中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：作者 歐陽明高 中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授
鋰離電子電池的發(fā)明使電動(dòng)汽車發(fā)生突飛猛進(jìn)的變化，帶動(dòng)可再生能源大發(fā)展，帶來新能源革命。但當(dāng)前新能源還當(dāng)不了“三好生”，即不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)供應(yīng)安全、價(jià)格便宜、綠色環(huán)保。這是經(jīng)濟(jì)學(xué)上所謂的“不可能三角”，也是當(dāng)前我們遇到的困境之一。
比如，新型電力系統(tǒng)是以風(fēng)電和光伏為主體的電力系統(tǒng)，雖然實(shí)現(xiàn)了發(fā)電價(jià)格下降，成本較低，但是平價(jià)上網(wǎng)并不等于平價(jià)利用，因?yàn)閷?shí)際利用過程中存在一些不平衡的問題，導(dǎo)致電網(wǎng)穩(wěn)定性不足，需要附加的調(diào)頻、調(diào)壓、調(diào)峰等，須付出消納成本。
德國是率先實(shí)現(xiàn)可再生能源發(fā)電比例超過50%的國家，風(fēng)電光伏發(fā)電比較便宜。但其原有的火電廠、煤電廠、燃?xì)廨啓C(jī)組并沒有拆，而是將這些機(jī)組用于靈活性調(diào)節(jié)，以補(bǔ)償風(fēng)電光伏波動(dòng)性、隨機(jī)性和調(diào)頻調(diào)峰。
儲(chǔ)能是新能源革命的瓶頸
全世界認(rèn)同的新能源革命有五大之柱：一是可再生能源轉(zhuǎn)型，尤其是光伏風(fēng)電；二是集中式轉(zhuǎn)向分布式，讓每一棟建筑都變成發(fā)電廠，尤其是微型發(fā)電廠；三是用氫氣電池儲(chǔ)存間歇性能源；四是發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；五是電動(dòng)汽車作為用能、儲(chǔ)能、回饋能源的終端。
中國新能源發(fā)展過程中，風(fēng)電光伏技術(shù)很成熟，效率不斷提高，成本不斷降低，而核心問題在于儲(chǔ)能。就是針對(duì)可再生能源的隨機(jī)性和波動(dòng)性，將富余的可再生能源存起來，當(dāng)能源不足的時(shí)候，把這種能量通過時(shí)空變換補(bǔ)回去。因此，中國光伏產(chǎn)能極大，增加產(chǎn)能比較容易，但大規(guī)模推廣必須要配儲(chǔ)能技術(shù)。
因此，我們可以儲(chǔ)能為抓手，推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型和新型電力系統(tǒng)發(fā)展。這是中國面向碳中和實(shí)現(xiàn)新能源革命的一個(gè)重要技術(shù)路徑。
電池成本將不斷下降
目前，隨著電動(dòng)汽車的普及，中國電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模越來越大。
我們預(yù)計(jì)，2025年中國電池產(chǎn)能會(huì)達(dá)到年產(chǎn)30億千瓦時(shí)。屆時(shí)，儲(chǔ)能僅需3億千瓦時(shí)，所以儲(chǔ)能所需要的電池量跟電動(dòng)汽車比，相差一個(gè)數(shù)量級(jí)，僅為其1/10。且從電動(dòng)車需求來看，10億千瓦時(shí)就夠用了。因此，中國總產(chǎn)能規(guī)模已經(jīng)占了全球約70%，質(zhì)量也居于前列。隨著規(guī)模進(jìn)一步上升，車用動(dòng)力電池成本將會(huì)不斷下降，壽命也會(huì)不斷提升，單次儲(chǔ)能成本也將下降。
產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴(kuò)大的同時(shí)，大家擔(dān)心的問題是材料夠嗎？以及原材料價(jià)格漲價(jià)的問題。最近一年內(nèi)，碳酸鋰價(jià)格猛漲10倍。但這是產(chǎn)能大規(guī)模上升導(dǎo)致的，是短期波動(dòng)。長期來看資源是夠的，且新發(fā)現(xiàn)的資源還在不斷提升。不過，當(dāng)前短期波動(dòng)下材料供給安全值得注意，需要國家采取相關(guān)措施予以對(duì)沖。
以技術(shù)創(chuàng)新和安全規(guī)范嚴(yán)防電池事故
實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的前提，是要以技術(shù)創(chuàng)新和安全規(guī)范嚴(yán)防電池事故。鋰離子電池是很好的儲(chǔ)能裝置，用途廣，性能優(yōu)異，但容易出現(xiàn)熱安全事故，即出現(xiàn)電池?zé)崾Э?。電池正常充放電要在零下二三十?dāng)z氏度到零上三五十?dāng)z氏度的溫度范圍內(nèi)，在這個(gè)范圍外就容易出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)，接近100攝氏度就會(huì)產(chǎn)生非正常的副反應(yīng)。
而對(duì)于集中式儲(chǔ)能電站而言，電池容量規(guī)模非常大，一般都在1萬度電以上，因此，要以更好的技術(shù)和更完善的技術(shù)保障體系防止其出現(xiàn)事故。
儲(chǔ)能電站的應(yīng)用安全性主要有三條解決途徑，一是主動(dòng)監(jiān)測(cè)使用過程中各種誘因并通過預(yù)警等方式進(jìn)行發(fā)現(xiàn)，完善主動(dòng)安全技術(shù)；二是從本質(zhì)上提高電池本身的安全性，從電池正負(fù)極材料的選擇、電解液的選擇、隔膜的選擇以及整個(gè)設(shè)計(jì)制造過程予以保證；三是防止本質(zhì)安全出問題后的蔓延和傳染，保證整個(gè)系統(tǒng)不出現(xiàn)問題，要靠隔熱、散熱、消防等手段來解決，即完善被動(dòng)安全技術(shù)。
讓電動(dòng)汽車能變成電網(wǎng)的充電寶
目前，我們?cè)谔剿饔密嚱o電網(wǎng)充電，把車變成電網(wǎng)的充電寶，實(shí)現(xiàn)車網(wǎng)V2G(Vehicle to grid)雙向互動(dòng)。未來還可以拓展到車跟車充電，車跟房子、車跟建筑、車跟微網(wǎng)都可以互動(dòng)，靈活性非常大，用戶也可以有收益，還可以創(chuàng)造很多就業(yè)機(jī)會(huì)。
比如，大家將車聚合起來合辦公司，政府可以參與后臺(tái)建設(shè)，國家電網(wǎng)也會(huì)參與調(diào)動(dòng)，大家都有收益。且電動(dòng)汽車儲(chǔ)能與固定式儲(chǔ)能電站相比，有著成本低、風(fēng)險(xiǎn)低的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)然，技術(shù)難度有所提高。
根據(jù)當(dāng)前電動(dòng)車情況來看，電池壽命富余，且90%的時(shí)間車都是停著的，所以在這90%時(shí)間里可以用來進(jìn)行車網(wǎng)互動(dòng)賺取收益。
我們預(yù)計(jì)，2040年中國大概會(huì)有3億輛電動(dòng)車，如果每輛車平均是65度電，3億輛車可以裝200億度電，這與當(dāng)前全國每天的用電量相當(dāng)，也就是說，車上電池能裝的電夠全國用一天。當(dāng)然，我們并不能把所有電池用于發(fā)電，但一半應(yīng)該可以，100億度已是現(xiàn)有儲(chǔ)能的幾十倍了。
另外，從調(diào)節(jié)功率來看，如果每個(gè)充電樁有15千瓦，屆時(shí)總共會(huì)有30億千瓦，將占到2040年非化石能源裝機(jī)的一半。
關(guān)鍵問題在于如何將電動(dòng)汽車接入電網(wǎng)，使其聚合起來。當(dāng)前國家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范都有，參與能量互動(dòng)已經(jīng)具備良好的電網(wǎng)硬件基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)方法，只需要將充電樁由單向變成雙向，并且進(jìn)行軟件升級(jí)。
我們預(yù)計(jì)，2030年之前儲(chǔ)能電站還將作為主體，總量上一定會(huì)比車網(wǎng)互動(dòng)要多；2030年以后，隨著電動(dòng)車數(shù)量極大增加，新基建經(jīng)過長足發(fā)展，用戶側(cè)儲(chǔ)能將占有很大比例，逐步在總量上超過儲(chǔ)能電站。
且車網(wǎng)互動(dòng)發(fā)展過程中，電池技術(shù)也將不斷創(chuàng)新。隨著成本降低和便捷性提升，純電動(dòng)轎車未來依然是新能源轎車的主體。我相信，今后電動(dòng)汽車充電會(huì)越來越方便，比加油還方便；至于電池壽命和續(xù)航里程也不再是問題。因此，燃料電池轎車要想取代是有難度的。
電池和氫能互補(bǔ)將形成主流儲(chǔ)能方式
當(dāng)然，燃料電池雖然在轎車上不一定是最好選擇，并不等于其他方面也不行。將來遠(yuǎn)洋貨輪一定是用氫的，飛機(jī)也會(huì)用氫燃料，重型卡車、無人機(jī)等都是氫能的重要應(yīng)用領(lǐng)域。
我們看氫能，以前都局限在交通；事實(shí)上，氫能是一個(gè)更大的概念，氫能交通只是氫能的先導(dǎo)，燃料電池轎車只是氫能交通的先驅(qū)，氫能戰(zhàn)略是一個(gè)大戰(zhàn)略，氫儲(chǔ)能也是一種非常重要的長周期、大規(guī)模儲(chǔ)能方式。
儲(chǔ)能發(fā)展的關(guān)鍵在于成本，這方面氫經(jīng)濟(jì)性較弱。比如電直接就儲(chǔ)了，而氫還要電解水制成氫，效率大打折扣。值得注意的是，氫能在內(nèi)的可再生能源講究的是全鏈條經(jīng)濟(jì)性，包括制備、儲(chǔ)運(yùn)、運(yùn)輸、加充、使用等全鏈條。且雖然發(fā)電生產(chǎn)成本低，但儲(chǔ)電成本則較儲(chǔ)氫較高；電池有自放電，也不能大規(guī)模儲(chǔ)能。因此，在電池不適合的一些領(lǐng)域，氫能就有了優(yōu)勢(shì)。
總體而言，儲(chǔ)能有高頻的、有低頻的，有小功率、有大功率，有短周期、有長周期，不同的應(yīng)用場(chǎng)合需要不同儲(chǔ)能方式，電池和氫能正好互補(bǔ)，形成一個(gè)主流的儲(chǔ)能方式。其他各種儲(chǔ)能方式將會(huì)與之配合互補(bǔ)，形成總的儲(chǔ)能生態(tài)。
建立集能源互聯(lián)網(wǎng)的全國虛擬電廠
未來，隨著儲(chǔ)能市場(chǎng)不斷發(fā)展形成閉環(huán)，中國電力和儲(chǔ)能市場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)新業(yè)態(tài)，即人人都是能源消費(fèi)者，也是能源生產(chǎn)者。
比如，用電動(dòng)汽車儲(chǔ)能，充電時(shí)花錢，放電時(shí)可以賺錢，花錢的時(shí)候用低價(jià)電，賣電時(shí)高價(jià)賣電以賺取收益，這就是未來的能源生態(tài)圈。在具體運(yùn)營模式方面，要建立從上自下的運(yùn)營體系，電網(wǎng)公司以調(diào)度來下達(dá)指令；很多個(gè)聚合商響應(yīng)指令進(jìn)行聚合；物業(yè)綜合體負(fù)責(zé)取電售電，形成各個(gè)車主分成的網(wǎng)絡(luò)。
這相當(dāng)于開一個(gè)炒電的股市或期貨市場(chǎng)，每一個(gè)車主都是散戶，散戶開戶后聚合商來撮合供需，入市交易就跟買賣股票一樣，逢低買、逢高賣，買就是充電，賣就是放電。這樣建立一個(gè)集能源互聯(lián)網(wǎng)的全國虛擬電廠，相當(dāng)于一個(gè)聚沙成塔的過程。
分布式電力交易會(huì)完全以市場(chǎng)化方式進(jìn)行實(shí)時(shí)交易，未來，就會(huì)形成萬億級(jí)的車網(wǎng)互動(dòng)的智慧能源市場(chǎng)。
推動(dòng)這個(gè)儲(chǔ)能市場(chǎng)的建設(shè)，首先，要明確主流儲(chǔ)能技術(shù)的戰(zhàn)略地位——儲(chǔ)能是實(shí)現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵之一；其次，要明確儲(chǔ)能在新能源中的角色定位；再次，要加強(qiáng)儲(chǔ)能相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)；然后，建設(shè)車網(wǎng)互動(dòng)V2X的基礎(chǔ)設(shè)施；最后，要健全多層次統(tǒng)一電力市場(chǎng)體系。
讓我們一起迎接第三次能源革命和第四次工業(yè)革命的到來，實(shí)現(xiàn)綠色化和智能化的最終愿景。(本文根據(jù)歐陽明高在《中國經(jīng)濟(jì)大講堂》講座內(nèi)容整理而成。)(中新經(jīng)緯APP)
