電池儲能是可再生能源大發(fā)展關(guān)鍵

    傳統(tǒng)方案給電網(wǎng)帶來麻煩

    天然氣分布式能源在我國已經(jīng)推行了若干年，但近年來，可再生能源發(fā)電的份額逐步提高。可再生能源不但被視為解決環(huán)境問題，特別是減少碳排放的有效途徑，長期則可能是人類能源需求的最重要的解決方案之一。全球2014年可再生能源發(fā)電占電力生產(chǎn)總值的22.8％（包括水電等），其中風(fēng)能與太陽能之和占4％。

    中國面臨著嚴(yán)重的環(huán)境壓力，因而更加重視可再生能源發(fā)電的發(fā)展，2014年可再生能源發(fā)電量為1.2萬億千瓦時，占總發(fā)電量的22％，其中并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電占總發(fā)電量的2.8％；光伏發(fā)電占總發(fā)電量的0.45％，并網(wǎng)光伏占0.42％。2014年，在中美雙方發(fā)布的聯(lián)合聲明中，中國提出計劃2030年左右二氧化碳排放達(dá)到峰值且將努力早日達(dá)峰值，并相應(yīng)地將2030年非化石能源占一次能源消費(fèi)比重提高到20％，而此前的規(guī)劃是到2020年非化石能源占比為15％。考慮到水電核電施工周期較長，增長受稟賦限制，風(fēng)光電的發(fā)展?jié)摿Ψ浅４蟆?

    中國有著世界上最大的用電需求，也是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。另一方面，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途徑：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。

    電池儲能或為解決方案

    如果從更為長遠(yuǎn)的角度來看這個問題，電池儲能可能是可再生能源發(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)觀點(diǎn)都認(rèn)為電池儲能的成本高而難以商業(yè)運(yùn)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。2015年5月，特斯拉（Ｔｅｓｌａ）發(fā)布名為Ｐｏｗｅｒｗａｌｌ的家用電池系統(tǒng)和商用電池系統(tǒng) Ｐｏｗｅｒｐａｃｋ。其單體峰值電量為3千瓦，可儲存10千瓦時電量，充放電能效92％，提供10年質(zhì)保，單體售價為3500美元，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�掀起能源革命，推動可再生能源的普及。現(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(diǎn)，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(diǎn)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)或可從根本上解決可再生能源發(fā)電的不穩(wěn)定性問題，大規(guī)模擴(kuò)大可再生能源發(fā)電的份額，有效提高上并網(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。

    電池儲能系統(tǒng)的突破已經(jīng)到了一個關(guān)鍵點(diǎn)，現(xiàn)在研究儲能的經(jīng)濟(jì)性，比之前更有時效性與指導(dǎo)意義。而從宏觀與微觀上分步進(jìn)行可再生能源與儲能系統(tǒng)的研究和政策設(shè)定，具有可行性與實證參考意義。

    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)。

    所以，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地位。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)加強(qiáng)對電池儲能技術(shù)的研究和運(yùn)用的扶持力度，從而搶占新能源革命的先機(jī)。為避免落后一步，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。

    （作者系廈門大學(xué)能源經(jīng)濟(jì)與能源政策協(xié)同創(chuàng)新中心主任）<