中國(guó)能源結(jié)構(gòu)正在發(fā)生革命性變化。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，截至2022年底，中國(guó)可再生能源裝機(jī)達(dá)12.13億千瓦，歷史性超過(guò)全國(guó)煤電裝機(jī);截至今年4月底，中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)3.8億千瓦，光伏發(fā)電裝機(jī)4.4億千瓦，風(fēng)電、光伏發(fā)電總裝機(jī)達(dá)到8.2億千瓦，占全國(guó)發(fā)電裝機(jī)的30.9%，約為36個(gè)三峽電站的總裝機(jī)容量。
歷史告訴我們，每次能源革命都是先發(fā)明了新動(dòng)力裝置和交通工具，進(jìn)而帶動(dòng)對(duì)新能源的開(kāi)發(fā)利用并引發(fā)工業(yè)革命。我們有理由相信，以可再生能源為基礎(chǔ)、電和氫為能源載體，以電池(光伏、鋰離子、氫燃料)為動(dòng)力、電動(dòng)車為交通工具，以“綠色”和“智能”為特征的新的工業(yè)革命正加速到來(lái)。
新能源發(fā)展面臨制約瓶頸
理想的能源必須同時(shí)滿足三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，成為能源“三好生”，即供應(yīng)安全、價(jià)格便宜、綠色環(huán)保。
我們用上述標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量，不難發(fā)現(xiàn)：在綠色環(huán)保方面，風(fēng)電、光伏等新能源具有先天優(yōu)勢(shì);在價(jià)格方面，隨著風(fēng)機(jī)技術(shù)和光電轉(zhuǎn)化效率的提高，發(fā)電成本不斷下降，價(jià)格優(yōu)勢(shì)正日益顯現(xiàn)出來(lái);在安全性方面，由于受自然條件的影響很大，風(fēng)電、光伏發(fā)電可謂“靠天吃飯”，具有隨機(jī)性、波動(dòng)性等特點(diǎn)，容易引發(fā)電網(wǎng)波動(dòng)，造成安全風(fēng)險(xiǎn)，甚至可能導(dǎo)致停電事故。
如何提高風(fēng)電、光伏等新能源接入電網(wǎng)的安全性，使其滿足能源“三好生”標(biāo)準(zhǔn)呢? 答案是“儲(chǔ)能”，就是針對(duì)可再生能源的隨機(jī)性和波動(dòng)性等特點(diǎn)，把富余的可再生能源儲(chǔ)存起來(lái)，當(dāng)可再生能源不足的時(shí)候，通過(guò)時(shí)空變換，再把存儲(chǔ)的電能補(bǔ)回去，保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。這樣就可以有效彌補(bǔ)風(fēng)電、光伏等新能源在安全性方面的不足，促進(jìn)中國(guó)能源結(jié)構(gòu)的變革。
電池儲(chǔ)能形成“電力海綿”
鋰離子電池是一種非常好的儲(chǔ)能裝置，能夠與電力系統(tǒng)、通信基站、數(shù)據(jù)中心、軌道交通、電動(dòng)汽車、智能電網(wǎng)等有機(jī)融合發(fā)展，用途很廣，性能優(yōu)異。此類電池可分為兩類，一類是集中式儲(chǔ)能電站，另一類是分布式儲(chǔ)能電池。
集中式儲(chǔ)能電站把很多大容量電池集中在一起對(duì)電力進(jìn)行存儲(chǔ)，在需要用電時(shí)釋放出來(lái)。由于存在自放電現(xiàn)象和熱失控問(wèn)題，鋰離子電池儲(chǔ)能電站電池不能長(zhǎng)周期儲(chǔ)能，也不能大規(guī)模儲(chǔ)能。近年來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)步和電池正負(fù)極材料性能的改善等，集中式儲(chǔ)能電站的應(yīng)用安全性得到提升，應(yīng)用范圍和場(chǎng)景不斷擴(kuò)大。2021年，中國(guó)用于儲(chǔ)能的鋰離子電池產(chǎn)量達(dá)32吉瓦，增長(zhǎng)了146%。
分布式儲(chǔ)能電池其實(shí)就是電動(dòng)汽車，讓電動(dòng)汽車與電網(wǎng)形成“車網(wǎng)互動(dòng)”。在用電低谷時(shí)，電力系統(tǒng)給電動(dòng)汽車充電;在用電高峰時(shí)，讓電動(dòng)汽車給系統(tǒng)放電。這樣，電動(dòng)汽車不僅是交通工具，而且可以成為以儲(chǔ)能回饋能源的終端。隨著汽車動(dòng)力電池技術(shù)的進(jìn)步，其價(jià)格不斷降低，儲(chǔ)能密度和使用壽命持續(xù)提升，單次儲(chǔ)能成本將繼續(xù)下降。
到2022年底，我國(guó)新能源汽車保有量約1310萬(wàn)輛，其中，純電動(dòng)汽車保有量1045萬(wàn)輛，占比近八成。如果這些汽車都參與進(jìn)來(lái)，與充電樁、電網(wǎng)有機(jī)融合與協(xié)同，能夠形成巨大的“電力海綿”網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、跨時(shí)空、低成本和高安全性的靈活儲(chǔ)能。
制氫儲(chǔ)能具有存儲(chǔ)優(yōu)勢(shì)
氫能是一種來(lái)源豐富、綠色低碳、應(yīng)用廣泛的二次能源，具有能量密度大、零污染、零碳排等優(yōu)點(diǎn)。氫儲(chǔ)能是把太陽(yáng)能、風(fēng)能等清潔能源發(fā)出的電能，或夜間電網(wǎng)的過(guò)剩電能，通過(guò)電解水制取氫氣，用儲(chǔ)氫罐存儲(chǔ)，需要的時(shí)候，利用燃料電池或氫燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電返回電網(wǎng)的一種儲(chǔ)能方式。它是電站調(diào)峰的有效方式，可以有效助力新能源并網(wǎng)，緩解區(qū)域能源分配不均問(wèn)題。目前，我國(guó)目前在建和籌建一批風(fēng)電、光伏制氫項(xiàng)目，該領(lǐng)域市場(chǎng)前景廣闊。
氫儲(chǔ)能是一種非常重要的長(zhǎng)周期、大規(guī)模儲(chǔ)能方式，其發(fā)展關(guān)鍵在于繼續(xù)降低儲(chǔ)能成本。與電池直接儲(chǔ)能相比，氫能儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性看起來(lái)并不好，因?yàn)闅湟秒娊馑瞥?，效率大打折扣。但是我們?jì)算的是儲(chǔ)能全鏈條的經(jīng)濟(jì)性，包括制備、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、加氣、使用等環(huán)節(jié)。據(jù)計(jì)算，氫氣在存儲(chǔ)方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電池儲(chǔ)電成本。
儲(chǔ)能種類眾多，有高頻的、有低頻的，有小功率、有大功率，有短周期、有長(zhǎng)周期，不同種類和應(yīng)用場(chǎng)合需要不同的儲(chǔ)能方式。電池儲(chǔ)能和氫能儲(chǔ)能各有特點(diǎn)，正好互補(bǔ)，組合形成主流儲(chǔ)能方式，與其他的儲(chǔ)能方式相互配合，形成良好的儲(chǔ)能生態(tài)。
選擇儲(chǔ)能方式要因地制宜
選擇儲(chǔ)能方式不能一概而論，要根據(jù)具體情況，因地制宜。我國(guó)東北、華北北部、西北、西南地區(qū)是主要的風(fēng)電、光伏、煤電、水電的能源基地，適宜通過(guò)建設(shè)電化學(xué)儲(chǔ)能電站，配合特高壓輸電，將電送到東部沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。東南部、中東部和南部，火電廠密集，適宜抽水蓄能，配合高壓輸電網(wǎng)進(jìn)行輸送。東部人口密集地區(qū)，適宜分布式光伏、低壓配電網(wǎng)配合“車網(wǎng)互動(dòng)”來(lái)儲(chǔ)能和發(fā)電。
國(guó)家發(fā)展和改革委、國(guó)家能源局印發(fā)的《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》提出，到2025年，新型儲(chǔ)能由商業(yè)化初期步入規(guī)?；l(fā)展階段，具備大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用條件。在相關(guān)政策的支持下，預(yù)計(jì)會(huì)形成萬(wàn)億級(jí)的“車網(wǎng)互動(dòng)”的智慧能源的市場(chǎng)規(guī)模。
為促進(jìn)中國(guó)儲(chǔ)能領(lǐng)域的發(fā)展，筆者提出如下建議：第一，鑒于儲(chǔ)能是實(shí)現(xiàn)“碳中和”的關(guān)鍵之一，要進(jìn)一步明確主流儲(chǔ)能技術(shù)的戰(zhàn)略地位;第二，明確儲(chǔ)能在新能源發(fā)展中的角色定位，進(jìn)一步促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)變革;第三，加強(qiáng)儲(chǔ)能相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，特別是加強(qiáng)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等電網(wǎng)智慧調(diào)控技術(shù)攻關(guān)，在電解水和燃料電池的核心材料，高效氫氣制備、儲(chǔ)運(yùn)、加注等方面取得實(shí)質(zhì)性突破;第四，建設(shè)“車網(wǎng)互動(dòng)”車聯(lián)萬(wàn)物(V2X)的基礎(chǔ)設(shè)施;第五，健全多層次統(tǒng)一電力市場(chǎng)體系。
(作者歐陽(yáng)明高為中國(guó)科學(xué)院院士、汽車動(dòng)力系統(tǒng)專家、清華大學(xué)教授)
評(píng)論