DQZHAN訊：儲能發(fā)展缺把火
智能電網(wǎng)已成中國電網(wǎng)發(fā)展方向，尚未成熟的儲能技術(shù)被推到風(fēng)口浪尖。中國如何跨過儲電這道巨大門檻?
世界能源格局正在劇變，高效、清潔、低碳的可再生能源已成主流方向。然而，各種“靠天吃飯”的可再生能源的間歇性和不可控性，成為影響可再生能源發(fā)展的重要制約因素。
學(xué)界和業(yè)界將答案寄望于儲能技術(shù)。儲能技術(shù)被看作是可再生能源發(fā)展道路上必須跨過的一道坎。
近日，前國家發(fā)改委副主任張國寶也撰文指出，可再生能源是今后能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的方向，但只有儲能問題解決了，中國才可能真正邁進(jìn)可再生能源的時代。
問題來了：在全球來看，儲能技術(shù)尚不成熟。盡管中國和其他國家有各種儲能試驗(yàn)，但是否有一種能夠承擔(dān)削峰填谷任務(wù)的主流技術(shù)，還沒有答案。
儲能技術(shù)五花八門，從*原始的抽水蓄能，到人們耳熟能詳?shù)匿囯姵?，還有更為神奇的飛輪儲能、壓縮空氣儲能，到底哪一種*適合中國可再生能源發(fā)展的國情?國家是否需要像鼓勵可再生能源哪樣，給予儲能技術(shù)以適當(dāng)?shù)难a(bǔ)貼?
眾多儲能謎題待解。公眾急切想知道的是，中國儲能技術(shù)研發(fā)現(xiàn)狀如何?有哪些已投入試驗(yàn)?這些技術(shù)離大規(guī)模應(yīng)用還有多遠(yuǎn)?
儲能八仙過海
2014年12月31日早上7點(diǎn)，國家風(fēng)光儲輸示范工程二期擴(kuò)建工程風(fēng)場規(guī)劃目標(biāo)建成竣工，開始轉(zhuǎn)入運(yùn)行調(diào)試階段。這一工程自2011年投運(yùn)以來，破解了許多新能源大規(guī)模集中并網(wǎng)的難題，示范效果顯著，剛剛建成的二期擴(kuò)建工程將成為國家風(fēng)光儲輸示范工程“升級版”。
據(jù)財新記者了解，張北風(fēng)光儲輸示范項(xiàng)目中主要是采用鋰電池進(jìn)行儲能。在一期項(xiàng)目中，儲能電池設(shè)備共分成了五個包進(jìn)行分批招標(biāo)，其中四個都是磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)，磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)裝置分布于占地近9000平方米的三座廠房內(nèi)，共分為九個儲能單元，共安裝電池單體27萬節(jié)。
這一工程位于張家口市張北縣和尚義縣內(nèi)，于2011年投運(yùn)，是世界上規(guī)模*大的集風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、化學(xué)儲能裝置及智能輸出四位一體的新能源工程。截至2014年12月25日，工程累計(jì)輸出上等綠色電能超過8.4億度，其中風(fēng)電5.9億度、光伏電2.5億度，儲能電0.05億度。
負(fù)責(zé)項(xiàng)目運(yùn)營的中國電力科學(xué)院電工與新材料所所長來小康告訴財新記者，項(xiàng)目**步的功能驗(yàn)證目標(biāo)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，下一步的工作目標(biāo)是數(shù)據(jù)積累和數(shù)據(jù)挖掘，“用大數(shù)據(jù)的方法，進(jìn)行分析對比，看哪種技術(shù)比較好，短板在哪里。”
張北二期項(xiàng)目總投資約64億元，其中：風(fēng)電投資約36億元，發(fā)電規(guī)模400兆瓦，光伏與儲能項(xiàng)目投資約28億元，光伏發(fā)電60兆瓦，化學(xué)儲能發(fā)電50兆瓦。所有工程計(jì)劃2015年12月建設(shè)完工。在二期項(xiàng)目中，鋰電池仍然是儲能項(xiàng)目的主力。
按能量轉(zhuǎn)換方式，儲能技術(shù)可分為物理和化學(xué)儲能技術(shù)兩大類。物理儲能技術(shù)主要有抽水儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、超導(dǎo)儲能等;化學(xué)儲能技術(shù)主要有鉛酸電池、液流電池、鈉硫電池、鋰離子電池等。
以抽水蓄能為代表的物理儲能是目前*為成熟、成本*低、使用規(guī)模*大的儲能方式,以各種電池為代表的電化學(xué)儲能是應(yīng)用范圍*為廣泛、發(fā)展?jié)摿?大的儲能技術(shù)。
在各種電能儲存技術(shù)中，一般會根據(jù)各自特點(diǎn)，進(jìn)行綜合比較來選擇適當(dāng)?shù)募夹g(shù)，可供選擇的指標(biāo)主要包括：能量密度、功率密度、響應(yīng)時間、儲能效率、設(shè)備壽命或充放電次數(shù)、技術(shù)成熟度、經(jīng)濟(jì)因素以及**和環(huán)境方面的考慮，再根據(jù)應(yīng)用的目的和需求，選擇儲能種類、安裝地點(diǎn)和容量。
來小康指出，當(dāng)前采用以鋰電池、液流電池為代表的電化學(xué)儲能的比較多，因?yàn)殡姵乇旧砜梢宰鳛橐粋€電力設(shè)備，可以在生產(chǎn)線上批量化生產(chǎn)，便于運(yùn)行和維護(hù)，而抽水蓄能這種方式建設(shè)周期比較長。電化學(xué)儲能和物理儲能的優(yōu)勢在于，可以從材料角度獲得較大上升空間，設(shè)備布置也比較靈活。
在中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所儲能技術(shù)部部長張華民看來，電化學(xué)儲能有幾大優(yōu)勢，包括選址靈活，幾乎不受地理?xiàng)l件等限制;功率、容量配置靈活，可以采用模塊化設(shè)計(jì);響應(yīng)速度快，具有更高的調(diào)頻效率，實(shí)現(xiàn)功率平滑;建設(shè)周期短，無需固定建筑，對建設(shè)場地的要求低。
中國電力科學(xué)研究院副總工程師胡學(xué)浩告訴財新記者，對于電網(wǎng)來說，儲能根據(jù)時間來區(qū)分可分為三大塊，時間*長的是能源管理，包括抽水蓄能電站，壓縮空氣儲能和蓄電池，時間稍短是過渡能源，通?？啃铍姵亟鉀Q。
時間*短的一部分就是超級電容和飛輪。當(dāng)主網(wǎng)和微電網(wǎng)之間出現(xiàn)電壓和頻率落差的時候，能夠瞬間補(bǔ)上，保證微電網(wǎng)系統(tǒng)的**穩(wěn)定。
從目前的發(fā)展態(tài)勢上看，一般來說大規(guī)模的電網(wǎng)調(diào)峰主要使用抽水蓄能，但這種方式對于地理位置要求比較高，其他的儲能方式如壓縮空氣、超導(dǎo)、飛輪，都沒有成熟到能夠產(chǎn)業(yè)化。目前鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈比較成熟，中國也積累了一些示范的經(jīng)驗(yàn)。而液流、鈉硫電池，性價比還是無法和鋰電池相比，產(chǎn)業(yè)鏈和規(guī)模上還需要時間。
1月25日，上海市崇明智能電網(wǎng)綜合示范工程完成東灘風(fēng)電場儲能接入示范、堡鎮(zhèn)鈉硫儲能電站示范兩項(xiàng)工程建設(shè)，投入試運(yùn)行。其中前者采用集裝箱式設(shè)計(jì)將磷酸鐵鋰電池儲能系統(tǒng)接入風(fēng)電場，平抑風(fēng)電場出力波動，提高風(fēng)電接入率。后者則是國內(nèi)鈉硫儲能技術(shù)的**工程化應(yīng)用示范。
中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所研究員黃長水對財新記者說，儲能方式很多，*便利的還是電化學(xué)儲能，操作性也比較簡單，當(dāng)然首先需要解決的還是**性的問題，要求功率越高，對于**性的要求越高。
他說，電化學(xué)儲能中，液流儲能和鋰電池相比可以實(shí)現(xiàn)大功率充放電，成本也更低，但是體積特別大?！案饔懈鞯睦?，通過儲能方式進(jìn)行電力轉(zhuǎn)換，肯定是一個必然的發(fā)展方向。”
技術(shù)初級階段
近幾年，中國儲能技術(shù)和市場應(yīng)用發(fā)展迅速。鋰電池裝機(jī)總量占全球鋰電總裝機(jī)量的65%，鉛酸電池和液流電池分別占本行業(yè)全球總裝機(jī)量的19%和14%。這主要源于前期大量儲能應(yīng)用示范項(xiàng)目的開展。
但是在業(yè)內(nèi)人士看來，目前中國儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還剛剛開始。
1月26日，“儲能產(chǎn)業(yè)重大課題研究規(guī)劃建議暨儲能應(yīng)用分會籌備工作會議”在北京召開。會上，中國工程院院士楊裕生指出：“儲能技術(shù)還處在初級階段，沒有經(jīng)驗(yàn)，‘十三五’儲能示范項(xiàng)目應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性分析和數(shù)據(jù)積累?！?
張華民告訴財新記者，儲能的應(yīng)用能夠給電力系統(tǒng)帶來包括經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會效益等綜合價值。但目前還未形成衡量這種綜合收益的商業(yè)模式，所以市場驅(qū)動力尚顯不足，示范期過后，產(chǎn)業(yè)發(fā)展變緩。
并且，政府對大容量儲能技術(shù)的研發(fā)投入規(guī)模相對較低，示范項(xiàng)目的推進(jìn)也相對遲緩，對于儲能技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展缺少相關(guān)配套政策，更缺乏儲能商業(yè)模式探索積極性。上述情況的存在從某種意義上來說，已對中國儲能技術(shù)的進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)的發(fā)展造成了不利影響。
黃長水指出，中國儲能產(chǎn)業(yè)還需要企業(yè)的更多參與，企業(yè)會更加從成本上、實(shí)用性上來考慮，國家只能從戰(zhàn)略上去考慮?，F(xiàn)在中國企業(yè)雖然有參與，但沒有像國外企業(yè)一樣成為參與主體。
中科院物理所研究員李泓在1月26日的研討會上坦陳，“儲能技術(shù)面臨的*大問題是路線圖不清晰，在爭取國家支持時難度較大。”
他告訴財新記者，目前儲能技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域分成兩大類，一個是大規(guī)模并網(wǎng)的可再生能源，接下來是分布式離網(wǎng)或者微網(wǎng)，比如偏遠(yuǎn)地區(qū)，電力傳輸不便的地方，儲能是必不可少的。
李泓介紹，1月26日的會議是個啟動會，之后由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會牽頭，將會調(diào)查在各個方向上儲能的應(yīng)用情況?！艾F(xiàn)在數(shù)據(jù)還不全，目前電網(wǎng)的消納能力比較強(qiáng)，對儲能還不是特別迫切，除非儲能成本比較低，因?yàn)榭稍偕茉磧r格較高，還是不合算，在離網(wǎng)和微網(wǎng)上，要看在哪些方面必須要用到?！?
他坦言，沒辦法那么快就把儲能的成本降下來，壽命提上去，并提高**性和穩(wěn)定性，這還需要時間，現(xiàn)在主要是考慮有沒有可能用現(xiàn)有的技術(shù)，能找到可能對政府補(bǔ)貼訴求不那么強(qiáng)烈的應(yīng)用場景，畢竟目前政府對補(bǔ)貼還在觀望階段，沒有直接的數(shù)據(jù)，沒法說清楚怎么補(bǔ)貼，補(bǔ)貼哪一種。
“發(fā)改委要求的重點(diǎn)是‘搞清楚，怎么用，用得好’，關(guān)心馬上能用的東西?！崩钽嘎叮@一課題要用一年完成調(diào)研任務(wù)，初步在6月份就要完成初稿，為“十三五”的規(guī)劃提供依據(jù)。他說，現(xiàn)在鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈*成熟，即使這樣，性價比也不能滿足規(guī)模儲能。在通訊基站、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)節(jié)能領(lǐng)域，是否已經(jīng)形成用戶市場，也需要調(diào)查。
中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會秘書長劉彥龍對財新記者說，隨著這兩年推廣量的增加，“十三五”會有更多儲能的示范推廣項(xiàng)目，但是從目前來看，儲能的成本比較高，項(xiàng)目要希望國家支持的話，需要看可能性要到什么程度，才能夠示范。
他說，儲能發(fā)展如果一開始就考慮經(jīng)濟(jì)性，根本做不了。作為一項(xiàng)未來需要的技術(shù)，首先要看技術(shù)上是否可行、發(fā)展到什么程度，要考慮在什么情況下用戶可以接受，大型的風(fēng)、光電站是否需要。近期有可行性的，可能還是分布式的微電網(wǎng)。
新能源等待儲能
近年，中國可再生能源發(fā)展可謂迅速。截至2014年底，中國風(fēng)能和太陽能的裝機(jī)容量已達(dá)9000萬千瓦和3000萬千瓦，分別位居全球**位和**位。但中國的棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象同樣嚴(yán)重。
雖然目前中國的風(fēng)電發(fā)電量達(dá)到全社會用電量的2.78%，但中國的風(fēng)電利用率并不樂觀。數(shù)據(jù)顯示，2014年國內(nèi)風(fēng)電累計(jì)平均利用小時數(shù)1884小時，而2013年是2080多小時，同比下降160個小時。
風(fēng)電資源*為豐富的“三北”地區(qū)的棄風(fēng)問題突出。吉林和甘肅風(fēng)電平均利用小時分別僅有1501小時和1596小時，低于1900小時-2000小時盈虧平衡點(diǎn)。
國家能源局2014年7月發(fā)布的《可再生能源發(fā)電并網(wǎng)駐點(diǎn)甘肅監(jiān)管報告》顯示，該省2013年棄風(fēng)電量31.02 億千瓦時，棄風(fēng)率達(dá)20.65%。同時，該省2013年棄光電量約為3.03億千瓦時，棄光率約為13.78%。
棄風(fēng)、充光原因何在?風(fēng)能具有隨機(jī)性、間歇性特點(diǎn)，風(fēng)電場輸送到電網(wǎng)的能量也是隨機(jī)波動的，并網(wǎng)風(fēng)電場對于電網(wǎng)會造成隨機(jī)性擾動。在中國，風(fēng)能資源豐富的地區(qū)通常人口**，負(fù)荷量小，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對比較薄弱，風(fēng)電波動功率的注入會對局部電網(wǎng)的電能質(zhì)量和**穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生較大的影響。
關(guān)于解決辦法，張華民對財新記者說，通過大規(guī)模儲能技術(shù)的應(yīng)用，可以有效地改善和調(diào)整風(fēng)能、太陽能發(fā)電的功率特性，使其接近火力發(fā)電，滿足調(diào)度計(jì)劃需求，從而可以作為有效電源在電力系統(tǒng)中統(tǒng)一調(diào)度，提高電網(wǎng)對于風(fēng)能、太陽能等可再生能源的接納能力，切實(shí)解決棄風(fēng)、棄光問題。
這也就是說，風(fēng)能發(fā)電配套大規(guī)模儲能系統(tǒng)，可有效地平滑風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)功率，提高風(fēng)電場跟蹤計(jì)劃發(fā)電能力，為電力系統(tǒng)將風(fēng)力發(fā)電作為有效電源進(jìn)行合理調(diào)度奠定了基礎(chǔ)，從而起到電網(wǎng)對風(fēng)力發(fā)電的接納能力，減少棄風(fēng)，提高風(fēng)電利用小時數(shù)。在棄風(fēng)時段，也可以利用儲能系統(tǒng)儲存部分棄風(fēng)電量，當(dāng)棄風(fēng)指令解除后，儲能系統(tǒng)將儲存的電量釋放出來，回饋給電網(wǎng)，提高風(fēng)電場的經(jīng)濟(jì)收益。
張國寶在文章中指出，對于并網(wǎng)型風(fēng)場，主要有兩種解決思路：一是控制風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)以平穩(wěn)其輸出功率，這一類方法專注于對風(fēng)力機(jī)或發(fā)電機(jī)的控制，無需追加額外設(shè)備的投資，但當(dāng)風(fēng)速波動較大時其調(diào)節(jié)能力有限;二是添加儲能設(shè)備，這些儲能設(shè)備主要包括超導(dǎo)儲能系統(tǒng)、結(jié)合儲能電池的靜止同步補(bǔ)償器、以及飛輪儲能系統(tǒng)等。
2014年11月，國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計(jì)劃(2014-2020年)》，要求加強(qiáng)電源與電網(wǎng)統(tǒng)籌規(guī)劃，科學(xué)安排調(diào)峰、調(diào)頻、儲能配套能力，切實(shí)解決棄風(fēng)、棄光問題。儲能與分布式能源、智能電網(wǎng)和先進(jìn)可再生能源等一起被列為九大重點(diǎn)**領(lǐng)域，**被定位為國家戰(zhàn)略性高技術(shù)。這表明各界對儲能在可再生能源發(fā)展中的重要作用已達(dá)成共識。
長城證券近日發(fā)布的研究報告指出，在新能源發(fā)展遇到瓶頸、智能電網(wǎng)戰(zhàn)略逐步推進(jìn)的背景下，儲能行業(yè)空間巨大。同時，儲能成本正逐漸降低，后續(xù)有望出臺相關(guān)針對性政策，儲能行業(yè)有望出現(xiàn)爆發(fā)性增長，新型鉛酸電池、鋰電池和光儲一體化項(xiàng)目有望率先**市場。
美國調(diào)查公司NavigantResearch于1月6日發(fā)布了電網(wǎng)用儲能市場的展望。從2014年至2024年間，全球市場規(guī)模累計(jì)將達(dá)到685億美元。
欲速不達(dá)
從儲能的角度來說，抽水蓄能實(shí)際上已經(jīng)有幾十年的歷史，其目的是消納核電站的富余電力。到了上世紀(jì)末本世紀(jì)初，因?yàn)榭稍偕茉磁d起，“這些能源每時每刻都在變化，有時有，有時沒有，是不是能夠在有時儲存起來供沒有時用?這種想法非常正常和合理?！焙鷮W(xué)浩告訴財新記者。
但是在他看來，風(fēng)能光伏的棄風(fēng)棄光的原因主要還不在于儲能，這是因?yàn)橹袊娘L(fēng)能資源與用電負(fù)荷重心的錯配。風(fēng)場分布在三北地區(qū)，但是當(dāng)?shù)刎?fù)荷小，這種情況下，儲能就沒法解決問題，如果不考慮遠(yuǎn)距離輸電，儲存起來本地也用不了。如果不往外送，當(dāng)?shù)匾膊恍枰?
他認(rèn)為，解決棄風(fēng)的問題需要儲能，但首先要外送。保證大部分電量可以送，更高負(fù)荷的時候，可以短時間地存起來。但是如果分布式起來了，就地消耗就占比較大的比重，儲能技術(shù)就比較重要了。
“棄風(fēng)嚴(yán)重還是跟電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和能源分布不均勻的關(guān)聯(lián)更大，風(fēng)場建設(shè)過程中沒有足夠地考慮電網(wǎng)配套?！眮硇】嫡f，今年棄風(fēng)量下降得比較多，也不是儲能完成的，而是跟電網(wǎng)建設(shè)跟上有關(guān)。有電網(wǎng)的情況下，能不儲就不儲，儲能環(huán)節(jié)畢竟也有很大的消耗，不行的時候才儲能。
他說，在可再生能源所占的比例不太高的情況下，還是先要外送，以后光靠電網(wǎng)不能解決的時候，儲能就是必不可少的。
現(xiàn)在國際上一般認(rèn)為當(dāng)可再生能源的比例超過20%的時候，一定需要儲能。而中國現(xiàn)在這個比例還比較低，當(dāng)然各地的情況也不一樣，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和能源分布負(fù)荷性質(zhì)不一樣，來小康認(rèn)為，很難有一個**比例去限定。
來小康認(rèn)為，中國和歐洲*大的差異在于，歐洲儲能的對象主要是分布式能源，我們集中式開發(fā)的項(xiàng)目更多，我們需要更加注意規(guī)模效應(yīng)，集中式儲能要么是做到單一規(guī)模比較大，或者不同地點(diǎn)的儲能能夠?qū)崿F(xiàn)集群的效應(yīng)。
一個對于儲能來說更加迫切的應(yīng)用場景，在于分布式可再生能源。由于它的波動性，對電網(wǎng)會產(chǎn)生很多負(fù)面影響，現(xiàn)在的一個趨勢是把分布式發(fā)電變成微網(wǎng)，這樣和電網(wǎng)聯(lián)系比較薄弱，在其內(nèi)部組成一個小電網(wǎng)，其中又有發(fā)電又有儲能又有負(fù)荷，在出現(xiàn)問題的時候可以和電網(wǎng)脫離，并且保持頻率和電壓的穩(wěn)定。
胡學(xué)浩認(rèn)為，是否需要儲能要看大電網(wǎng)還是小電網(wǎng)，小電網(wǎng)中有多少分布式發(fā)電，分布式不起來，儲能是起不來的?？紤]到價錢比較貴和實(shí)際的需求，不會有很快的發(fā)展，未來可能會有發(fā)展。
清華大學(xué)工程物理系教授戴興建告訴財新記者，棄風(fēng)的原因是復(fù)雜的，沒有合適的儲能設(shè)施是一個原因，在當(dāng)下來看是不是主要原因也不好說。儲能技術(shù)研究開發(fā)進(jìn)展緩慢的原因在于技術(shù)難度大、投資較高，有需求，但不是必須。此外，當(dāng)前能源的價格還不足以牽引儲能技術(shù)的快速發(fā)展。
