能源轉型到儲能革命
從新能源消納的角度來(lái)看，在能源轉型的下一個(gè)階段，儲能技術(shù)無(wú)疑會(huì )是未來(lái)能源系統的關(guān)鍵。傳統的電力系統，因為發(fā)電可以根據需求進(jìn)行調整，不需要太多的儲能容量。隨著(zhù)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，因為風(fēng)力渦輪機和太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統的發(fā)電量對于天氣的依賴(lài)性較強，加上分布式發(fā)電系統的多元化，各種電力并網(wǎng)的協(xié)調控制也越來(lái)越動(dòng)態(tài)化，要想大力發(fā)展清潔能源，大容量?jì)δ鼙夭豢缮?。除了能夠保障大量可再生能源電力的消納以外，儲能技術(shù)還能完美的起到供給側的行業(yè)耦合的作用。所謂行業(yè)耦合，就是通過(guò)相關(guān)基礎設施和儲能將交通行業(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，同時(shí)減少各行業(yè)的碳排放。下圖列出來(lái)儲能的各種應用：
但由于投資和運營(yíng)成本的問(wèn)題，在未來(lái)的幾十年里，大規模的儲能設施只能在一些示范項目中慢慢摸索。但如果換一種思路，把無(wú)數的小型家用儲能設備和電動(dòng)汽車(chē)電池作為儲能設備，是不是也能保證未來(lái)的大容量?jì)δ苄枨竽?？此外，可再生能源的份額不斷上升，整個(gè)能源系統的趨勢也是從一個(gè)高度集中的能源系統向分散、靈活和可再生的分布式能源系統進(jìn)行轉變，家用儲能設備和電動(dòng)汽車(chē)的分布式儲能恰恰可以提供這種轉換所需的靈活性。這種想法在德國催生了一個(gè)獨特、充滿(mǎn)活力儲能行業(yè)，甚至可以說(shuō)是加速德國能源清潔化的關(guān)鍵。
家用和電動(dòng)汽車(chē)的電池所能做到的僅僅是間歇性的儲能，通過(guò)電價(jià)或等補貼，或者其他的激勵措施，鼓勵用戶(hù)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(chēng)為了德國能源轉型下的一次壯舉，甚至被稱(chēng)為“能源消納的圣杯”。根據媒體的報道，德國的現在的可再生能源份額已經(jīng)超過(guò)了三分之一，多數是得益于各種十分新穎的創(chuàng )新儲能項目，很多時(shí)候儲能設施都是由家用電器和電動(dòng)汽車(chē)來(lái)代替，每個(gè)項目的獨特點(diǎn)都在于那些新穎的創(chuàng )新商業(yè)模式。這種間接性?xún)δ艿纳虡I(yè)模式，很有可能顛覆能源領(lǐng)域現有的一些商業(yè)模式。
特別是最近在電池價(jià)格大幅下跌的推動(dòng)下，德國家用儲能設備的需求劇增，截止到2018年夏末，德國安裝了10萬(wàn)個(gè)家用太陽(yáng)能電池，電動(dòng)汽車(chē)數量的更是不斷增加，這兩點(diǎn)意味著(zhù)，一波更大的電池儲能革命浪潮正向德國襲來(lái)。
戶(hù)用儲能系統的爆發(fā)
鋰電池在電子產(chǎn)品以及在電動(dòng)汽車(chē)中越來(lái)越多的應用，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(lái)還將繼續下降。戶(hù)用儲能電池的主要作用有：
光伏儲能：由于光伏發(fā)電的不可控性，其特性曲線(xiàn)是：僅在白天尤其是午間發(fā)電，利用電池將白天發(fā)的電儲存起來(lái)。尤其是對于住宅光伏客戶(hù)，儲能系統能大大提升自身的光伏發(fā)電量使用效率。PV儲能系統的主要經(jīng)濟性體現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(guò)添加電池，理論上該比率可以上升到100%，但由于經(jīng)濟性原因很少能夠真正實(shí)現。目前在歐洲，單個(gè)光伏系統的自耗率平均為35％，電池價(jià)格占整個(gè)儲能系統費用的50%以上。
戶(hù)用調峰及需求側響應：另外，戶(hù)用儲能電池還可以用于用戶(hù)需求側響應，用戶(hù)可在電網(wǎng)負荷較小的情況下，利用電池充電；在電網(wǎng)負荷較大的時(shí)候，利用電池進(jìn)行供電，能夠大大降低電網(wǎng)負荷，同時(shí)節約電力成本。能起到這樣作用的電池主要是戶(hù)用光伏儲能電池和家用電動(dòng)汽車(chē)電池。根據研究顯示，未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)電池在該方面的應用前景十分可觀(guān)。未來(lái)超過(guò)70% 的電動(dòng)汽車(chē)電池可用作戶(hù)用電池調峰。
據麥肯錫預測:“到2035年，基于設計的進(jìn)步、規模經(jīng)濟和流程的簡(jiǎn)化，儲能系統的總成本將下降50%至70%。”IRENA甚至預計，到2030年，安裝電池的價(jià)格將下降50%到66%。
歐洲經(jīng)濟研究中心(ZEW)的德國能源行業(yè)專(zhuān)家預計，鑒于市場(chǎng)力量，以及能源轉型在交通和供暖領(lǐng)域的不斷擴張，未來(lái)幾年對電力存儲的需求將大幅增加。超過(guò)70%的人表示，他們相信電池將是未來(lái)10年增長(cháng)最快的領(lǐng)域，而蓄熱能力的增長(cháng)潛力排名第二。
德國的私人家庭對戶(hù)用光伏儲能的接受程度也越來(lái)越高。目前，大約一半的新住宅太陽(yáng)能光伏系統都配有儲能電池系統。據亞琛工大的研究顯示，越來(lái)越多的家庭表示，電價(jià)越來(lái)越高，為了削減電力支出，降低對電網(wǎng)的依賴(lài)性，更愿意使用光伏儲能系統，目前德國在戶(hù)用光伏儲能方面做得最好的兩家企業(yè)是Sonnen和Solarwatt。
太陽(yáng)能行業(yè)協(xié)會(huì )BSWSolar預計，未來(lái)幾年，家用電池將繼續迅速普及，價(jià)格進(jìn)一步下跌將使經(jīng)濟形勢向更有利于戶(hù)用儲能系統普及的方向轉變，德國最早將在2020年突破20萬(wàn)個(gè)系統的門(mén)檻。
除此之外，因為本世紀初建造的數十萬(wàn)個(gè)屋頂光伏系統在運行了20年之后，將達到支持費用(即所謂的上網(wǎng)電價(jià))的終點(diǎn)，這些系統將繼續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。
傳統能源企業(yè)面臨挑戰
德國住宅儲能的迅速普及，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字化轉型，這無(wú)疑對德國傳統的公用事業(yè)企業(yè)構成了一定的挑戰，許多德國傳統能源企業(yè)因為來(lái)不及面對這么迅速的能源轉型和數字化轉型而陷入了一定的混亂。此外，家用儲能系統的發(fā)展，使得家用光伏能源提供的能源占比大大提高，目前已可以達到70%的戶(hù)用電力需求。也就是說(shuō)，對于那些傳統售電公司來(lái)說(shuō)意味著(zhù)，每10個(gè)客戶(hù)里會(huì )損失掉7個(gè)客戶(hù)。
此外，以后的趨勢是，一些戶(hù)用光伏的業(yè)主能夠在虛擬社區與其他業(yè)主共享他們自己產(chǎn)生的電能，比如我們曾經(jīng)介紹過(guò)的Design Netz的項目。按照那些戶(hù)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(hù)完全脫離對傳統公用事業(yè)的依賴(lài)。Sonnen就是這項技術(shù)在德國和海外的知名的倡導者。Sonnen計劃在澳大利亞建設世界上最大的戶(hù)用儲能社群網(wǎng)絡(luò )，將4萬(wàn)戶(hù)家庭連接在一個(gè)“虛擬發(fā)電廠(chǎng)”中。
據麥肯錫報告，電池的普及，將會(huì )導致能源市場(chǎng)洗牌，催生大量的贏(yíng)家和輸家，和傳統的能源行業(yè)易于壟斷的特質(zhì)不同，以后的能源系統一定是多元化的，是否能夠占有市場(chǎng)份額的因素，將取決于成本下降的速度。存儲時(shí)代的到來(lái)，對于Sonnen等這些專(zhuān)門(mén)從事分布式能源的公司、科技制造商和金融企業(yè)來(lái)說(shuō)，毫無(wú)疑問(wèn)是一個(gè)創(chuàng )造歷史的絕佳機會(huì )。而公用事業(yè)公司也必須學(xué)會(huì )適應未來(lái)能源系統的靈活發(fā)展，加強風(fēng)險管理和應對能力，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(hù)便宜出售或租賃自己的家用光伏+儲能設備，以獲取管理那些設備的權限，這樣就完美的創(chuàng )造了完全屬于自己的能源社區，占據當地的能源服務(wù)市場(chǎng)。
EnBW發(fā)言人Heiko Willrett在接受《清潔能源電線(xiàn)》采訪(fǎng)時(shí)曾表示，未來(lái)能源系統向分布式的轉變是能源領(lǐng)域的主要趨勢之一，而儲能會(huì )是未來(lái)穩定能源系統、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對分布式能源系統的新商業(yè)模式。
儲能如何能做到能源轉型的過(guò)渡
德國的儲能行業(yè)人員已經(jīng)超過(guò)12000人(其中約5000人從事電池行業(yè))，和國內相比，這個(gè)數字當然少得可憐，但是考慮到市場(chǎng)體量，這個(gè)人數目前已經(jīng)超過(guò)了德國的褐煤行業(yè)工作崗位的一半。根據德國能源存儲協(xié)會(huì )BVES的預測，2018年儲能行業(yè)的總銷(xiāo)售額預計將增長(cháng)10%，達到51億歐元。德國政府和煤炭委員會(huì )(coal commission)希望在目前計劃的脫碳期間，通過(guò)將電池生產(chǎn)商吸引到煤炭開(kāi)采地區，一方面充分利用該地區資源，另一方面保障該地區的人口就業(yè)問(wèn)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(wèn)題，最大的爭論是，能源轉型導致傳統煤炭行業(yè)人員失業(yè)的問(wèn)題，如果通過(guò)上述措施能夠保證人口失業(yè)問(wèn)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，利用水泵將電力轉化為勢能，在需要的時(shí)候，又把水放出來(lái)，將勢能轉化為電力。但在德國，適合建造抽水蓄能電站的空間非常小，因為那里的山區很少，而且公眾對這種會(huì )破壞環(huán)境的新項目有強烈的抵制。這就是為什么德國人還在努力尋找其他方式來(lái)儲存可再生能源。目前人們對電池的熱情有時(shí)掩蓋了這樣一個(gè)事實(shí)，即世界第四大經(jīng)濟體的脫碳需要許多其他技術(shù)，因為電池根本無(wú)法儲存更長(cháng)時(shí)間的能量，也無(wú)法儲存足夠的能量。這就是為什么除了完成煤炭開(kāi)采到電池生產(chǎn)的轉變之外，以熱能的形式儲存，或者以氣體或液體燃料的形式儲存可再生能源(比如Power-to-Gas技術(shù))的技術(shù)，對于大量或者長(cháng)時(shí)間儲能也很重要的原因。
熱儲能目前正在研究當中，德國航空航天中心(DLR)提出了一種利用煤炭行業(yè)現有儲熱設備來(lái)緩解脫碳計劃的替代方法。研究人員建議將可再生能源產(chǎn)生的熱量?jì)Υ嬖趶U棄燃煤電廠(chǎng)裝滿(mǎn)液態(tài)鹽的大水箱中，并利用現有的蒸汽發(fā)生器和渦輪機將熱量轉化為電能。德國政府已經(jīng)表示，將研究“使用不再需要大規模蓄熱的發(fā)電廠(chǎng)”的可能性。DLR稱(chēng)，如果這些項目得以實(shí)現，目前約有一半的燃煤電廠(chǎng)員工可以保住工作。
至于Power-to-Gas技術(shù)儲能的案例，在德國目前有非常多，其中比較有名的是德國的MEKS項目。MEKS“是施普倫貝格多能互補集成發(fā)電系統（Multi-Energie-Kraftwerk Sperenberg）的縮寫(xiě)，項目坐落于德國東部小市阿姆梅倫塞的小鎮施普倫貝格。這個(gè)多能互補集成發(fā)電系統利用先進(jìn)智能系統集成技術(shù)將風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電結合，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合制氫裝置，制得的氫氣可以?xún)Υ婊蝠伻氘數靥烊粴夤艿?。MEKS項目將該地區的創(chuàng )新發(fā)電和存儲技術(shù)結合起來(lái)，充分利用該地區的新能源資源，同時(shí)為當地現有發(fā)電廠(chǎng)提供了可持續利用潛力。
