能源轉(zhuǎn)型到儲(chǔ)能革命

 

　　從新能源消納的角度來看，在能源轉(zhuǎn)型的下一個(gè)階段，儲(chǔ)能技術(shù)無疑會(huì)是未來能源系統(tǒng)的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)，因?yàn)榘l(fā)電可以根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)整，不需要太多的儲(chǔ)能容量。隨著更多的可再生能源的并網(wǎng)利用，情況發(fā)生了戲劇性的變化，因?yàn)轱L(fēng)力渦輪機(jī)和太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量對(duì)于天氣的依賴性較強(qiáng)，加上分布式發(fā)電系統(tǒng)的多元化，各種電力并網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制也越來越動(dòng)態(tài)化，要想大力發(fā)展清潔能源，大容量儲(chǔ)能必不可少。除了能夠保障大量可再生能源電力的消納以外，儲(chǔ)能技術(shù)還能完美的起到供給側(cè)的行業(yè)耦合的作用。所謂行業(yè)耦合，就是通過相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施和儲(chǔ)能將交通行業(yè)、工業(yè)和建筑行業(yè)的供能整合在一起，以方便各行業(yè)的能源供應(yīng)，同時(shí)減少各行業(yè)的碳排放。下圖列出來儲(chǔ)能的各種應(yīng)用：

 

　　但由于投資和運(yùn)營成本的問題，在未來的幾十年里，大規(guī)模的儲(chǔ)能設(shè)施只能在一些示范項(xiàng)目中慢慢摸索。但如果換一種思路，把無數(shù)的小型家用儲(chǔ)能設(shè)備和電動(dòng)汽車電池作為儲(chǔ)能設(shè)備，是不是也能保證未來的大容量儲(chǔ)能需求呢？此外，可再生能源的份額不斷上升，整個(gè)能源系統(tǒng)的趨勢(shì)也是從一個(gè)高度集中的能源系統(tǒng)向分散、靈活和可再生的分布式能源系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，家用儲(chǔ)能設(shè)備和電動(dòng)汽車的分布式儲(chǔ)能恰恰可以提供這種轉(zhuǎn)換所需的靈活性。這種想法在德國催生了一個(gè)獨(dú)特、充滿活力儲(chǔ)能行業(yè)，甚至可以說是加速德國能源清潔化的關(guān)鍵。

 

　　家用和電動(dòng)汽車的電池所能做到的僅僅是間歇性的儲(chǔ)能，通過電價(jià)或等補(bǔ)貼，或者其他的激勵(lì)措施，鼓勵(lì)用戶在可再生能源富余的時(shí)候，消耗多余的電量。但僅僅是這么一小步，就被稱為了德國能源轉(zhuǎn)型下的一次壯舉，甚至被稱為“能源消納的圣杯”。根據(jù)媒體的報(bào)道，德國的現(xiàn)在的可再生能源份額已經(jīng)超過了三分之一，多數(shù)是得益于各種十分新穎的創(chuàng)新儲(chǔ)能項(xiàng)目，很多時(shí)候儲(chǔ)能設(shè)施都是由家用電器和電動(dòng)汽車來代替，每個(gè)項(xiàng)目的獨(dú)特點(diǎn)都在于那些新穎的創(chuàng)新商業(yè)模式。這種間接性儲(chǔ)能的商業(yè)模式，很有可能顛覆能源領(lǐng)域現(xiàn)有的一些商業(yè)模式。

 

　　特別是最近在電池價(jià)格大幅下跌的推動(dòng)下，德國家用儲(chǔ)能設(shè)備的需求劇增，截止到2018年夏末，德國安裝了10萬個(gè)家用太陽能電池，電動(dòng)汽車數(shù)量的更是不斷增加，這兩點(diǎn)意味著，一波更大的電池儲(chǔ)能革命浪潮正向德國襲來。

 

　　戶用儲(chǔ)能系統(tǒng)的爆發(fā)

 

　　鋰電池在電子產(chǎn)品以及在電動(dòng)汽車中越來越多的應(yīng)用，使得鋰離子電池價(jià)格的大幅下跌。在不到5年的時(shí)間里，德國的電池成本下降了一半以上，未來還將繼續(xù)下降。戶用儲(chǔ)能電池的主要作用有：

 

　　光伏儲(chǔ)能：由于光伏發(fā)電的不可控性，其特性曲線是：僅在白天尤其是午間發(fā)電，利用電池將白天發(fā)的電儲(chǔ)存起來。尤其是對(duì)于住宅光伏客戶，儲(chǔ)能系統(tǒng)能大大提升自身的光伏發(fā)電量使用效率。PV儲(chǔ)能系統(tǒng)的主要經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)在他們自身的電力消耗比率較低，從而能減少從公共電網(wǎng)獲取的電量。通過添加電池，理論上該比率可以上升到100%，但由于經(jīng)濟(jì)性原因很少能夠真正實(shí)現(xiàn)。目前在歐洲，單個(gè)光伏系統(tǒng)的自耗率平均為35％，電池價(jià)格占整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)費(fèi)用的50%以上。

 

　　戶用調(diào)峰及需求側(cè)響應(yīng)：另外，戶用儲(chǔ)能電池還可以用于用戶需求側(cè)響應(yīng)，用戶可在電網(wǎng)負(fù)荷較小的情況下，利用電池充電；在電網(wǎng)負(fù)荷較大的時(shí)候，利用電池進(jìn)行供電，能夠大大降低電網(wǎng)負(fù)荷，同時(shí)節(jié)約電力成本。能起到這樣作用的電池主要是戶用光伏儲(chǔ)能電池和家用電動(dòng)汽車電池。根據(jù)研究顯示，未來電動(dòng)汽車電池在該方面的應(yīng)用前景十分可觀。未來超過70% 的電動(dòng)汽車電池可用作戶用電池調(diào)峰。

 

　　據(jù)麥肯錫預(yù)測:“到2035年，基于設(shè)計(jì)的進(jìn)步、規(guī)模經(jīng)濟(jì)和流程的簡化，儲(chǔ)能系統(tǒng)的總成本將下降50%至70%。”IRENA甚至預(yù)計(jì)，到2030年，安裝電池的價(jià)格將下降50%到66%。

 

　　歐洲經(jīng)濟(jì)研究中心(ZEW)的德國能源行業(yè)專家預(yù)計(jì)，鑒于市場力量，以及能源轉(zhuǎn)型在交通和供暖領(lǐng)域的不斷擴(kuò)張，未來幾年對(duì)電力存儲(chǔ)的需求將大幅增加。超過70%的人表示，他們相信電池將是未來10年增長最快的領(lǐng)域，而蓄熱能力的增長潛力排名第二。

 

　　德國的私人家庭對(duì)戶用光伏儲(chǔ)能的接受程度也越來越高。目前，大約一半的新住宅太陽能光伏系統(tǒng)都配有儲(chǔ)能電池系統(tǒng)。據(jù)亞琛工大的研究顯示，越來越多的家庭表示，電價(jià)越來越高，為了削減電力支出，降低對(duì)電網(wǎng)的依賴性，更愿意使用光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)，目前德國在戶用光伏儲(chǔ)能方面做得最好的兩家企業(yè)是Sonnen和Solarwatt。

 

　　太陽能行業(yè)協(xié)會(huì)BSWSolar預(yù)計(jì)，未來幾年，家用電池將繼續(xù)迅速普及，價(jià)格進(jìn)一步下跌將使經(jīng)濟(jì)形勢(shì)向更有利于戶用儲(chǔ)能系統(tǒng)普及的方向轉(zhuǎn)變，德國最早將在2020年突破20萬個(gè)系統(tǒng)的門檻。

 

　　除此之外，因?yàn)楸臼兰o(jì)初建造的數(shù)十萬個(gè)屋頂光伏系統(tǒng)在運(yùn)行了20年之后，將達(dá)到支持費(fèi)用(即所謂的上網(wǎng)電價(jià))的終點(diǎn)，這些系統(tǒng)將繼續(xù)以接近于零的成本發(fā)電，而從電網(wǎng)獲取的電力每千瓦時(shí)的成本約為28歐分。這使得家用電池的普及可能會(huì)進(jìn)一步加速。

 

　　傳統(tǒng)能源企業(yè)面臨挑戰(zhàn)

 

　　德國住宅儲(chǔ)能的迅速普及，一方面加速了可再生能源的消納，另一方面也加速了能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型，這無疑對(duì)德國傳統(tǒng)的公用事業(yè)企業(yè)構(gòu)成了一定的挑戰(zhàn)，許多德國傳統(tǒng)能源企業(yè)因?yàn)閬聿患懊鎸?duì)這么迅速的能源轉(zhuǎn)型和數(shù)字化轉(zhuǎn)型而陷入了一定的混亂。此外，家用儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)展，使得家用光伏能源提供的能源占比大大提高，目前已可以達(dá)到70%的戶用電力需求。也就是說，對(duì)于那些傳統(tǒng)售電公司來說意味著，每10個(gè)客戶里會(huì)損失掉7個(gè)客戶。

 

　　此外，以后的趨勢(shì)是，一些戶用光伏的業(yè)主能夠在虛擬社區(qū)與其他業(yè)主共享他們自己產(chǎn)生的電能，比如我們?cè)?jīng)介紹過的Design Netz的項(xiàng)目。按照那些戶用電池制作商（比如：Sonnen）的愿景，這種商業(yè)模式在以后甚至可以使家庭用戶完全脫離對(duì)傳統(tǒng)公用事業(yè)的依賴。Sonnen就是這項(xiàng)技術(shù)在德國和海外的知名的倡導(dǎo)者。Sonnen計(jì)劃在澳大利亞建設(shè)世界上最大的戶用儲(chǔ)能社群網(wǎng)絡(luò)，將4萬戶家庭連接在一個(gè)“虛擬發(fā)電廠”中。

 

　　據(jù)麥肯錫報(bào)告，電池的普及，將會(huì)導(dǎo)致能源市場洗牌，催生大量的贏家和輸家，和傳統(tǒng)的能源行業(yè)易于壟斷的特質(zhì)不同，以后的能源系統(tǒng)一定是多元化的，是否能夠占有市場份額的因素，將取決于成本下降的速度。存儲(chǔ)時(shí)代的到來，對(duì)于Sonnen等這些專門從事分布式能源的公司、科技制造商和金融企業(yè)來說，毫無疑問是一個(gè)創(chuàng)造歷史的絕佳機(jī)會(huì)。而公用事業(yè)公司也必須學(xué)會(huì)適應(yīng)未來能源系統(tǒng)的靈活發(fā)展，加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)管理和應(yīng)對(duì)能力，其中關(guān)鍵的一點(diǎn)就是發(fā)展更多的創(chuàng)新商業(yè)模式，目前發(fā)展得比較成熟的一種就是合同能源管理商業(yè)模式，即：能源服務(wù)商可以為業(yè)主提供設(shè)備管理和交易管理，在保障業(yè)主的收益最大化的情況下，收取一定量的服務(wù)費(fèi)或者按比例提成。

 

　　有一些德國比較大的公用事業(yè)公司，比如EnBW，能夠發(fā)展的商業(yè)模式就更多了。他們自己會(huì)向用戶便宜出售或租賃自己的家用光伏+儲(chǔ)能設(shè)備，以獲取管理那些設(shè)備的權(quán)限，這樣就完美的創(chuàng)造了完全屬于自己的能源社區(qū)，占據(jù)當(dāng)?shù)氐哪茉捶?wù)市場。

 

　　EnBW發(fā)言人Heiko Willrett在接受《清潔能源電線》采訪時(shí)曾表示，未來能源系統(tǒng)向分布式的轉(zhuǎn)變是能源領(lǐng)域的主要趨勢(shì)之一，而儲(chǔ)能會(huì)是未來穩(wěn)定能源系統(tǒng)、保障供電可靠性的核心角色，公用事業(yè)公司需要重新思考出應(yīng)對(duì)分布式能源系統(tǒng)的新商業(yè)模式。

 

　　儲(chǔ)能如何能做到能源轉(zhuǎn)型的過渡

 

　　德國的儲(chǔ)能行業(yè)人員已經(jīng)超過12000人(其中約5000人從事電池行業(yè))，和國內(nèi)相比，這個(gè)數(shù)字當(dāng)然少得可憐，但是考慮到市場體量，這個(gè)人數(shù)目前已經(jīng)超過了德國的褐煤行業(yè)工作崗位的一半。根據(jù)德國能源存儲(chǔ)協(xié)會(huì)BVES的預(yù)測，2018年儲(chǔ)能行業(yè)的總銷售額預(yù)計(jì)將增長10%，達(dá)到51億歐元。德國政府和煤炭委員會(huì)(coal commission)希望在目前計(jì)劃的脫碳期間，通過將電池生產(chǎn)商吸引到煤炭開采地區(qū)，一方面充分利用該地區(qū)資源，另一方面保障該地區(qū)的人口就業(yè)問題。目前德國脫碳的最大障礙，其實(shí)已經(jīng)不是技術(shù)上的問題，最大的爭論是，能源轉(zhuǎn)型導(dǎo)致傳統(tǒng)煤炭行業(yè)人員失業(yè)的問題，如果通過上述措施能夠保證人口失業(yè)問題得到解決，那么德國脫碳之路上的最大障礙也會(huì)消失。

 

　　除了電池之外的其他可能

 

　　儲(chǔ)能的原理早在幾十年前就不是什么新鮮事。“經(jīng)典”的抽水蓄能技術(shù)就是在電力富余的時(shí)候，利用水泵將電力轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，在需要的時(shí)候，又把水放出來，將勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電力。但在德國，適合建造抽水蓄能電站的空間非常小，因?yàn)槟抢锏纳絽^(qū)很少，而且公眾對(duì)這種會(huì)破壞環(huán)境的新項(xiàng)目有強(qiáng)烈的抵制。這就是為什么德國人還在努力尋找其他方式來儲(chǔ)存可再生能源。目前人們對(duì)電池的熱情有時(shí)掩蓋了這樣一個(gè)事實(shí)，即世界第四大經(jīng)濟(jì)體的脫碳需要許多其他技術(shù)，因?yàn)殡姵馗緹o法儲(chǔ)存更長時(shí)間的能量，也無法儲(chǔ)存足夠的能量。這就是為什么除了完成煤炭開采到電池生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變之外，以熱能的形式儲(chǔ)存，或者以氣體或液體燃料的形式儲(chǔ)存可再生能源(比如Power-to-Gas技術(shù))的技術(shù)，對(duì)于大量或者長時(shí)間儲(chǔ)能也很重要的原因。

 

　　熱儲(chǔ)能目前正在研究當(dāng)中，德國航空航天中心(DLR)提出了一種利用煤炭行業(yè)現(xiàn)有儲(chǔ)熱設(shè)備來緩解脫碳計(jì)劃的替代方法。研究人員建議將可再生能源產(chǎn)生的熱量儲(chǔ)存在廢棄燃煤電廠裝滿液態(tài)鹽的大水箱中，并利用現(xiàn)有的蒸汽發(fā)生器和渦輪機(jī)將熱量轉(zhuǎn)化為電能。德國政府已經(jīng)表示，將研究“使用不再需要大規(guī)模蓄熱的發(fā)電廠”的可能性。DLR稱，如果這些項(xiàng)目得以實(shí)現(xiàn)，目前約有一半的燃煤電廠員工可以保住工作。

 

　　至于Power-to-Gas技術(shù)儲(chǔ)能的案例，在德國目前有非常多，其中比較有名的是德國的MEKS項(xiàng)目。MEKS“是施普倫貝格多能互補(bǔ)集成發(fā)電系統(tǒng)（Multi-Energie-Kraftwerk Sperenberg）的縮寫，項(xiàng)目坐落于德國東部小市阿姆梅倫塞的小鎮(zhèn)施普倫貝格。這個(gè)多能互補(bǔ)集成發(fā)電系統(tǒng)利用先進(jìn)智能系統(tǒng)集成技術(shù)將風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電結(jié)合，所發(fā)電量可以實(shí)時(shí)饋入電網(wǎng)；多余的電量又可以結(jié)合制氫裝置，制得的氫氣可以儲(chǔ)存或饋入當(dāng)?shù)靥烊粴夤艿馈EKS項(xiàng)目將該地區(qū)的創(chuàng)新發(fā)電和存儲(chǔ)技術(shù)結(jié)合起來，充分利用該地區(qū)的新能源資源，同時(shí)為當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有發(fā)電廠提供了可持續(xù)利用潛力。