中國儲能網(wǎng)訊：儲能的內(nèi)涵儲能即儲存能源，這個能源可以是熱能、電磁能、機械能、化學(xué)能等，人類已找到了可儲存這些能量的材料。儲熱能比如用熔融鹽，儲電磁能比如用電容器或超導(dǎo)體，儲機械能比如用飛輪或抽水蓄能電站，儲化學(xué)能比如常見的各種電池。儲存光能、核能也是儲能的一種，但人類還沒有找到可人工儲存這兩種能量形式的材料。能量密度這個指標(biāo)是一把雙刃劍，指單位體積或質(zhì)量的物體所能儲存的能量。能量密度太低，表示這種儲能材料不經(jīng)濟(jì)——要很大或很重的物體才能儲存夠多的能量;能量密度太高，表示這種儲能材料不安全——在有限空間或質(zhì)量的物體內(nèi)儲存巨大能量，這個物體就是炸彈，比如小巧的核彈頭內(nèi)儲存著大量的核能，釋放能量時產(chǎn)生巨大破壞力。
儲能的動力圍繞這個指標(biāo)，人類一直在尋求平衡，希望能夠找到一種安全且能量密度高的儲能材料。很幸運，人類很早就發(fā)現(xiàn)了適合的儲能材料——煤炭、石油、天然氣。這是地球給人類的饋贈，經(jīng)過了數(shù)億年的光合作用和地質(zhì)運動，地球?qū)⒛芰棵芏鹊偷奶柲?，儲存到了這些能量密度高且利用相對安全的化石能源中。人類也因此進(jìn)入了現(xiàn)代文明。不過地球母親的饋贈畢竟是有限的，人類使用化石能源的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過地球能承受的限度，人類只好再另覓能源。太陽能，以及由太陽能所產(chǎn)生的風(fēng)能、海洋能(潮汐能不是來源于太陽能)、生物質(zhì)能，步入人們的視野。只不過人類沒有足夠的智慧和足夠的時間，讓這些能源也變成化石能源一樣的高密度能源，大部分是通過發(fā)電，直接并迅速地利用了這些能源。但這些能源最大的問題是時有時無的間歇性和時大時小的波動性，并且還很難預(yù)測，這使得一直想認(rèn)識世界改造世界的人類非常懊惱，于是在用能需求不變的前提下，只有兩種辦法，一種是把一個地方多余的能量運到另一個需要能量的地方去，另一種是把多余的能量儲存起來，等需要的時候再用。
兩種方式的比較1、經(jīng)濟(jì)方面?，F(xiàn)在基本可以確定，人類利用這些可再生能源(定義見“能源政乾方”第1期，或回復(fù)“分類”)的方式主要是發(fā)電。而把1度電送去別處的成本約1至5角錢(依靠電網(wǎng))，把1度電儲存起來在釋放出來的成本超過1元錢，有些儲能方式成本遠(yuǎn)超1元錢(見文章最后的表格)，則該建設(shè)電網(wǎng)還是建設(shè)儲能設(shè)施已十分明了。當(dāng)然，這里有個問題在于一個地方富裕電力，而是否另一個地方是否正好缺電，如果不缺電則無法送出。這里我們一般認(rèn)為，地球上沒有完全相同的兩個地方，如果另一個地方不缺電，那就把電網(wǎng)擴大，總能找到缺電的地方。(未來我們將推出一期“儲能成本”專題，這里簡要以鋰電池為例說明儲能成本：目前1kWh的鋰電池成本超過2000元，而循環(huán)壽命約2000次，在不考慮放電深度和容量衰減的條件下，充放1kWh電能的成本是1元錢)
2、資源環(huán)境方面。輸電所用的材料基本上是銅鋁鋼，也有一部分陶瓷和半導(dǎo)體材料，都比較好獲得，資源量也豐富。而儲能所需原材料多種多樣：化學(xué)儲能要各種各樣的金屬和非金屬材料，有些還有污染;電磁儲能要超導(dǎo)材料或者電容器中的電介質(zhì)材料;熱儲能要各種高溫化學(xué)熱工質(zhì);機械儲能對原材料要求不高，但也有特殊要求，比如抽水蓄能要選址上下都有水庫的山，壓縮空氣儲能需要一個大洞，飛輪儲能需要磁懸浮材料等等。對比來看，儲能真是條很艱辛的路。占地資源方面各有千秋，目前儲能設(shè)施的能量密度低，占地范圍大，而輸電線路需要占用輸電走廊，在環(huán)境地質(zhì)條件惡劣的地區(qū)建設(shè)難度大。
3、管理學(xué)方面。一個企業(yè)能夠調(diào)動的資源越多越好，資金周轉(zhuǎn)越快越好，庫存越少越好。利用可再生能源也一樣，當(dāng)然是一個地區(qū)能獲得可再生能源的來源越多越好，地區(qū)間能源流動的越順暢越好，儲存的越少越好。一個簡單的結(jié)論是：如果能源可以直接被用掉，為什么還要儲存起來再用掉呢。當(dāng)然現(xiàn)實中確實需要考慮聯(lián)網(wǎng)成本，就如同企業(yè)需要考慮交易成本一樣，但并不能否定聯(lián)網(wǎng)是努力的方向。不過庫存也并非沒有必要，比如市場價格高企時，釋放庫存，獲利更多，就如同儲能在電價高時放電一樣。但為什么市場價格高的原因我們可以再深究，無外乎供應(yīng)端產(chǎn)能不夠或市場流通渠道不暢，對應(yīng)于電力系統(tǒng)就是發(fā)電功率不足或存在線路阻塞。在發(fā)電功率不足這方面，我們大可不必?fù)?dān)心，世界各國的可用容量基本都大于最高用電負(fù)荷，如果可再生能源大發(fā)展后，可用容量會更大(這里不考慮電網(wǎng)輸電限制)。在線路阻塞這方面，剛才已經(jīng)分析過經(jīng)濟(jì)性，剩下的就是公眾是否接受輸電線路建設(shè)以及建設(shè)難度的問題了(大電網(wǎng)的調(diào)度難度是另一個問題)。對于一個用電地區(qū)，長期的線路阻塞的情況是不可能存在的，只可能在尖峰負(fù)荷時缺電，這里也是儲能的一個應(yīng)用領(lǐng)域，即偏重應(yīng)用其功率特性，后文將會提到。
綜上可知，在電力系統(tǒng)大規(guī)模的儲能是不經(jīng)濟(jì)的，為了利用可再生能源，我們應(yīng)該推廣更大范圍的電網(wǎng)互聯(lián)，除非建設(shè)和運維電網(wǎng)的成本極高，比如在條件惡劣地區(qū)。
儲能的未來當(dāng)然這并不是說我們不要儲能了，小編的意思只是不發(fā)展大規(guī)模儲能。因為儲能可以更好的應(yīng)用在兩個方面：
一是不規(guī)律移動的用能系統(tǒng)，最典型的是電動汽車。規(guī)律的移動用能系統(tǒng)，比如火車，我們是可以做電氣化改造的，沿線敷設(shè)輸電線路的成本還可以接受，并且施工難度不大。而要給電動汽車建設(shè)實時的充電網(wǎng)絡(luò)成本太高了，除非無線定向充電技術(shù)十分發(fā)達(dá)(無線充電技術(shù)未來小編還要介紹，展望其前景和應(yīng)用范圍)。油箱本身就是個儲能設(shè)備，儲存汽油的能量，一個可以移動的電池當(dāng)然可以替代一個移動的油箱，所以儲能技術(shù)可應(yīng)用于電動汽車領(lǐng)域。
二是需要快速儲能或用能的領(lǐng)域，最典型的是電力系統(tǒng)調(diào)峰。目前有些用戶安裝了儲能設(shè)施，并利用峰谷電價差盈利，這種模式在未來可能會被電力市場和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)顛覆。當(dāng)峰谷電價差別很大時，如果通過電力市場和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，這個電價信號可以傳遞到發(fā)電側(cè)，發(fā)電機必然會選擇在電價低的時候少發(fā)電、電價高的時候多發(fā)電，峰谷電價差會降低，儲能的盈利性最終會消失。所以儲能的容量特性在未來的電力市場中毫無前景，但功率特性對電力系統(tǒng)是有價值的。當(dāng)發(fā)電機無法對電價信號做出快速的功率調(diào)整，或者電網(wǎng)出現(xiàn)阻塞時(發(fā)電機調(diào)節(jié)和電網(wǎng)阻塞是很有意思的物理議題，以后會論述)，儲能設(shè)備可以發(fā)揮自身充放電速度快的優(yōu)勢，幫助電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)功率平衡，并在輔助服務(wù)市場中盈利。例如現(xiàn)在的抽水蓄能電站，就是用來快速調(diào)節(jié)功率平衡的。
結(jié)語當(dāng)然，或許有一天，儲能的成本下降到比電網(wǎng)互聯(lián)還要低，并且原材料可以大量獲得不受資源約束，那么本文的前提都將被推翻，屆時儲能將會大規(guī)模的應(yīng)用，我們將削弱甚至取消能源輸送體系。那時才是一場真正的能源革命!
