中國儲能網(wǎng)訊：近年來，中國大力發(fā)展風電和太陽能發(fā)電，裝機容量持續(xù)攀升。2025年第一季度，我國風電+光伏新增裝機74.33GW，累計達到1482GW，首次超過火電裝機規(guī)模。同期，風光發(fā)電量達5,364億kWh，占全社會用電量22.5%。風光發(fā)電固有的間歇性與波動性，導致其在特定時段（如陽光輻射極佳光伏發(fā)電出力大增的午間和在用電低谷的后半夜刮大風時）產(chǎn)生大量富余電力。傳統(tǒng)方案如抽水蓄能建設周期長并受地理限制，難以在短期內(nèi)大量建成投產(chǎn)。而新型儲能如電池儲能投資成本高，壽命相對較短。
目前，中國的家庭已經(jīng)普遍安裝了家用電熱水器或天然氣熱水器，按每年每人用熱水熱能500kWh計，全國就有7000億千瓦時的熱水熱能。利用家用電熱水器的用電儲熱功能形成“熱能電池”，將幾億家庭的熱水需求轉(zhuǎn)化為電網(wǎng)的靈活調(diào)節(jié)資源，能夠?qū)崿F(xiàn)高效率、低成本地消納過剩風光電力。
現(xiàn)狀：風光電過剩與“家庭儲能”設施閑置并存
風電、光伏發(fā)電成本的斷崖式下降是熱水器儲能大規(guī)模發(fā)展的基石。2023年起，全國范圍內(nèi)大多數(shù)地區(qū)風光發(fā)電的平均發(fā)電成本（LCOE）已經(jīng)普遍低于新建燃煤電廠。在我國部分太陽能資源優(yōu)越的地區(qū)，光伏發(fā)電成本甚至可低至0.1元/千瓦時左右。然而，風光發(fā)電“靠天吃飯”的特性，使其發(fā)電功率與用電需求時空錯位明顯。在電網(wǎng)需求低而風光發(fā)電出力大的時段，過剩電力無處可去，“棄電”成為常態(tài)。目前調(diào)節(jié)風光發(fā)電波動和過剩的手段主要是集中式儲能和電網(wǎng)升級。抽水蓄能電站在用電低谷期夜間抽水，白天用電高峰時發(fā)電，其運行成本低且壽命長，但建設周期長并受地形、水源等限制。
近年來，我國抽水蓄能裝機翻倍，從2015年的2280萬kW增加到2024年底的5869萬kW。然而，單純依賴抽水蓄能難以滿足快速增長的電力調(diào)節(jié)需求。相比之下，鋰電池等新型電儲能建設周期較短且布局靈活，可隨時響應，但系統(tǒng)成本仍在800元/千瓦時左右，電池壽命往往只有幾年。2024年底，蓄電池儲能電站的儲能容量為1.68億kWh。兩者都難以在短期內(nèi)滿足高速發(fā)展的風光電的消納補償需求。
與此同時，家庭層面蘊藏著巨大的可調(diào)節(jié)電力負荷。家用電熱水器功率一般為3kW，可在風光電發(fā)電的高峰和用電低谷，即中午（光伏發(fā)電高峰、家中用電空置時段）和后半夜（風電發(fā)電高峰、用電低谷）啟動加熱，將過剩電力轉(zhuǎn)化為熱能。這兩個時段家用電器負荷極低，無須升級住宅區(qū)的電網(wǎng)容量，即可靈活消納。
按全國每人有平均1千瓦的熱水器功率，若全國的熱水器都為電熱水器時，就等于擁有14億千瓦的抽水蓄能電站，既可削減傍晚和清晨洗浴高峰也是用電高峰時的用電量，又可消納中午和深夜的過剩電力。這種用戶側調(diào)節(jié)方案難度低、見效快、投資僅數(shù)百元/臺，是容易落地的“家用儲能”路徑。
解決方案：把家用電熱水器改造為“熱能電池”
這一方案的技術機制在于，儲水式電熱水器利用電加熱元件將電能轉(zhuǎn)為熱能，存儲在保溫水箱內(nèi)。在電網(wǎng)的電力富余時段（如中午12:00左右光伏峰值或后半夜風電高峰）自動啟動加熱，將水箱溫度最高提升至75℃（國標GB4706.12—2006最高允許值）；在電網(wǎng)用電緊張自動停機，使用已存熱水。以60升熱水罐的機型為例，將水從15℃加熱到75℃需約4.5kWh，等同于一塊4.5kWh的“熱能電池”。
為實現(xiàn)上述目的，需要對現(xiàn)有的家用儲水式電熱水器進行一定改造。一是加裝智能控制器：核心是智能繼電器（或升級熱水器內(nèi)置控制器），如果有智能電表，配合電網(wǎng)給智能電表的信息運行。如果沒有智能電表，則在智能繼電器中按照電價的時段，實現(xiàn)自動啟?？刂?。二是提供用戶友好的操作界面，設置“智慧模式”（自動響應電網(wǎng)）和“即時加熱”（滿足臨時使用需求）選項，保障用戶的使用舒適度。
智能家用熱水器可起到“一箭三雕”之效：消納、降本、削峰填谷。家庭熱水需求具有明顯時段性，一般在清晨和傍晚用水高峰出現(xiàn)。我國多地調(diào)查表明，居民熱水負荷日內(nèi)典型呈現(xiàn)“雙峰”結構，一次在早晨6:00—8:00（起床洗漱），一次在19:00—22:00（洗澡清潔）。如果在白天光伏發(fā)電過剩時段（11：00—14：00）和后半夜風電過剩時段（1:00—6:00）自動啟動電熱水器對儲水罐中的水加熱，在早晨（6:00—8:00）和傍晚（19:00—22:00）用電高峰使用存儲的熱水，既可以有效消納過剩風光電，也可降低用戶用能成本，同時通過負荷的削峰填谷減輕電網(wǎng)壓力，有“一箭三雕”之效此外，由于電熱水器有相當?shù)谋啬芰?，提前儲熱并不會對用戶的使用舒適性造成明顯影響。
經(jīng)濟性與儲能潛力分析。與抽水蓄能和電池儲能相比，家用電熱水器的儲熱成本極低。大多數(shù)家庭已經(jīng)擁有電熱水器，利用現(xiàn)有設備進行夜間或低谷時段加熱幾乎無須額外投資。用戶無須購置新的電熱水器，增量投入僅為智能控制裝置。在有分時電價的地區(qū)，由于將加熱水的時間集中在低電價時段，用戶節(jié)省了電費。
水熱儲能的一個優(yōu)勢在于無須額外維護或更換老化部件，可長期穩(wěn)定運行。全國有數(shù)以億計的家用熱水器。現(xiàn)有電熱水器的功率一般為3kW，平均儲熱量為約4.5kWh。如果全國的熱水器全部更換為電熱水器，則平均每人的熱水器功率為1kW，儲熱容量約為1.5kWh。于是全國的熱水器總計約為14億kW，有21億kWh的儲能容量。如果給這些熱水器全部加裝智能控制器，等于建設了總計14億kWh、21億千瓦時的蓄電池儲能電站。而現(xiàn)在中國的抽水蓄能儲能電站僅有5869萬kW，蓄電池儲能電站僅有1.68億kWh的儲能容量。
將一個3kW、60升的家用電熱水器的水從15℃加熱至75℃，每次加熱需要4.5kWh的電量，等于存儲了4.5kWh的電力。而購買和安裝智能控制器的費用僅為300元左右。這意味著，將家用電熱水器改造成消納過剩風光電的儲能裝置的單位功率投資僅為約100元/kW，單位儲能量的投資僅為67元/kWh。相比之下，抽水蓄能的單位功率投資約為6000元/kW，電池儲能的單位儲能量投資約為800元/kW。
政策建議
為將家用電熱水器轉(zhuǎn)變?yōu)橛行У姆植际絻δ苜Y源，可從以下三個方面落地推進。
首先，在全國范圍對居民用電普遍實行分時電價。目前，全國有20多個省對工商業(yè)用電戶實施了分時（峰谷）電價，但對居民用電戶采用分時電價政策的僅有山東、江蘇、浙江等少數(shù)幾個省。這是釋放家用電熱水器“儲能”潛力的最重要機制條件。
其次，建議給所有家庭的電熱水器免費購買安裝智能控制裝置，使熱水器能根據(jù)電價時段或電網(wǎng)負荷自動啟動，同時保留用戶“即時加熱”按鈕，兼顧靈活性和便利性。
再次，制定統(tǒng)一技術標準，明確智能熱水器的最小調(diào)節(jié)功率（≥500W）、響應時延（≤5分鐘）、通信協(xié)議及加密要求，確保設備能安全響應調(diào)度指令。考慮到智能電熱水器是通過公共通信網(wǎng)或者通過時間進行調(diào)度，為保證電網(wǎng)的運行安全，政府應對智能插座/繼電器制定技術標準和通信協(xié)議，防止電熱水器的啟停被非法控制。
把家用電熱水器改造為分布式儲能單元，不僅投資成本低、實施速度快，而且可在不降低用戶舒適性的前提下，能夠?qū)⑦^剩風光電“鎖進”熱水箱，隨需釋放。全國總計14億千瓦、21億千瓦時的電熱水器儲能能力，可為約20億千瓦的新增風光電提供過剩電消納能力，每年消納約7000億千瓦時的過剩風光電。
