徐志成 王芃
（國網(wǎng)能源研究院有限公司）
當(dāng)今世界能源發(fā)展朝著清潔低碳、安全高效的方向不斷推進(jìn)，呈現(xiàn)轉(zhuǎn)型加快、跨界融合、創(chuàng)新活躍的大趨勢。逐步構(gòu)建以可再生能源為主體的能源系統(tǒng)，并深度融合新型能源技術(shù)解決面臨的新挑戰(zhàn)已成為世界各國的共同選擇。為促進(jìn)新能源消納、提升電力系統(tǒng)靈活性，儲(chǔ)能廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的發(fā)、輸、配、用各環(huán)節(jié)。但目前儲(chǔ)能存在技術(shù)經(jīng)濟(jì)性不高、位置獨(dú)立分散、利用率低下，且成本疏導(dǎo)途徑及盈利能力受限等問題。為更好地促進(jìn)儲(chǔ)能發(fā)展，應(yīng)緊密結(jié)合能源轉(zhuǎn)型的特點(diǎn)，厘清儲(chǔ)能發(fā)展內(nèi)在邏輯、面臨的挑戰(zhàn)及需要的產(chǎn)業(yè)環(huán)境等問題。
一、“新能源+儲(chǔ)能”將成為未來能源電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施
能源發(fā)展正經(jīng)歷以煤、油等高能量密度為主的利用形式邁向以風(fēng)光等低能量密度能源為主的利用形式，該變化也是太陽能的間接利用到直接利用的過程。太陽能的直接利用省去了中間較多轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了能源“所見即所得”的規(guī)模化開發(fā)利用，但其面臨著能源來源的不確定性、利用的波動(dòng)性和存儲(chǔ)的不易性等挑戰(zhàn)。為實(shí)現(xiàn)低能量密度能源的高質(zhì)量利用，儲(chǔ)能將發(fā)揮能量“壓縮機(jī)、調(diào)制機(jī)”的功能，實(shí)現(xiàn)低密度、波動(dòng)性能源的高密度、可控性利用，達(dá)到“類常規(guī)電源”的效果，故在能源轉(zhuǎn)型中“新能源+儲(chǔ)能”將成為能源的重要利用形式和基礎(chǔ)設(shè)施。
二、未來廉價(jià)的規(guī)?；瘍?chǔ)能將以一次能源的直接存儲(chǔ)為主，而儲(chǔ)電等主要應(yīng)用在高電能品質(zhì)要求等場景
廣義的儲(chǔ)能可根據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)的形態(tài)分為一次能源的存儲(chǔ)、中間能源的存儲(chǔ)和終端能源的存儲(chǔ)，且終端能源的存儲(chǔ)難度、時(shí)長、成本較一次能源的直接存儲(chǔ)更大、更短和更昂貴1 。電化學(xué)儲(chǔ)能由于其物理活性遠(yuǎn)高于直接存儲(chǔ)的一次能源，故其大規(guī)模應(yīng)用必將引起成本大幅上升；而儲(chǔ)氫、抽蓄、壓縮空氣儲(chǔ)能、儲(chǔ)熱等是對原料或中間能源形式的存儲(chǔ)，其存儲(chǔ)成本較低，更容易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展。因此，未來廉價(jià)的規(guī)模化儲(chǔ)能將更多以原料的存儲(chǔ)形式存在，而對能源品質(zhì)要求較高的則主要以儲(chǔ)電等終端能源存儲(chǔ)的形式存在。為了更好利用儲(chǔ)電等高級能源形式，可采用儲(chǔ)能云等模式實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能的集群調(diào)度從而達(dá)到規(guī)?；瘧?yīng)用。
三、需求的多樣性決定未來儲(chǔ)能朝著技術(shù)多元化、應(yīng)用場景廣泛化的方向發(fā)展
市場需求導(dǎo)向?qū)⒑艽蟪潭扔绊憙?chǔ)能發(fā)展，當(dāng)前行業(yè)將儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性作為衡量儲(chǔ)能發(fā)展能否取得重大突破的關(guān)鍵評判因素，導(dǎo)致儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)單一化，僅蓄電池和鋰電池發(fā)展較快。隨著新能源滲透率不斷提升、能源安全約束日益突出，從系統(tǒng)角度考慮，儲(chǔ)能將成為系統(tǒng)剛需。
綜合不同儲(chǔ)能技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用場景可知，不同技術(shù)類型的儲(chǔ)能可共同解決能源電力系統(tǒng)在不同時(shí)間尺度、空間范圍內(nèi)的供給側(cè)與需求側(cè)平衡問題，互為補(bǔ)充、相得益彰，部分剛需場景儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性不再成為儲(chǔ)能發(fā)展的限制因素。以抽水蓄能和電化學(xué)儲(chǔ)能為例，抽蓄儲(chǔ)能主要解決大時(shí)間尺度、大區(qū)域范圍內(nèi)的系統(tǒng)調(diào)峰平衡問題，適用于集中式新能源發(fā)展；而電池儲(chǔ)能更多解決小時(shí)間尺度、局部地區(qū)的系統(tǒng)功率平衡問題，適合分布式新能源發(fā)展；兩者并非完全替代關(guān)系，簡單地將電池儲(chǔ)能和抽蓄儲(chǔ)能進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性對標(biāo)容易導(dǎo)致決策誤判。
四、應(yīng)站在能源系統(tǒng)的高度看待未來儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展
當(dāng)前儲(chǔ)能產(chǎn)品存在沿襲動(dòng)力電池制造體系的“路徑依賴”問題，若僅認(rèn)為儲(chǔ)能是電池行業(yè)的延伸，延續(xù)電池行業(yè)“生產(chǎn)—使用—回收”視角看儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的思路，那么相關(guān)從業(yè)者將無法突破一般電池供應(yīng)商的身份認(rèn)知，產(chǎn)品創(chuàng)新、商業(yè)模式創(chuàng)新受到限制，業(yè)務(wù)鏈條難以向下游延伸。
未來，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的真正競爭壓力來自其他能源電力技術(shù)進(jìn)步帶來的市場空間擠壓，而并非僅僅同業(yè)間的技術(shù)路線之爭或產(chǎn)能比拼，只有站在整個(gè)能源行業(yè)的角度才能發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)能在整個(gè)行業(yè)生態(tài)鏈中的真正價(jià)值空間。
圖 1 傳統(tǒng)視角和能源系統(tǒng)視角下的儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展
五、儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性的持續(xù)改善在于“開源節(jié)流”
當(dāng)前“新能源+儲(chǔ)能”相較于傳統(tǒng)化石能源的經(jīng)濟(jì)性不高是限制儲(chǔ)能進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵因素2，為促進(jìn)能源轉(zhuǎn)型，需通過“開源”“節(jié)流”實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性的不斷改善。
節(jié)流方面，主要通過提升儲(chǔ)能全壽命周期的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性從而達(dá)到降低儲(chǔ)能成本的目的。可通過提高儲(chǔ)能循環(huán)壽命、研發(fā)新型廉價(jià)替代材料、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)流程、儲(chǔ)能資源梯級利用和回收循環(huán)利用等手段實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能全壽命周期的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的改善。如實(shí)現(xiàn)鋰電池80%充放電深度下循環(huán)壽命超萬余次；研發(fā)替代貴金屬鎳和鈷電極的新型電池技術(shù)；拓展儲(chǔ)能梯次利用場景，同時(shí)在技術(shù)層面上實(shí)現(xiàn)物盡其用，盡可能降低儲(chǔ)能退役時(shí)的剩余容量（如將原先80%剩余容量即退役的電池改善到剩余容量60%時(shí)再退役），從源頭上延緩電池退役；通過電池生產(chǎn)端的標(biāo)準(zhǔn)制定實(shí)現(xiàn)電池回收階段自動(dòng)化生產(chǎn)線的標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一篩選、拆解、匹配等流程。
開源方面，需通過多樣化儲(chǔ)能應(yīng)用場景、豐富商業(yè)模式，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能多功能復(fù)用下的價(jià)值挖掘；此外，借助新型能源技術(shù)進(jìn)一步激發(fā)儲(chǔ)能價(jià)值發(fā)揮。儲(chǔ)能作為一種靈活性極強(qiáng)的調(diào)節(jié)資源，其具備功率價(jià)值（power value）、容量價(jià)值（capacity value）和能量價(jià)值（energy value），在電力系統(tǒng)不同環(huán)節(jié)、不同場景通過單種或多種功能組合發(fā)揮不同作用。
圖 2 儲(chǔ)能在各應(yīng)用場景、環(huán)節(jié)的價(jià)值體現(xiàn)
當(dāng)前由于市場機(jī)制不完善、儲(chǔ)能價(jià)值評估方法欠缺、受益對象難以識(shí)別、各利益主體間價(jià)值分?jǐn)傇瓌t尚未明確等因素，導(dǎo)致儲(chǔ)能存在“打黑工”的情況，儲(chǔ)能的靈活性未能充分發(fā)揮出來，且其價(jià)值未能全部量化補(bǔ)償，故應(yīng)從以下兩方面著手推進(jìn)儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性的改善。
首先，建立完善儲(chǔ)能價(jià)值評價(jià)體系。研究儲(chǔ)能系統(tǒng)提供各類服務(wù)的直接效益和間接效益；基于儲(chǔ)能受益對象識(shí)別方法，研究多元受益主體間的價(jià)值分?jǐn)偧夹g(shù)，并提出適合不同儲(chǔ)能應(yīng)用場景的儲(chǔ)能價(jià)值評估方法，為儲(chǔ)能價(jià)值量化評估提供新思路，進(jìn)一步豐富儲(chǔ)能價(jià)值發(fā)揮。
其次，盈利模式豐富方面，可通過完善市場機(jī)制、開發(fā)儲(chǔ)能靈活BMS、EMS管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能的多功能復(fù)用，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能價(jià)值疊加。基于多場景復(fù)用盈利模式下的儲(chǔ)能綜合價(jià)值不再是原先從項(xiàng)目角度分析的單一直接價(jià)值，而是從單一價(jià)值到綜合價(jià)值的拓展。單個(gè)儲(chǔ)能多功能復(fù)用、多個(gè)儲(chǔ)能集中調(diào)度管控及多渠道成本回收的多元價(jià)值構(gòu)成是未來儲(chǔ)能主要盈利模式。由單一商業(yè)價(jià)值到綜合商業(yè)價(jià)值，不僅儲(chǔ)能成本回收渠道拓寬，而且利益分配模式及其衍生出的一系列價(jià)格機(jī)制將帶來儲(chǔ)能商業(yè)邏輯的根本性變化。
圖 3 基于多功能復(fù)用下的儲(chǔ)能綜合價(jià)值發(fā)揮
六、能源新技術(shù)的應(yīng)用將成激發(fā)儲(chǔ)能發(fā)展的催化劑
在能源領(lǐng)域，各國都在積極搶占能源技術(shù)創(chuàng)新和商業(yè)模式創(chuàng)新的制高點(diǎn)，如何將人工智能、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、5G等現(xiàn)代信息通信技術(shù)和控制技術(shù)深度融合能源系統(tǒng)，解決能源電力轉(zhuǎn)型中的新困難、新挑戰(zhàn)，并促進(jìn)儲(chǔ)能相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，是當(dāng)前亟需解決的又一難題。新技術(shù)的引入正在為儲(chǔ)能綜合解決方案及商業(yè)模式創(chuàng)新提供新的思考維度。
例如，通過引入?yún)^(qū)塊鏈等新技術(shù)實(shí)現(xiàn)將主體不同（電網(wǎng)企業(yè)、用戶自建、社會(huì)資本投資等）、位置分散（電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)）、類型各異（集中式儲(chǔ)能、分散式儲(chǔ)能、移動(dòng)式儲(chǔ)能）的儲(chǔ)能資源聚合，促進(jìn)分散儲(chǔ)能的跨時(shí)空功能共享，發(fā)揮儲(chǔ)能系統(tǒng)級價(jià)值。構(gòu)建電網(wǎng)與“新能源—儲(chǔ)能—用戶”的共享網(wǎng)絡(luò)體系，依托區(qū)塊鏈技術(shù)為廣域儲(chǔ)能交易構(gòu)建安全接入、公開透明的系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能的跨時(shí)空功能共享，最終達(dá)到源網(wǎng)荷儲(chǔ)多方利益共贏的利益共享。
圖 4 廣域儲(chǔ)能跨時(shí)空功能共享示意圖
上圖中各情景定義如下：
情景1：單個(gè)儲(chǔ)能電站在不同時(shí)段以多功能復(fù)用的方式實(shí)現(xiàn)時(shí)間上的功能共享；情景2：歸屬同一主體但地理位置分散的分布式儲(chǔ)能，其通過在多個(gè)分布式儲(chǔ)能間進(jìn)行同種功能的分?jǐn)倢?shí)現(xiàn)空間上的功能共享，如河南16個(gè)儲(chǔ)能電站同時(shí)進(jìn)行河南電網(wǎng)調(diào)峰，實(shí)現(xiàn)單個(gè)儲(chǔ)能電站難以發(fā)揮的功能；情景3：歸屬不同主體且地理位置分散的多種儲(chǔ)能形式，通過場景1和場景2中功能共享模式實(shí)現(xiàn)多主體儲(chǔ)能的跨時(shí)空功能共享。
隨著儲(chǔ)能發(fā)展及電力市場的不斷完善，儲(chǔ)能發(fā)展逐漸從單個(gè)儲(chǔ)能電站發(fā)揮單種功能過渡到情景1中單個(gè)儲(chǔ)能電站發(fā)揮多種功能共享和情景2位置分散儲(chǔ)能的功能分?jǐn)偤途酆?；未來，隨著儲(chǔ)能商業(yè)模式的不斷豐富及儲(chǔ)能云的興起，儲(chǔ)能與新能源電站及用戶將進(jìn)入多主體儲(chǔ)能的跨時(shí)空功能共享階段。
七、儲(chǔ)能的安全性、標(biāo)準(zhǔn)化及評價(jià)機(jī)制將是約束儲(chǔ)能發(fā)展的三大關(guān)鍵因素
安全性方面，儲(chǔ)能本體的安全性及其與能源電力系統(tǒng)交互時(shí)的安全性是影響儲(chǔ)能發(fā)展的關(guān)鍵制約因素。標(biāo)準(zhǔn)化方面，標(biāo)準(zhǔn)化涵蓋儲(chǔ)能技術(shù)（儲(chǔ)能本體技術(shù)、集成應(yīng)用、運(yùn)維技術(shù)、梯次利用及回收技術(shù)等）的標(biāo)準(zhǔn)化及儲(chǔ)能數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)化。評價(jià)機(jī)制方面，應(yīng)包含儲(chǔ)能建模仿真平臺(tái)評價(jià)、儲(chǔ)能可行性評價(jià)、儲(chǔ)能價(jià)值評價(jià)等方面。
表1 儲(chǔ)能發(fā)展面臨的三大關(guān)鍵制約因素
1.從物理活性及熵原理角度考慮，能源的利用形式越高級其對應(yīng)的物理活性越大，存儲(chǔ)的難度也越大。如火電廠中的煤可視為一種原料形式的儲(chǔ)能，其存儲(chǔ)時(shí)長、成本都較儲(chǔ)電更容易實(shí)現(xiàn)。由于當(dāng)前風(fēng)光無法實(shí)現(xiàn)直接存儲(chǔ)，故風(fēng)光的存儲(chǔ)更多以儲(chǔ)電的形式存在。
2.化石能源經(jīng)濟(jì)性好主要是未考慮化石能源形成的漫長時(shí)間成本。
原文首發(fā)于《電力決策與輿情參考》2020年第7、8期
