中國可再生能源協(xié)會提供的數(shù)據(jù)顯示，截至2011年年底，中國有47000MW的風(fēng)電裝機(jī)，目前只有大約有20%的風(fēng)電機(jī)組解決了并網(wǎng)的問題，但如果以20%的比例全部配備儲能則需要安裝9400MW的儲能，即使按照每兆瓦2000萬元的工程成本計(jì)算，需要一次性投入1880億元。
這是一筆龐大的投資，但這筆投資無論如何都得考慮其經(jīng)濟(jì)性。目前的鋰離子電池壽命一般為5年，攤薄至每年的投資接近400億元。倘若這個配備比例提高10個百分點(diǎn)，則攤薄至每年的投資將達(dá)到600億元，況且這還不算每年新增的風(fēng)電規(guī)模機(jī)組和其他可再生能源。
國家能源局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2011年底，中國風(fēng)電機(jī)組全年平均利用小時數(shù)為1903，據(jù)此測算，去年累計(jì)風(fēng)電發(fā)電量為890億千瓦時，若以5毛錢一千瓦的上網(wǎng)電價(jià)計(jì)算，如果棄風(fēng)最高35%，那這個損耗也僅為239.61億元，比400億元的投資還是小很多。
示范儲能
目前所能預(yù)見的是，未來智能電網(wǎng)中可再生能源將由補(bǔ)充能源逐步成為主導(dǎo)能源，由于中國可再生能源存在著資源與負(fù)荷分布不均衡的問題，全國性電網(wǎng)互聯(lián)仍然是發(fā)展方向。
國網(wǎng)能源研究院的專家多次表示，未來電網(wǎng)中將會出現(xiàn)許多大型的集中式并網(wǎng)的可再生能源發(fā)電場或發(fā)電區(qū)，可再生能源發(fā)電間歇性和難以短時預(yù)測的問題將會被放大，給電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行帶來一系列的挑戰(zhàn)。
“比如以風(fēng)電為例，來風(fēng)時風(fēng)電機(jī)組全部發(fā)電，電網(wǎng)負(fù)荷短時間內(nèi)會達(dá)到一個承受高壓，而無風(fēng)時電網(wǎng)承壓又會迅速減弱，如果不能使其平穩(wěn)有序接入電網(wǎng)，一旦出現(xiàn)問題后果不堪設(shè)想。”目前有效的解決方法是為可再生能源發(fā)電場配置一定容量的旋轉(zhuǎn)備用，建設(shè)大型儲能電站便是有效的途徑。
儲能的基本原理是，儲能技術(shù)通過功率變換裝置，及時進(jìn)行有功/無功功率吞吐，可以保持系統(tǒng)內(nèi)部瞬時功率的平衡，避免負(fù)荷與發(fā)電之間大的功率不平衡，維持系統(tǒng)電壓、頻率和功角的穩(wěn)定，提高供電可靠性；可以改善電能質(zhì)量，滿足用戶的多種電力需求，減少因電網(wǎng)可靠性或電能質(zhì)量帶來的損失；可以利用峰谷電價(jià)有效平衡負(fù)荷峰谷，減少旋轉(zhuǎn)備用，實(shí)現(xiàn)用能的經(jīng)濟(jì)性，提高綜合效益；此外，儲能還可以協(xié)助系統(tǒng)在災(zāi)變事故后重新啟動與快速恢復(fù)，提高系統(tǒng)的自愈能力。
這也是業(yè)界普遍認(rèn)為儲能技術(shù)是構(gòu)建智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，但電力儲能如何在其快速發(fā)展的同時實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)價(jià)值，目前是世界各國都在探索的出路。中國幾個大的儲能場，也僅處于示范工程，國家發(fā)改委和財(cái)政部在經(jīng)費(fèi)上也僅做一點(diǎn)補(bǔ)貼，主要建設(shè)費(fèi)用由國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)兩大電網(wǎng)各自承擔(dān)。
兩種模式
盡管已經(jīng)出現(xiàn)了各種各樣的儲能模式，如果不考慮其經(jīng)濟(jì)性的話，飛輪儲能和抽水蓄能似乎已經(jīng)普遍被業(yè)界所接受。
在各種儲能技術(shù)中，飛輪儲能是能量密度、功率密度、使用壽命等技術(shù)性能結(jié)合得非常好的一種儲能技術(shù)，在很多應(yīng)用中都具有優(yōu)勢。
但不容忽視的一個問題是，飛輪儲能是一個復(fù)雜的技術(shù)和系統(tǒng)工程，其關(guān)鍵技術(shù)涵蓋電磁、機(jī)械、材料、電力電子等諸多關(guān)鍵技術(shù)，盡管國內(nèi)外的一些大公司研發(fā)了數(shù)十年，但飛輪儲能還未能完全進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化。
“中國在高強(qiáng)度復(fù)合材料、磁浮軸承、高速電機(jī)、阻尼器以及系統(tǒng)的集成與可靠性等方面都有需要攻克的難題。”上述國王能源研究院的專家稱，這些技術(shù)都被認(rèn)為是未來飛輪儲能中的關(guān)鍵技術(shù)，而目前中國的一些企業(yè)在這些技術(shù)領(lǐng)域與國際知名企業(yè)還相差甚遠(yuǎn)。
就目前的儲能技術(shù)發(fā)展水平看，單一的儲能技術(shù)很難同時滿足能量密度、功率密度、儲能效率、使用壽命、環(huán)境特性以及成本等性能指標(biāo)，如果將兩種或以上性能互補(bǔ)性強(qiáng)的儲能技術(shù)相結(jié)合，組成復(fù)合儲能，則可以取得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能，基于這種認(rèn)為，有專家提出將飛輪儲能與抽水蓄能電站結(jié)合起來，或許能解決未來的儲能難題。
抽水蓄能電站是集抽水與發(fā)電兩類設(shè)施于一體，其基本原理是上、下游均設(shè)置水庫，在電力負(fù)荷低谷或豐水時期，利用其他電站提供的剩余能量，從地勢低的下水庫抽水到地勢高的上水庫中，將電能轉(zhuǎn)換為位能；在日間出現(xiàn)高峰負(fù)荷或枯水季節(jié)，再將上水庫的水放下，驅(qū)動水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，將位能轉(zhuǎn)換為電能。
業(yè)界普遍認(rèn)為，抽水蓄能電站是目前最成熟的，應(yīng)用最廣泛的大規(guī)模儲能技術(shù)，具有容量大，壽命長(經(jīng)濟(jì)壽命約50年)，可為電網(wǎng)提供調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、事故備用等服務(wù)，其良好的調(diào)節(jié)性能和快速負(fù)荷變化響應(yīng)能力，對于有效減少新能源發(fā)電輸入電網(wǎng)時引起的不穩(wěn)定具有重大意義。
但是，抽水蓄能電站其自身的劣勢也暴露無疑，其選址需要有水平距離小、上下水庫高度差大的地形條件，巖石強(qiáng)度高、防滲性能好地質(zhì)條件，以及充足的水源保證發(fā)電用水的需求。另外還有上、下水庫的庫區(qū)淹沒問題，水質(zhì)的變化以及庫區(qū)土壤鹽堿化等一系列環(huán)保問題需要考慮。
盡管中國的抽水蓄能電站近20年得到了快速發(fā)展，到2010年底，投產(chǎn)裝機(jī)容量達(dá)到16345MW，躍居世界第三；在建裝機(jī)容量達(dá)到12040MW，居世界第一。按照目前國家政策，抽水蓄能電站原則上由電網(wǎng)企業(yè)建設(shè)和管理。“十二五”期間，政府對水電的開發(fā)十分重視，其中對于抽水蓄能的規(guī)劃目標(biāo)是到2020年將達(dá)到7000-8000萬千瓦，意味著在未來十年內(nèi)，抽水蓄能裝機(jī)將增加4000-5000萬千瓦。
但抽水蓄能電站遇到了一個關(guān)鍵的瓶頸：由于目前中國大規(guī)模的風(fēng)電基地大多都處于西北或者內(nèi)蒙古，這些地區(qū)本身就較為缺水，發(fā)電用水不能完全保證。
政策配套
儲能技術(shù)的發(fā)展，除了自身的技術(shù)進(jìn)步外，還需要其他一些技術(shù)或政策上的配套。
如實(shí)施分時電價(jià)，合理拉開不同供需時段的電價(jià)，使得儲能的削峰填谷有利可圖，則會吸引更多的市場力量參與進(jìn)來，也能夠直接推動儲能技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
中國工程院院士黃其勵在接受《新產(chǎn)業(yè)》采訪時就表示，分時電價(jià)出來以后，可以完全反映資源的稀缺程度。在用電高峰的時候，需求量比較大，這時候電價(jià)應(yīng)該高一些，引導(dǎo)大家少用電。但在低谷的時候，可以降低電價(jià)，甚至是使用特殊電價(jià)。
“比如在風(fēng)電棄風(fēng)的時候，如果把電價(jià)降一半，很多工廠企業(yè)就可能改變工作時間，廣大居民也可以在電價(jià)最便宜的時候用電。實(shí)時電價(jià)經(jīng)過一段實(shí)踐之后，就可以真正充分、高效率地利用能源。”不過目前，分時電價(jià)的應(yīng)用范圍太小，尚未達(dá)到能夠起到調(diào)節(jié)作用的功能。
2010年《可再生能源法修正案》中第一次提到儲能的發(fā)展。在此指引下，國務(wù)院、國家發(fā)改委、科技部、財(cái)政部、國家能源局、國家電網(wǎng)等公司國家機(jī)構(gòu)和企業(yè)以及各地方政府相繼出臺了一些相關(guān)的法規(guī)、規(guī)劃和辦法等，并給予資金支持發(fā)展儲能產(chǎn)業(yè)。但目前國內(nèi)尚缺乏針對儲能行業(yè)挑戰(zhàn)的政策。
除了國家政策之外，各地方也出臺了一些配套政策，但目前看，其范圍較小，對于儲能還未完全起到支撐性作用。
未來挑戰(zhàn)
儲能已經(jīng)成為未來智能電網(wǎng)的一個必要的組成部分。儲能作為未來電網(wǎng)主要技術(shù)瓶頸之一，也是作為未來智能電網(wǎng)的重要組成部分，目前仍有幾個關(guān)鍵問題尚待解決。
其一是經(jīng)濟(jì)性難題。儲能本身是一個產(chǎn)業(yè)，但目前的成本居高不下也是影響儲能大規(guī)模發(fā)展的一個主要因素。當(dāng)前階段大多處于示范工程的儲能工程是由社會性代替經(jīng)濟(jì)性，必然會出現(xiàn)推廣難的問題，其關(guān)鍵材料、制造工藝和能量轉(zhuǎn)化效率也是各種技術(shù)面臨的共同挑戰(zhàn)。
其二是應(yīng)用性難題。由于儲能在電力系統(tǒng)的應(yīng)用時間短，尤其目前尚未在電網(wǎng)系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用，其抽水蓄能電站也僅是試驗(yàn)示范工程。電力行業(yè)對產(chǎn)品可靠性要求高，傳統(tǒng)上至少需要5年以上的實(shí)地可靠性測試和試用才能通過電力用戶的最低標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致產(chǎn)品規(guī)模生產(chǎn)前定型周期長；儲能產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)成熟度、可靠性與一定的規(guī)?；苯酉嚓P(guān)?；谏鲜鲞@種實(shí)際，要想在短期內(nèi)大規(guī)模推廣儲能不太現(xiàn)實(shí)，但目前緊鑼密鼓發(fā)展的智能電網(wǎng)急需解決儲能這個關(guān)鍵難題，因此應(yīng)用性是首當(dāng)其沖的考驗(yàn)。
其三是政策性難題，儲能由于發(fā)電、輸電、配電和售電等電力系統(tǒng)環(huán)節(jié)整體受益，但目前尚未出現(xiàn)主導(dǎo)環(huán)節(jié)，勢必導(dǎo)致利益分配不公。由于儲能的經(jīng)濟(jì)價(jià)值難以計(jì)算，如果由政府主導(dǎo)，其實(shí)施企業(yè)則會出現(xiàn)積極性不高等各種問題。因此，如何選擇適用的儲能技術(shù)、如何在電力系統(tǒng)中進(jìn)行規(guī)模應(yīng)用、如何建立行業(yè)機(jī)制，這也是國家相關(guān)主管部門和企業(yè)共同協(xié)商制定儲能產(chǎn)業(yè)政策需要考慮的核心問題。
中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員張華民也指出，隨著可再生能源的普及應(yīng)用、電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及智能電網(wǎng)的建設(shè)，各種儲能技術(shù)都面臨巨大挑戰(zhàn)和前所未有的發(fā)展機(jī)遇。
“加大儲能研發(fā)和應(yīng)用示范力度，突破關(guān)鍵技術(shù)；盡快明確國家的產(chǎn)業(yè)政策和支持措施；建立起儲能產(chǎn)業(yè)鏈，推動儲能行業(yè)的健康快速發(fā)展是實(shí)現(xiàn)我國新能源振興和落實(shí)節(jié)能減排國策的重要保證。”張華民說。
