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发展新能源亟须建设储能市场

作者:中国储能网新闻中心 来源:中新经纬 发布时间:2022-06-23 浏览:

中国储能网讯:作者 欧阳明高 中国科学院院士、清华大学教授

锂离电子电池的发明使电动汽车发生突飞猛进的变化,带动可再生能源大发展,带来新能源革命。但当前新能源还当不了“三好生”,即不能同时实现供应安全、价格便宜、绿色环保。这是经济学上所谓的“不可能三角”,也是当前我们遇到的困境之一。

比如,新型电力系统是以风电和光伏为主体的电力系统,虽然实现了发电价格下降,成本较低,但是平价上网并不等于平价利用,因为实际利用过程中存在一些不平衡的问题,导致电网稳定性不足,需要附加的调频、调压、调峰等,须付出消纳成本。

德国是率先实现可再生能源发电比例超过50%的国家,风电光伏发电比较便宜。但其原有的火电厂、煤电厂、燃气轮机组并没有拆,而是将这些机组用于灵活性调节,以补偿风电光伏波动性、随机性和调频调峰。

储能是新能源革命的瓶颈

全世界认同的新能源革命有五大之柱:一是可再生能源转型,尤其是光伏风电;二是集中式转向分布式,让每一栋建筑都变成发电厂,尤其是微型发电厂;三是用氢气电池储存间歇性能源;四是发展能源互联网技术;五是电动汽车作为用能、储能、回馈能源的终端。

中国新能源发展过程中,风电光伏技术很成熟,效率不断提高,成本不断降低,而核心问题在于储能。就是针对可再生能源的随机性和波动性,将富余的可再生能源存起来,当能源不足的时候,把这种能量通过时空变换补回去。因此,中国光伏产能极大,增加产能比较容易,但大规模推广必须要配储能技术。

因此,我们可以储能为抓手,推动能源转型和新型电力系统发展。这是中国面向碳中和实现新能源革命的一个重要技术路径。

电池成本将不断下降

目前,随着电动汽车的普及,中国电池产业规模越来越大。

我们预计,2025年中国电池产能会达到年产30亿千瓦时。届时,储能仅需3亿千瓦时,所以储能所需要的电池量跟电动汽车比,相差一个数量级,仅为其1/10。且从电动车需求来看,10亿千瓦时就够用了。因此,中国总产能规模已经占了全球约70%,质量也居于前列。随着规模进一步上升,车用动力电池成本将会不断下降,寿命也会不断提升,单次储能成本也将下降。

产业规模扩大的同时,大家担心的问题是材料够吗?以及原材料价格涨价的问题。最近一年内,碳酸锂价格猛涨10倍。但这是产能大规模上升导致的,是短期波动。长期来看资源是够的,且新发现的资源还在不断提升。不过,当前短期波动下材料供给安全值得注意,需要国家采取相关措施予以对冲。

以技术创新和安全规范严防电池事故

实现大规模产业化的前提,是要以技术创新和安全规范严防电池事故。锂离子电池是很好的储能装置,用途广,性能优异,但容易出现热安全事故,即出现电池热失控。电池正常充放电要在零下二三十摄氏度到零上三五十摄氏度的温度范围内,在这个范围外就容易出现风险,接近100摄氏度就会产生非正常的副反应。

而对于集中式储能电站而言,电池容量规模非常大,一般都在1万度电以上,因此,要以更好的技术和更完善的技术保障体系防止其出现事故。

储能电站的应用安全性主要有三条解决途径,一是主动监测使用过程中各种诱因并通过预警等方式进行发现,完善主动安全技术;二是从本质上提高电池本身的安全性,从电池正负极材料的选择、电解液的选择、隔膜的选择以及整个设计制造过程予以保证;三是防止本质安全出问题后的蔓延和传染,保证整个系统不出现问题,要靠隔热、散热、消防等手段来解决,即完善被动安全技术。

让电动汽车能变成电网的充电宝

目前,我们在探索用车给电网充电,把车变成电网的充电宝,实现车网V2G(Vehicle to grid)双向互动。未来还可以拓展到车跟车充电,车跟房子、车跟建筑、车跟微网都可以互动,灵活性非常大,用户也可以有收益,还可以创造很多就业机会。

比如,大家将车聚合起来合办公司,政府可以参与后台建设,国家电网也会参与调动,大家都有收益。且电动汽车储能与固定式储能电站相比,有着成本低、风险低的优势,当然,技术难度有所提高。

根据当前电动车情况来看,电池寿命富余,且90%的时间车都是停着的,所以在这90%时间里可以用来进行车网互动赚取收益。

我们预计,2040年中国大概会有3亿辆电动车,如果每辆车平均是65度电,3亿辆车可以装200亿度电,这与当前全国每天的用电量相当,也就是说,车上电池能装的电够全国用一天。当然,我们并不能把所有电池用于发电,但一半应该可以,100亿度已是现有储能的几十倍了。

另外,从调节功率来看,如果每个充电桩有15千瓦,届时总共会有30亿千瓦,将占到2040年非化石能源装机的一半。

关键问题在于如何将电动汽车接入电网,使其聚合起来。当前国家标准、规范都有,参与能量互动已经具备良好的电网硬件基础和设计方法,只需要将充电桩由单向变成双向,并且进行软件升级。

我们预计,2030年之前储能电站还将作为主体,总量上一定会比车网互动要多;2030年以后,随着电动车数量极大增加,新基建经过长足发展,用户侧储能将占有很大比例,逐步在总量上超过储能电站。

且车网互动发展过程中,电池技术也将不断创新。随着成本降低和便捷性提升,纯电动轿车未来依然是新能源轿车的主体。我相信,今后电动汽车充电会越来越方便,比加油还方便;至于电池寿命和续航里程也不再是问题。因此,燃料电池轿车要想取代是有难度的。

电池和氢能互补将形成主流储能方式

当然,燃料电池虽然在轿车上不一定是最好选择,并不等于其他方面也不行。将来远洋货轮一定是用氢的,飞机也会用氢燃料,重型卡车、无人机等都是氢能的重要应用领域。

我们看氢能,以前都局限在交通;事实上,氢能是一个更大的概念,氢能交通只是氢能的先导,燃料电池轿车只是氢能交通的先驱,氢能战略是一个大战略,氢储能也是一种非常重要的长周期、大规模储能方式。

储能发展的关键在于成本,这方面氢经济性较弱。比如电直接就储了,而氢还要电解水制成氢,效率大打折扣。值得注意的是,氢能在内的可再生能源讲究的是全链条经济性,包括制备、储运、运输、加充、使用等全链条。且虽然发电生产成本低,但储电成本则较储氢较高;电池有自放电,也不能大规模储能。因此,在电池不适合的一些领域,氢能就有了优势。

总体而言,储能有高频的、有低频的,有小功率、有大功率,有短周期、有长周期,不同的应用场合需要不同储能方式,电池和氢能正好互补,形成一个主流的储能方式。其他各种储能方式将会与之配合互补,形成总的储能生态。

建立集能源互联网的全国虚拟电厂

未来,随着储能市场不断发展形成闭环,中国电力和储能市场会出现新业态,即人人都是能源消费者,也是能源生产者。

比如,用电动汽车储能,充电时花钱,放电时可以赚钱,花钱的时候用低价电,卖电时高价卖电以赚取收益,这就是未来的能源生态圈。在具体运营模式方面,要建立从上自下的运营体系,电网公司以调度来下达指令;很多个聚合商响应指令进行聚合;物业综合体负责取电售电,形成各个车主分成的网络。

这相当于开一个炒电的股市或期货市场,每一个车主都是散户,散户开户后聚合商来撮合供需,入市交易就跟买卖股票一样,逢低买、逢高卖,买就是充电,卖就是放电。这样建立一个集能源互联网的全国虚拟电厂,相当于一个聚沙成塔的过程。

分布式电力交易会完全以市场化方式进行实时交易,未来,就会形成万亿级的车网互动的智慧能源市场。

推动这个储能市场的建设,首先,要明确主流储能技术的战略地位——储能是实现碳中和的关键之一;其次,要明确储能在新能源中的角色定位;再次,要加强储能相关关键技术研发;然后,建设车网互动V2X的基础设施;最后,要健全多层次统一电力市场体系。

让我们一起迎接第三次能源革命和第四次工业革命的到来,实现绿色化和智能化的最终愿景。(本文根据欧阳明高在《中国经济大讲堂》讲座内容整理而成。)(中新经纬APP)

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