DQZHAN訊：儲能發展缺把火
智能電網已成中國電網發展方向，尚未成熟的儲能技術被推到風口浪尖。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展的重要制約因素。
學界和業界將答案寄望于儲能技術。儲能技術被看作是可再生能源發展道路上必須跨過的一道坎。
近日，前國家發改委副主任張國寶也撰文指出，可再生能源是今后能源結構調整的方向，但只有儲能問題解決了，中國才可能真正邁進可再生能源的時代。
問題來了：在全球來看，儲能技術尚不成熟。盡管中國和其他國家有各種儲能試驗，但是否有一種能夠承擔削峰填谷任務的主流技術，還沒有答案。
儲能技術五花八門，從*原始的抽水蓄能，到人們耳熟能詳的鋰電池，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，給予儲能技術以適當的補貼?
眾多儲能謎題待解。公眾急切想知道的是，中國儲能技術研發現狀如何?有哪些已投入試驗?這些技術離大規模應用還有多遠?
儲能八仙過海
2014年12月31日早上7點，國家風光儲輸示范工程二期擴建工程風場規劃目標建成竣工，開始轉入運行調試階段。這一工程自2011年投運以來，破解了許多新能源大規模集中并網的難題，示范效果顯著，剛剛建成的二期擴建工程將成為國家風光儲輸示范工程“升級版”。
據財新記者了解，張北風光儲輸示范項目中主要是采用鋰電池進行儲能。在一期項目中，儲能電池設備共分成了五個包進行分批招標，其中四個都是磷酸鐵鋰電池系統，磷酸鐵鋰電池系統裝置分布于占地近9000平方米的三座廠房內，共分為九個儲能單元，共安裝電池單體27萬節。
這一工程位于張家口市張北縣和尚義縣內，于2011年投運，是世界上規模*大的集風力發電、光伏發電、化學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，工程累計輸出上等綠色電能超過8.4億度，其中風電5.9億度、光伏電2.5億度，儲能電0.05億度。
負責項目運營的中國電力科學院電工與新材料所所長來小康告訴財新記者，項目**步的功能驗證目標已經實現，下一步的工作目標是數據積累和數據挖掘，“用大數據的方法，進行分析對比，看哪種技術比較好，短板在哪里。”
張北二期項目總投資約64億元，其中：風電投資約36億元，發電規模400兆瓦，光伏與儲能項目投資約28億元，光伏發電60兆瓦，化學儲能發電50兆瓦。所有工程計劃2015年12月建設完工。在二期項目中，鋰電池仍然是儲能項目的主力。
按能量轉換方式，儲能技術可分為物理和化學儲能技術兩大類。物理儲能技術主要有抽水儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、超導儲能等;化學儲能技術主要有鉛酸電池、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、使用規模*大的儲能方式,以各種電池為代表的電化學儲能是應用范圍*為廣泛、發展潛力*大的儲能技術。
在各種電能儲存技術中，一般會根據各自特點，進行綜合比較來選擇適當的技術，可供選擇的指標主要包括：能量密度、功率密度、響應時間、儲能效率、設備壽命或充放電次數、技術成熟度、經濟因素以及**和環境方面的考慮，再根據應用的目的和需求，選擇儲能種類、安裝地點和容量。
來小康指出，當前采用以鋰電池、液流電池為代表的電化學儲能的比較多，因為電池本身可以作為一個電力設備，可以在生產線上批量化生產，便于運行和維護，而抽水蓄能這種方式建設周期比較長。電化學儲能和物理儲能的優勢在于，可以從材料角度獲得較大上升空間，設備布置也比較靈活。
在中國科學院大連化學物理研究所儲能技術部部長張華民看來，電化學儲能有幾大優勢，包括選址靈活，幾乎不受地理條件等限制;功率、容量配置靈活，可以采用模塊化設計;響應速度快，具有更高的調頻效率，實現功率平滑;建設周期短，無需固定建筑，對建設場地的要求低。
中國電力科學研究院副總工程師胡學浩告訴財新記者，對于電網來說，儲能根據時間來區分可分為三大塊，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，通常靠蓄電池解決。
時間*短的一部分就是超級電容和飛輪。當主網和微電網之間出現電壓和頻率落差的時候，能夠瞬間補上，保證微電網系統的**穩定。
從目前的發展態勢上看，一般來說大規模的電網調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、飛輪，都沒有成熟到能夠產業化。目前鋰電池產業鏈比較成熟，中國也積累了一些示范的經驗。而液流、鈉硫電池，性價比還是無法和鋰電池相比，產業鏈和規模上還需要時間。
1月25日，上海市崇明智能電網綜合示范工程完成東灘風電場儲能接入示范、堡鎮鈉硫儲能電站示范兩項工程建設，投入試運行。其中前者采用集裝箱式設計將磷酸鐵鋰電池儲能系統接入風電場，平抑風電場出力波動，提高風電接入率。后者則是國內鈉硫儲能技術的**工程化應用示范。
中國科學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，*便利的還是電化學儲能，操作性也比較簡單，當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，電化學儲能中，液流儲能和鋰電池相比可以實現大功率充放電，成本也更低，但是體積特別大。“各有各的利弊，通過儲能方式進行電力轉換，肯定是一個必然的發展方向。”
技術初級階段
近幾年，中國儲能技術和市場應用發展迅速。鋰電池裝機總量占全球鋰電總裝機量的65%，鉛酸電池和液流電池分別占本行業全球總裝機量的19%和14%。這主要源于前期大量儲能應用示范項目的開展。
但是在業內人士看來，目前中國儲能產業的發展還剛剛開始。
1月26日，“儲能產業重大課題研究規劃建議暨儲能應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：“儲能技術還處在初級階段，沒有經驗，‘十三五’儲能示范項目應考慮經濟性分析和數據積累。”
張華民告訴財新記者，儲能的應用能夠給電力系統帶來包括經濟、環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模式，所以市場驅動力尚顯不足，示范期過后，產業發展變緩。
并且，政府對大容量儲能技術的研發投入規模相對較低，示范項目的推進也相對遲緩，對于儲能技術產業的發展缺少相關配套政策，更缺乏儲能商業模式探索積極性。上述情況的存在從某種意義上來說，已對中國儲能技術的進步、產業的發展造成了不利影響。
黃長水指出，中國儲能產業還需要企業的更多參與，企業會更加從成本上、實用性上來考慮，國家只能從戰略上去考慮。現在中國企業雖然有參與，但沒有像國外企業一樣成為參與主體。
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，目前儲能技術的應用領域分成兩大類，一個是大規模并網的可再生能源，接下來是分布式離網或者微網，比如偏遠地區，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，之后由中國化學與物理電源行業協會牽頭，將會調查在各個方向上儲能的應用情況。“現在數據還不全，目前電網的消納能力比較強，對儲能還不是特別迫切，除非儲能成本比較低，因為可再生能源價格較高，還是不合算，在離網和微網上，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**性和穩定性，這還需要時間，現在主要是考慮有沒有可能用現有的技術，能找到可能對政府補貼訴求不那么強烈的應用場景，畢竟目前政府對補貼還在觀望階段，沒有直接的數據，沒法說清楚怎么補貼，補貼哪一種。
“發改委要求的重點是‘搞清楚，怎么用，用得好’，關心馬上能用的東西。”李泓透露，這一課題要用一年完成調研任務，初步在6月份就要完成初稿，為“十三五”的規劃提供依據。他說，現在鋰電池產業鏈*成熟，即使這樣，性價比也不能滿足規模儲能。在通訊基站、數據中心、工業節能領域，是否已經形成用戶市場，也需要調查。
中國化學與物理電源行業協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目，但是從目前來看，儲能的成本比較高，項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，儲能發展如果一開始就考慮經濟性，根本做不了。作為一項未來需要的技術，首先要看技術上是否可行、發展到什么程度，要考慮在什么情況下用戶可以接受，大型的風、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。
新能源等待儲能
近年，中國可再生能源發展可謂迅速。截至2014年底，中國風能和太陽能的裝機容量已達9000萬千瓦和3000萬千瓦，分別位居全球**位和**位。但中國的棄風、棄光現象同樣嚴重。
雖然目前中國的風電發電量達到全社會用電量的2.78%，但中國的風電利用率并不樂觀。數據顯示，2014年國內風電累計平均利用小時數1884小時，而2013年是2080多小時，同比下降160個小時。
風電資源*為豐富的“三北”地區的棄風問題突出。吉林和甘肅風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。
國家能源局2014年7月發布的《可再生能源發電并網駐點甘肅監管報告》顯示，該省2013年棄風電量31.02 億千瓦時，棄風率達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、充光原因何在?風能具有隨機性、間歇性特點，風電場輸送到電網的能量也是隨機波動的，并網風電場對于電網會造成隨機性擾動。在中國，風能資源豐富的地區通常人口**，負荷量小，電網結構相對比較薄弱，風電波動功率的注入會對局部電網的電能質量和**穩定運行產生較大的影響。
關于解決辦法，張華民對財新記者說，通過大規模儲能技術的應用，可以有效地改善和調整風能、太陽能發電的功率特性，使其接近火力發電，滿足調度計劃需求，從而可以作為有效電源在電力系統中統一調度，提高電網對于風能、太陽能等可再生能源的接納能力，切實解決棄風、棄光問題。
這也就是說，風能發電配套大規模儲能系統，可有效地平滑風力發電并網功率，提高風電場跟蹤計劃發電能力，為電力系統將風力發電作為有效電源進行合理調度奠定了基礎，從而起到電網對風力發電的接納能力，減少棄風，提高風電利用小時數。在棄風時段，也可以利用儲能系統儲存部分棄風電量，當棄風指令解除后，儲能系統將儲存的電量釋放出來，回饋給電網，提高風電場的經濟收益。
張國寶在文章中指出，對于并網型風場，主要有兩種解決思路：一是控制風力機的運行狀態以平穩其輸出功率，這一類方法專注于對風力機或發電機的控制，無需追加額外設備的投資，但當風速波動較大時其調節能力有限;二是添加儲能設備，這些儲能設備主要包括超導儲能系統、結合儲能電池的靜止同步補償器、以及飛輪儲能系統等。
2014年11月，國務院辦公廳印發的《能源發展戰略行動計劃(2014-2020年)》，要求加強電源與電網統籌規劃，科學安排調峰、調頻、儲能配套能力，切實解決棄風、棄光問題。儲能與分布式能源、智能電網和先進可再生能源等一起被列為九大重點**領域，**被定位為國家戰略性高技術。這表明各界對儲能在可再生能源發展中的重要作用已達成共識。
長城證券近日發布的研究報告指出，在新能源發展遇到瓶頸、智能電網戰略逐步推進的背景下，儲能行業空間巨大。同時，儲能成本正逐漸降低，后續有望出臺相關針對性政策，儲能行業有望出現爆發性增長，新型鉛酸電池、鋰電池和光儲一體化項目有望率先**市場。
美國調查公司NavigantResearch于1月6日發布了電網用儲能市場的展望。從2014年至2024年間，全球市場規模累計將達到685億美元。
欲速不達
從儲能的角度來說，抽水蓄能實際上已經有幾十年的歷史，其目的是消納核電站的富余電力。到了上世紀末本世紀初，因為可再生能源興起，“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。”胡學浩告訴財新記者。
但是在他看來，風能光伏的棄風棄光的原因主要還不在于儲能，這是因為中國的風能資源與用電負荷重心的錯配。風場分布在三北地區，但是當地負荷小，這種情況下，儲能就沒法解決問題，如果不考慮遠距離輸電，儲存起來本地也用不了。如果不往外送，當地也不需要。
他認為，解決棄風的問題需要儲能，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，儲能技術就比較重要了。
“棄風嚴重還是跟電網結構和能源分布不均勻的關聯更大，風場建設過程中沒有足夠地考慮電網配套。”來小康說，今年棄風量下降得比較多，也不是儲能完成的，而是跟電網建設跟上有關。有電網的情況下，能不儲就不儲，儲能環節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，以后光靠電網不能解決的時候，儲能就是必不可少的。
現在國際上一般認為當可再生能源的比例超過20%的時候，一定需要儲能。而中國現在這個比例還比較低，當然各地的情況也不一樣，電網結構和能源分布負荷性質不一樣，來小康認為，很難有一個**比例去限定。
來小康認為，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，我們集中式開發的項目更多，我們需要更加注意規模效應，集中式儲能要么是做到單一規模比較大，或者不同地點的儲能能夠實現集群的效應。
一個對于儲能來說更加迫切的應用場景，在于分布式可再生能源。由于它的波動性，對電網會產生很多負面影響，現在的一個趨勢是把分布式發電變成微網，這樣和電網聯系比較薄弱，在其內部組成一個小電網，其中又有發電又有儲能又有負荷，在出現問題的時候可以和電網脫離，并且保持頻率和電壓的穩定。
胡學浩認為，是否需要儲能要看大電網還是小電網，小電網中有多少分布式發電，分布式不起來，儲能是起不來的。考慮到價錢比較貴和實際的需求，不會有很快的發展，未來可能會有發展。
清華大學工程物理系教授戴興建告訴財新記者，棄風的原因是復雜的，沒有合適的儲能設施是一個原因，在當下來看是不是主要原因也不好說。儲能技術研究開發進展緩慢的原因在于技術難度大、投資較高，有需求，但不是必須。此外，當前能源的價格還不足以牽引儲能技術的快速發展。
