儲能技術(shù)離我們有多遠(yuǎn)
在低碳轉(zhuǎn)型的過程中，可再生能源發(fā)展給人類提供了清潔可持續(xù)的能源來源，而電動汽車的崛起則為石油大規(guī)模替代提供了可能性，因此全球的能源供應(yīng)方式將面臨巨大的變化。但是，可再生能源和電動汽車大規(guī)模發(fā)展都面臨同一個難題，這就是儲能技術(shù)。
可再生能源具有間斷性的特點，電網(wǎng)無法大規(guī)模消納并網(wǎng)，而電動汽車也面臨充電設(shè)施和電池安全的瓶頸，而儲能技術(shù)是解決這些問題的關(guān)鍵。儲能技術(shù)對電網(wǎng)的好處有三點：一是幫助增加可再生能源的滲透率，促進(jìn)分布式（微電網(wǎng)）發(fā)電的發(fā)展；二是提升電網(wǎng)的穩(wěn)定性和實現(xiàn)充分的調(diào)峰，減少高峰負(fù)荷及對應(yīng)的電網(wǎng)投資和電源投資；三是通過電價設(shè)計，促進(jìn)電力市場自由化。更重要的是，電池儲能是分布式（微電網(wǎng)）發(fā)展中具有至關(guān)重要的瓶頸地。
儲能技術(shù)對電動汽車發(fā)展的重要性比較直觀。電動汽車的充電、巡航里程和安全問題都涉及電池。比如說，由于電池引發(fā)的安全事故減弱了消費者的信心，影響了電動汽車的發(fā)展。對于中國來說，電動汽車的發(fā)展除了石油替代，還可以解決城市汽車尾氣和噪聲污染。利用用電峰谷，電動汽車夜間充電還可以使用夜間過剩和便宜的電力。
特斯拉推出的針對家庭用戶的儲能設(shè)備Powerwall和針對電網(wǎng)級的設(shè)備Powerpack，其中Powerwall的價格已低至每千瓦時350美元。Powerpack雖然還沒有給出具體的技術(shù)參數(shù)，但有媒體報道其成本僅為每千瓦時250美元，這意味著儲能技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上開始具有吸引力了。
廈門大學(xué)能源經(jīng)濟(jì)與能源政策協(xié)同創(chuàng)新中心最近進(jìn)行了一項研究，利用特斯拉的Powerwall和Powerpack，針對中國目前的峰谷電價政策，建立優(yōu)化套利模型，對各省的儲能投資收益及外部影響進(jìn)行分析，量化分析各種影響因素改變后對儲能投資收益水平的影響。其基本思路是從電網(wǎng)角度出發(fā)，使儲能系統(tǒng)充分發(fā)揮調(diào)峰的作用，再確定儲能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性和投資收益。
中國的輸配電主要由國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)投資和實施運營，而電價由發(fā)改委根據(jù)電網(wǎng)公司的成本結(jié)合地區(qū)發(fā)展情況來制定。由于資源稟賦、地理條件和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不同，各省的電價有較大差異。目前許多電力輸入省份都實行峰谷電價政策，即差別峰谷電價，鼓勵消費者在非高峰時段增加電力消費，在高峰時節(jié)約用電，還有利于均衡供應(yīng)電力。
研究通過對不同地區(qū)儲能投資的經(jīng)濟(jì)性評價，發(fā)現(xiàn)部分地區(qū)儲能投資已經(jīng)能實現(xiàn)收益，在不需要補(bǔ)貼的情況下，投資儲能可以獲利，收益的水平除了受到電價差的影響外，也與峰谷時間段的劃分有關(guān)。如果從電網(wǎng)角度出發(fā)，考慮如何定價能夠使儲能系統(tǒng)充分發(fā)揮調(diào)峰作用，那么儲能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性可以大大提高。研究結(jié)果還說明，當(dāng)儲能投資達(dá)到最優(yōu)的規(guī)模后，電網(wǎng)的負(fù)荷將更加均衡，電廠也可以以更加穩(wěn)定高效的模式運行，因此從投資潛力上看，將有著很大的發(fā)展空間。
顯然，目前的研究還很粗淺，由于種種限制，還無法充分考慮影響電池經(jīng)濟(jì)性的各種因素。比如說：第一，由于電能存儲和轉(zhuǎn)換的過程中會帶來一定的損耗，但其占總耗電量的比例并不大，考慮到由于電源端及電網(wǎng)運行效率提升的作用，所以儲能大規(guī)模發(fā)展后對碳排放的影響還需要進(jìn)一步的分析。第二，儲能可以減少電網(wǎng)投資和電源投資的外部性，這些外部性如何合理定量地評價，如何與儲能的成本進(jìn)行對比，將是很有意義的問題。但是比較確定的是，如果充分考慮環(huán)境外部性，儲能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性將可能大幅度增加。
對于電網(wǎng)而言，發(fā)展電池儲能技術(shù)或者可以從根本上解決可再生能源發(fā)電的不穩(wěn)定性，大規(guī)模擴(kuò)大可再生能源發(fā)電的份額，切實提高上并網(wǎng)率和系統(tǒng)穩(wěn)定性。對于政府而言，制定更有針對性和有差別性的差別電價政策，不但有助于推動電池儲能技術(shù)的盈利能力，還可以在更大程度上優(yōu)化電力資源配置，提高電力系統(tǒng)的總體發(fā)電效率。
研究還有很大的局限性，沒有就儲能技術(shù)發(fā)展對提高可再生能源滲透率，以及對分布式和微電網(wǎng)發(fā)展的影響進(jìn)行評估。可以說，研究還難以證明目前儲能技術(shù)的有效性，而僅僅是想簡單地看看儲能技術(shù)究竟離我們有多遠(yuǎn)。但這種探索性的研究是重要的，因為一旦儲能技術(shù)突破，世界的能源市場可能會發(fā)生巨大變化，這種變化將使得我們的能源消費更加清潔，電網(wǎng)和發(fā)電廠能夠更加高效地運行，可再生能源的使用比重也能得以大幅度提高。由于這種改變才剛剛開始，沒有能夠直接感受到這些變化的影響，因此也很容易將其忽視。
電池儲能是可再生能源大規(guī)模發(fā)展的關(guān)鍵
中國不但有著世界最大的用電需求，也是世界上最大的可再生能源發(fā)電國，因此中國對全球可再生能源發(fā)展舉足輕重。可再生能源發(fā)電發(fā)展最大的問題是可再生能源發(fā)電的間歇性與不可預(yù)測性。一方面，可再生能源的發(fā)電集中時間段與用電時間段存在著不一致性。風(fēng)電發(fā)電高峰一般集中在晚上，太陽能發(fā)電的高峰集中在白天。而工業(yè)用電的用電曲線較為平緩，居民用電則呈現(xiàn)白天、晚上兩個高峰。另外，隨著季節(jié)、天氣的變化，可再生能源發(fā)電與用電曲線都會有相應(yīng)的變化。中國大部分地區(qū)春季風(fēng)力發(fā)電輸出最大；光伏發(fā)電夏天輸出最高，而且發(fā)電隨天氣原因劇烈變化而具有不可預(yù)測性。
這些對于電網(wǎng)來說，都是麻煩。傳統(tǒng)的解決方案主要集中在兩個方案：一是利用較為靈活的發(fā)電設(shè)施與之配合，形成穩(wěn)定的總輸出，應(yīng)用較為廣泛的是天然氣發(fā)電與可再生能源發(fā)電相結(jié)合。二是將可再生能源發(fā)電的能量進(jìn)行儲存，儲能傳統(tǒng)方法是轉(zhuǎn)換為熱能等形式，如儲熱、熱水系統(tǒng)與可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)合。而不涉及能量轉(zhuǎn)換的電力儲能方法，以往的應(yīng)用中，主要表現(xiàn)為抽水蓄能電站。
以上兩個方案都不能從根本上解決可再生發(fā)電到達(dá)一定規(guī)模比例后，難以維持電網(wǎng)穩(wěn)定性的問題。第一個方法存在兩個主要限制：一是應(yīng)用不夠廣泛，較多應(yīng)用于分布式系統(tǒng)；二是涉及到燃料價格因素，成本不可控。第二個方法的主要局限在于，抽水蓄能電站工作時，其能量來源從根本上來說，同樣是來源于化石能源。因此，抽水蓄能雖然有利于減少電網(wǎng)的波動性，但對節(jié)能減排并沒有本質(zhì)上的好處。另外，抽水蓄能電站的應(yīng)用受到選址、成本與利益分配等多方面限制因素影響。
因此，如果更為長遠(yuǎn)來看這個問題，電池儲能可能是解決可再生能源發(fā)電不穩(wěn)定性的最有效經(jīng)濟(jì)方案。電池儲能的好處在于，可大可小，容易與各種規(guī)模的可再生能源發(fā)電相結(jié)合；充電放電快速，直接電與電轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)換效率高。其限制的最大因素在于經(jīng)濟(jì)性，以及與成本相關(guān)聯(lián)的充放電效率、安全性、壽命。傳統(tǒng)上都認(rèn)為電池儲能的成本高難以商業(yè)運營。
這個狀況正在迅速改變，近期電池技術(shù)的突破，使得電動汽車等大規(guī)模電池應(yīng)用已經(jīng)較為普遍，而直接與電力系統(tǒng)結(jié)合的電池儲能的嘗試也已經(jīng)開始。特斯拉的PowerWall和Powerpack，單體峰值電量為3kW，可儲存10kWh電量，充放電能效92%，可以通過簡單拼接進(jìn)一步擴(kuò)大至1000倍。特斯拉希望借此改變?nèi)祟惖挠秒娔Ｊ剑破鹉茉锤锩苿涌稍偕茉吹钠占啊，F(xiàn)在看來，特斯拉不是在吹牛。
對于可再生能源與儲能結(jié)合的系統(tǒng)，儲能策略對系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的重要性可能高于儲能設(shè)備本身成本的重要性。因此，政府在大力推進(jìn)儲能設(shè)備發(fā)展的同時，也應(yīng)當(dāng)倡導(dǎo)電池儲能與可再生能源發(fā)電的結(jié)合，積極建立試點，扶持可再生能源與儲能結(jié)合系統(tǒng)的試驗性項目，在實踐中找到最適應(yīng)中國現(xiàn)狀，最適應(yīng)項目安裝地點的儲能策略，為日后大規(guī)模可再生能源發(fā)電的利用打下良好的基礎(chǔ)。
與工業(yè)用電結(jié)合的分布式光伏項目可能是電池儲能最易介入，而且是最容易盈利的主體。可再生能源與儲能相結(jié)合的系統(tǒng)，要想其達(dá)到最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)效益，關(guān)鍵在于對可再生能源發(fā)電的有效預(yù)測。因此，政府在大力發(fā)展風(fēng)能、光伏的同時，也應(yīng)該建立平臺，及時更新分享相關(guān)發(fā)電與氣候數(shù)據(jù)，提供有效的發(fā)電預(yù)測信息。
對于電網(wǎng)而言，發(fā)展電池儲能技術(shù)或者可以從根本上解決可再生能源發(fā)電的不穩(wěn)定性，大規(guī)模擴(kuò)大可再生能源發(fā)電的份額，切實提高上并網(wǎng)率和系統(tǒng)穩(wěn)定性。對于政府而言，制定更有針對性和有差別性的差別電價政策，不但有助于推動電池儲能技術(shù)的盈利能力，還可以在更大程度上優(yōu)化電力資源配置，提高電力系統(tǒng)的總體發(fā)電效率。
結(jié)論和政策建議
儲能技術(shù)作為新能源發(fā)展和電動汽車的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其技術(shù)突破將改變整個世界的能源格局。可以說，儲能技術(shù)是開啟新能源時代的鑰匙，一旦儲能技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行，將為人類打開一扇通往新能源時代的門。對于中國而言，電動汽車、儲能技術(shù)和風(fēng)電、太陽能的有效結(jié)合，除了清潔發(fā)展，還可以形成對石油的有效替代，保障能源安全，因此，政府應(yīng)該重視儲能技術(shù)的發(fā)展。對于傳統(tǒng)的能源企業(yè)，尤其需要重視儲能技術(shù)的發(fā)展，利益所在，其重要性不言而喻。
因此，“十三五”能源戰(zhàn)略規(guī)劃需要重點關(guān)注清潔能源、電動汽車和儲能的技術(shù)創(chuàng)新，因為技術(shù)創(chuàng)新導(dǎo)致的成本下降是確定、可靠和永久性的。政府應(yīng)該將儲能技術(shù)創(chuàng)新、石油替代和清潔能源發(fā)展作為能源安全的組成部分。
可見，儲能技術(shù)不容忽視。近年來的技術(shù)進(jìn)步使得儲能技術(shù)漸行漸近，在可以預(yù)見的將來，儲能技術(shù)的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)性將因技術(shù)進(jìn)步而得到進(jìn)一步增強(qiáng)，這種變化將可能深刻地影響世界的能源供應(yīng)方式和能源結(jié)構(gòu)，這將對傳統(tǒng)的能源企業(yè)以及我們的生活方式產(chǎn)生巨大的影響。
對于可再生能源發(fā)展與儲能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性，中國具有一定的優(yōu)勢。第一，電價是可再生發(fā)電與儲能盈利的核心，電力價格由政府決定，可以由政府制訂有利于可再生能源發(fā)展與儲能技術(shù)的電力峰谷和差別電價。第二，中國作為可再生能源生產(chǎn)大國，其市場潛力巨大，可以為可再生能源發(fā)展與儲能技術(shù)的投資提供規(guī)模效應(yīng)。
應(yīng)該認(rèn)識到，電池儲能技術(shù)與可再生能源發(fā)電推廣具有同等重要的位置。隨著技術(shù)進(jìn)步，電池儲能成本與技術(shù)已經(jīng)逐漸進(jìn)入經(jīng)濟(jì)性區(qū)域。中國作為可再生能源生產(chǎn)大國，政府應(yīng)該加強(qiáng)對電池儲能技術(shù)的研究和運用的扶持力度，從而搶占新能源革命的先機(jī)。為了避免落后一步，中國政府應(yīng)抓住儲能技術(shù)處于突破前夕的機(jī)會，利用產(chǎn)業(yè)規(guī)模與市場優(yōu)勢，推進(jìn)各種技術(shù)的電池儲能研究與產(chǎn)業(yè)結(jié)合，爭取在其他國家的前面，早日實現(xiàn)電池儲能大規(guī)模應(yīng)用。
