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，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，促進分布式發(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，促進電力市場自由化。

　　文/林伯強

　　廣義的儲能技術(shù)包括儲熱和儲電。狹義上它是一種運用物理或者化學(xué)方式儲存電能，并在需要時釋放的技術(shù)。隨著人類對能源需求的逐漸增加，傳統(tǒng)能源在儲量、環(huán)境污染、能源效率以及成本等方面的約束日益突顯。尋求能源替代，對新能源進行研究和利用已經(jīng)成為全世界的共同主題，也是未來不可逆的能源發(fā)展趨勢。從狹義的角度來看，儲能技術(shù)包括了機械儲能、電池儲能和電磁儲能等方式，其中較為成熟，可以商業(yè)化應(yīng)用的包括抽水儲能和壓縮空氣儲能，這兩種為大規(guī)模儲能技術(shù)。一般認為，電池儲能的商業(yè)化應(yīng)用還面臨著成本問題，只有很少的高電價地區(qū)，結(jié)合光伏發(fā)電，儲能技術(shù)才具有經(jīng)濟上的可行性。隨著技術(shù)進步，電池儲能的成本的確不斷下降，但是一般還是認為受制于較高的成本或其他技術(shù)因素，無法大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。

　　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可再生能源發(fā)力占電力生產(chǎn)總值比例占比為22.8%（包括水電等），其中風能與太陽能之和占到4%。中國面臨著嚴重的環(huán)境壓力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到峰值且將努力早日達峰值，并相應(yīng)地將2030年非化石能源占一次能源消費比重提高到20%，而此前的規(guī)劃是到2020年非化石能源占比為15%?？紤]到水電核電施工周期較長，增長受稟賦限制，風、光的發(fā)展?jié)摿Ψ浅４蟆?/p>

　　電池儲能系統(tǒng)的突破已經(jīng)到了一個關(guān)鍵點，現(xiàn)在研究儲能的經(jīng)濟性，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。

　　儲能技術(shù)的重要性

　　目前尋找新能源的主要路徑是將風能、太陽能逐漸納入到電力系統(tǒng)中，并占據(jù)越來越大的比重。與傳統(tǒng)的化石能源發(fā)電相比，以風能太陽能為基礎(chǔ)的可再生能源發(fā)電依賴于自然條件，具有波動性和間歇性的特點，大規(guī)模納入會對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定帶來很大的沖擊。有專家認為，對于風力發(fā)電，如果裝機比重在系統(tǒng)比例10%以下，傳統(tǒng)技術(shù)可以基本保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定；當風電裝機比例超過20%，就需要儲能手段來減少波動性與間歇性，避免對電網(wǎng)造成難以承受的沖擊，因此，儲能技術(shù)發(fā)展是可再生能源發(fā)電大規(guī)模并網(wǎng)的必須條件。

　　對于分布式可再生能源（風電太陽能）來說，儲能技術(shù)更為重要。分布式能源主要指建在用戶端的能源供應(yīng)方式，可獨立運行或并網(wǎng)運行，按照用戶多種能源需求，采用需求應(yīng)對式設(shè)計的新型能源系統(tǒng)，是可以將資源和環(huán)境效益最大化的分散式供能系統(tǒng)。由于可以降低輸送環(huán)節(jié)的損耗，因此可以提高能源利用效率。但是，同樣由于風電太陽能的不穩(wěn)定性，儲能手段也是分布式可再生能源大規(guī)模發(fā)展的必要條件之一。有人認為至2050年，人類的太陽能利用可以占總能源供應(yīng)的50%，如果沒有經(jīng)濟可行的儲能技術(shù)，這個美好愿景難以想象。因此可以說，儲能技術(shù)可以真正地改變?nèi)祟惖哪茉垂?yīng)。

　　能源安全也是中國能源發(fā)展的一個重要目標。中國目前石油進口依存度已經(jīng)超過60%，而且未來還將繼續(xù)上升，石油價格的大幅度波動，除了影響整體經(jīng)濟運行，還會影響能源行業(yè)的健康發(fā)展。因此政府需要提前布局石油替代，降低對其他國家的能源依賴，減少國際油價波動對經(jīng)濟安全運行的影響?；旌蟿恿图冸妱悠嚤徽J為是未來汽車行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的主要方向，已經(jīng)成為世界汽車強國和主要汽車制造商發(fā)展重點，而儲能技術(shù)是電動汽車發(fā)展的主要約束。對于中國來說，電動汽車除了減少城市環(huán)境污染，電動車的普及還可以替代石油，減少石油對外依存。另一方面，電動汽車和儲能技術(shù)是石油強有力的替代品，長期而言，油價的最大威脅可能是電動汽車和儲能技術(shù)。想象一下，如果路上跑的一半是電動汽車，油價會跌到哪里？

　　近年來電動汽車和儲能技術(shù)進步迅速，作為石油替代的可能性也越來越明顯。

　　SONY公司在1992年研制出鋰電池后，該技術(shù)在材料和制造工藝上有了很大的發(fā)展，在發(fā)電系統(tǒng)及電動汽車領(lǐng)域有非常廣泛的應(yīng)用。2014年世界儲能技術(shù)新增裝機中，鋰離子電池占比達到了71%。目前鋰電池技術(shù)仍無法滿足電動汽車的普及要求，首先，因為電池過大，一般電動汽車的重量都超過了體積相當?shù)钠推?，但是續(xù)航能力卻只有汽油汽車的一半。其次，在充電方面鋰離子電池也無法滿足消費需求，據(jù)估計，電動車想要實現(xiàn)商業(yè)化，電池密度至少達到250Wh/kg，但目前電動汽車鋰電池密度普遍不足100Wh/kg。最后是鋰電池目前成本過高，可以占到電動車成本的一半，直接導(dǎo)致了電動車在價格上難與傳統(tǒng)汽車競爭。

　　今年4月特斯拉推出了Powerwall家用儲能電池，引起了業(yè)界的廣泛注意。Powerwall可以將電費低廉時儲存的電能在電費高昂時釋放，或是與可再生能源（太陽能風電）配套使用。其經(jīng)濟性是能否大規(guī)模推廣的最重要標準，此次推出的Powerwall有7kwh和10kwh兩種容量，售價分別為3000美元和3500美元，提供10年質(zhì)保，但均有充電次數(shù)限制。由于Powerwall主要著眼于產(chǎn)品與太陽能發(fā)電系統(tǒng)配套使用，因而除電池外，用戶還要購買太陽能面板、逆變器等，整個系統(tǒng)成本據(jù)說在2萬美元以上。由于，太陽能用戶可以將剩余電量出售給電網(wǎng)，因此削弱了Powerwall的經(jīng)濟性。目前美國安裝儲能電池總價約為1.28億美元，多數(shù)集中在事業(yè)機構(gòu)，家庭安裝僅為1%。有機構(gòu)分析，特斯拉需要將銷售價格下調(diào)75%左右。特斯拉正與松下合作建造大型的電池工廠，據(jù)說有望在不久的未來，使成本降低約30%。如果油價持續(xù)低迷，Powerwall的成本的確需要有更多的下降。

　　一直以來，世界各國都很重視大容量儲能技術(shù)的研發(fā)與運用。目前美國已投運的儲能項目為95個，裝機規(guī)模超過357MW。日本裝機規(guī)模約為310MW，列第二位。今年來發(fā)展更為迅猛，2014年美國的新增裝機規(guī)模為34.4MW，中國和歐洲分列二、三位，裝機規(guī)模分別為31MW和27.7MW。大容量儲能技術(shù)實現(xiàn)商業(yè)化的只有鈉硫電池和液流電池。比如，鈉硫電池有較高的儲能密度，效率在80%左右，充放電次數(shù)可以達到6000次以上。日本京瓷公司所研制的鈉硫電池儲能系統(tǒng)已有100多套投入運營中，容量已超過100MW。目前大容量儲能中鈉硫電池裝機比重最大，達到了40%，但鈉硫電池的高成本是制約其發(fā)展的重要因素。

　　儲能技術(shù)離我們有多遠

　　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)。