在碳中和成為全球共識,世界各國鼓勵發展清潔能源的背景下,儲能技術配合清潔能源,在市場驅動和政策激勵的雙輪驅動下蓬勃發展。美國儲能市場起步早、發展快,成為全球重要的儲能市場之一。
據Interact Analysis儲能項目的不完全統計,美國早在1929年已有29MW的抽水蓄能項目投運,電化學儲能在1970年開始出現小規模工商用項目(鉛酸電池)。2010年起,隨著光伏發電的興起,電化學儲能安裝明顯提速,2022年項目裝機規模創新高。預計截至2023年底,美國儲能市場規模約達84.9GW,其中在運項目約49.5GW;在建及規劃項目約31.4GW,其中約24.7GW為電化學儲能項目。需要注意的是,在規劃階段的項目未來落地情況存在不確定性。
加州、德州引領美國儲能項目安裝
美國儲能市場中,加利福尼亞州和德克薩斯州的裝機量最高,兩地儲能項目合計裝機功率約占美國整體的51%(含抽水蓄能,包括在規劃、在建以及已投運的儲能項目)。

單看電化學儲能,加州、德州項目市場規模分別達16.3GW、16.4GW(含在規劃、在建及已投運的儲能項目),裝機功率均占美國電化學儲能項目的36%。其中,二者分別有超過6.4GW、11.8GW為在建/規劃項目,預計將在未來3-4年內交付投運。加州和德州未來仍保持強勁發展潛力。
加州和德州電化學儲能的快速發展主要得益于以下三方面:首先,當地風能、太陽能等新能源資源充沛,為儲能項目發展提供能源支撐;其次,州政府對當地儲能發展制定政策指引和發放經濟補貼,二者共同發力驅動當地儲能發展。加州政府目標2045年實現無碳電力,配合對建筑改造強制安裝光伏和儲能系統以及對用戶側發電推行的激勵回扣,促進儲能安裝量增長(詳見《美國儲能政策解析(上)》、《美國儲能政策解析(下)》)。除此之外,加州、德州人口數量全美排名前二,用電需求旺盛,對電網穩定性和表后端應用有強烈需求,進而推動儲能發展。
另外,亞利桑那州憑借公共事業部門驅動,電化學儲能短期內得到快速發展。州政府規劃2025年新能源占比達到15%,且將儲能納入公共事業綜合能源規劃。截至2023年,已有在運及未投運電化學儲能項目2.2GW,其電化學儲能規模約占全美5%,位居第三。
紐約州目前在運儲能項目超3.1GW,在建及在規劃項目達1.4GW,積極響應紐約州政府2022年提出的到2030年實現6GW儲能目標。我們追蹤到紐約州的儲能項目以用戶側為主。
技術路線百花齊放
電化學儲能發展蓬勃。美國于1970年左右開始探索電化學儲能市場,小規模儲能項目嘗試鉛酸電池、鈉基電池和鎳基電池等技術路線。2010年起鋰電池儲能項目進入市場,隨著新能源發電安裝量的增加,發展成為電化學儲能主流類型。據不完全項目統計,預計2023年新投運電化學儲能項目規模超10GW,截至2023年底在運電化學儲能項目將達20.3GW。此外,另有24.7GW電化學儲能項目處于建設及規劃狀態,集中于2024、2025年交付投運,預計分別交付13.4GW、8.0GW。

此外,鉛炭電池(Lead Carbon Battery,PbC Battery),鐵-空氣電池(Iron-Air Battery)、鋅基電池也有小規模項目規模落地(如Axion Power International在賓夕法尼亞州的12.5MW/12.5MWh鉛炭電池儲能項目;From Energy在紐約州的10MW/1000MWh-鐵-空氣電池儲能項目),此類先行示范類項目將在未來為市場提供更多電化學儲能的路線選擇。紐約州鐵-空氣電池儲能項目預計將實現持續放電100小時,響應聯邦政府對長時儲能發展的號召。
機械儲能目前仍占主流。項目統計數據顯示,目前機械儲能仍占據美國儲能市場的絕對份額,裝機規模約達38.4GW(含在規劃、在建及已投運的儲能項目),其中抽水蓄能項目約有37.0GW,另有少量飛輪儲能和壓縮空氣儲能項目。
美國抽水蓄能技術起步早,20世紀初已有抽水蓄能項目投運,1970-80年代迎來安裝高峰,達到近20GW,但受到地理位置、建設周期長等因素制約,進入到2000后新增的抽水蓄能項目銳減。目前抽水蓄能技術已相對成熟,憑借其容量大,經濟可靠的特點在儲能市場占據重要地位。內華達州、加州、愛達荷州等地仍有抽水蓄能項目在規劃或在建設階段。
除機械儲能外,熱能儲存項目也在市場占少量份額,共計約1GW的項目已投運,主要是熔鹽儲能項目。
氫儲能處于示范階段。從我們追蹤的儲能項目顯示,美國自2004起有小規模氫儲能示范研究項目(如99KW DTE Energy Hydrogen Technology Park項目)。據統計,全美累計有20個氫儲能項目,其中有7個項目為短周期示范性項目(已結束),4個項目尚未投運。目前氫儲能技術在美國未進入批量規劃與建設階段。
長時儲能是美國儲能市場的重要發展方向之一。美國聯邦政府于2019年修訂《最佳儲能技術法案》提到,將側重發展持續放電至少6小時的高度靈活儲能系統,以及持續放電10至100小時的長時儲能系統等。從不完全項目統計看,目前2-4小時鋰電池儲能技術仍占主流,但市場中存在小規模的長時儲能項目的嘗試。從近幾年的項目趨勢來看,儲能項目持續放電時長整體呈延長趨勢,到2023年,平均持續放電從1小時延長到約3.0小時(不含抽水蓄能)。

在美國聯邦政府鼓勵發展多元化儲能技術路線的指引下,電化學儲能、機械儲能等技術路線得到改進、發展;同時新型電池、氫儲能等新技術路線得到嘗試應用。針對美國儲能市場不同應用場景,儲能技術路線在不斷發展豐富,促進市場保持發展活力。
寫在最后
據不完全項目統計,截至2023年,美國合計約31.4GW的儲能項目處于建設與規劃階段,其中將有21.7GW預計于2025年底前實現投運。從地區分布來看,儲能項目建設主要仍在加州、德州、內華達州等地。其中德州預計將完成11.8GW,加州預計新增6.4GW。另外內華達州、亞利桑那州、紐約州均有超1GW儲能項目在建設或規劃階段。從技術路線來看,未投運項目中電化學儲能約24.7GW,機械儲能約6.8GW。
作為本土化發展的新能源新技術的重點行業之一,美國聯邦政府著力提高儲能技術的競爭力。在聯邦及州政府的一系列政策及市場驅動下,美國儲能裝機量預計將不斷邁上新的臺階。除主流的鋰電池儲能外,未來鉛炭電池、鋅基電池、氫儲能等技術在示范推廣后,將會為市場提供更多路線選擇,助力儲能市場多元化發展。
備注:Interact Analysis對全球重點國家儲能項目進行追蹤統計,美國項目統計主要來自于EIA,DOE等官方機構,不含戶用儲能項目。
