高，电池储能的装机量将从2022年底的45GW提高到2050E的2352GW，CAGR将达到15.18%。
数据来源：IEA2023全球能源展望，EESA
灵活性发电被低估
通过对IEA对新数据的分析，我们认为，结构性较高的电力需求以及过渡性电力供应的不稳定相结合，在未来或将导致更大的电价波动。为了缓解日内和季节性电价的波动，并确保持续的电力供应，电网可能依赖两个支柱：大型电池储能和灵活性发电（例如：火电，煤电灵活性改造）。
电池储能可以帮助缓解日内电力供应的不稳定性，特别是对于严重依赖可再生能源的电网。太阳能最能说明原因。太阳能电池板在白天产生所有电力;太阳落山后，它们几乎不产生电力。在电网太阳能集中度高的地方，白天电价往往较低，夜间电价较高。可再生能源的供应能力与电价之间的反比关系意味着太阳能在电价低时发电，在电价高时进入休眠状态，从而从根本上降低了自身价值。
以加利福尼亚州为例，加利福尼亚州是美国大陆太阳能发电份额最高的州，其 19% 的电力来自太阳能发电。红色阴影区域表示电价最低的时段，而绿色区域表示电价最高的时段。
在成本最低的时段，可再生能源满足了加州一半以上的电力需求；在价格最高的夜晚，可再生能源的供应量要少得多（太阳能下降到零）。另一方面，天然气在价格最高的傍晚时段供应了加州的大部分电力，由于天然气发电机可以在可再生能源无法供电的高峰需求时段提高产量，因此它们可以作为加利福尼亚等电网的关键稳定器。这让我们想到了电池储能系统的重要性，电池储能系统通过在太阳能丰富且电价最低的白天充电，以及在夜间放电，当没有太阳能且价格最高时，有助于平滑日内供应和价格波动。由于电池储能系统可以改善低价时段的供需平衡，因此太阳能产品和电池越来越多的作为一揽子项目部署。
数据来源：California Independent System Operator (ISO)
季节性价格波动可能是灵活发电的利好因素
对可再生能源的依赖扩大也可能导致季节性电价波动加剧。以欧洲2022 年欧洲 7 天的电力需求和 7 天的太阳能供应为例。在冬季，由于太阳辐照度较低（阳光较弱，日照时间较少），太阳能电池板产量急剧下降。相反，在夏季，当太阳辐照度较高时（更强的阳光持续更长时间），太阳能电池板会产生大量电力。数据显示，欧洲的电价通常在太阳能发电效率最高的春季和夏季价格最低，相反的秋季和冬季价格最高，这是太阳能生产力最低的时期。
数据来源：Morgan Stanley, Wellington Management.
因此，解决季节性不稳定和价格波动的办法是灵活发电。在冬季，能够灵活地从间歇性可再生能源转向天然气和其他基本负荷电源的发电厂应该能够确保电网稳定，并从这些电价上涨的时期中受益。虽然电池无法解决季节性电价不匹配问题（在夏季给电池充电一次，在冬天等待几个月再放电是不可行的），但灵活发电非常有效。
小结
应对能源转型的巨大挑战将需要传统的化石燃料、天然气等过渡燃料和可再生能源，再加上对技术、输电和可调度电力的投资，发达国家和发展中国家对可再生能源的需求将会持续增长，全球各个国家的脱碳承诺以及对能源独立和安全的担忧也将继续促进可再生能源项目的开发。
同时，由于全球能源供应结构中包含更大比例的间歇性可再生能源，特别是在欧洲和北美，电网可能会变得不那么稳定，价格可能会更加波动。由此产生的不稳定性可能会增加大型电池储能和灵活发电的价值，这将是稳定电力系统日常和季节性基础的必要条件，通过多样化其电力供应组合并整合这些能力，电网可以更好地以更稳定的价格为消费者提供不间断的电力。
