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儲能技術是開啟新能源時代的鑰匙

  • 發佈時間:2015-07-15 02:09:26  來源:中國證券報  作者:佚名  責任編輯:羅伯特

  □廈門大學能源經濟協同創新中心 林伯強

  儲能技術廣義上來説可以分為儲熱與儲電,狹義上則是指通過一定的物理或化學手段將電能儲存起來,並在需要時釋放電能。隨著人類對能源需求的逐漸增加,傳統能源在儲量、環境污染、能源效率以及成本等方面的約束日益突顯。尋求能源替代,對新能源進行研究和利用已經成為全世界的共同主題,也是未來不可逆的能源發展趨勢。

  目前尋找新能源的主要路徑是將風能太陽能逐漸納入到電力系統中。與傳統的化石能源發電相比,以風能太陽能為基礎的可再生能源發電依賴於自然條件,具有波動性和間歇性的特點,大規模納入會對電網的安全穩定帶來很大的衝擊。有專家認為,對於風力發電,如果裝機比重在系統比例10%以下,傳統技術可以基本保障電網的安全穩定;當風電裝機比例超過20%,就需要儲能手段來減少波動性與間歇性,避免對電網造成難以承受的衝擊。因此,儲能技術發展是可再生能源發電大規模並網的必須條件。

  對於分佈式可再生能源(風電太陽能)來説,儲能技術更為重要。分佈式能源主要指建在用戶端的能源供應方式,可獨立運作或並網運作,按照用戶多種能源需求,採用需求應對式設計的新型能源系統。這是可以將資源和環境效益最大化的分散式供能系統。由於可以降低輸送環節的損耗,因此可以提高能源利用效率。但是,同樣由於風電太陽能的不穩定性,儲能手段也是分佈式可再生能源大規模發展的必要條件之一。有人認為,至2050年人類的太陽能利用可以佔總能源供應的50%。如果沒有經濟可行的儲能技術,這個美好願景難以想像。因此可以説,儲能技術可以真正的改變人類的能源供應。

  能源安全也是中國能源發展的一個重要目標。中國目前石油進口依存度已經超過60%,而且未來還將繼續上升,石油價格的大幅度波動,除了影響整體經濟運作,還會影響能源行業的健康發展。因此政府需要提前佈局石油替代,降低對其他國家的能源依賴,減少國際油價波動對經濟安全運作的影響。混合動力和純電動汽車被認為是未來汽車行業轉型發展的主要方向,已經成為世界汽車強國和主要汽車製造商發展重點,而儲能技術是電動汽車發展的主要約束。對於中國來説,電動汽車除了減少城市環境污染,電動車的普及可以替代石油,減少石油對外依存。

  近年來電動汽車和儲能技術進步迅速,作為石油替代的可能性也越來越明顯。SONY公司在1992年研製出鋰電池後,該技術在材料和製造工藝上有了很大發展,在發電系統及電動汽車領域有非常廣泛的應用。2014年世界儲能技術新增裝機中,鋰離子電池佔比達到了71%。目前鋰電池技術仍無法滿足電動汽車的普及要求。首先,因為電池過大,一般電動汽車的重量都超過了體積相當的汽油汽車,但是續航能力卻只有汽油汽車的一半。其次,在充電方面鋰離子電池也無法滿足消費需求,據估計,電動車想要實現商業化,電池密度至少達到250Wh/kg,但目前電動汽車鋰電池密度普遍不足100Wh/kg。最後是鋰電池目前成本過高,可以佔到電動車成本的一半,直接導致了電動車在價格上難與傳統汽車競爭。

  今年4月特斯拉推出了Powerwall家用儲能電池,引起了業界的廣泛注意。Powerwall可以將電費低廉時儲存的電能在電費高昂時釋放,或是與可再生能源(太陽能風電)配套使用,其經濟性是能否大規模推廣的最重要標準。此次推出的Powerwall有7kwh和10kwh兩種容量,售價分別為3000美元和3500美元,且均有充電次數限制。由於Powerwall主要著眼于産品與太陽能發電系統配套使用,因而除電池外,用戶還要購買太陽能面板、逆變器等,整個系統成本據説在2萬美元以上。由於太陽能用戶可以將剩餘電量出售給電網,因此削弱了Powerwall的經濟性。目前美國安裝儲能電池總價約為1.28億美元,多數集中在事業機構,家庭安裝僅為1%。有機構分析,特斯拉需要將銷售價格下調75%左右。特斯拉正與松下合作建造大型的電池工廠,有望在不久的未來使成本降低約30%。如果油價持續低迷,Powerwall的成本的確需要有更多的下降空間。

  一直以來,世界各國都很重視大容量儲能技術的研發與運用。目前美國已投運的儲能項目為95個,裝機規模超過357MW。日本裝機規模約為310MW,列第二位。2014年美國的新增裝機規模為34.4MW,中國和歐洲分列二、三位,裝機規模分別為31MW和27.7MW。大容量儲能技術實現商業化的只有鈉硫電池和液流電池。比如,鈉硫電池有較高的儲能密度,效率大約在80%左右,充放電次數可以達到6000次以上。日本京瓷公司所研製的鈉硫電池儲能系統已有100多套投入運營中,容量已超過100MW。目前大容量儲能中鈉硫電池裝機比重最大,達到了40%,但鈉硫電池的高成本是制約其發展的重要因素。

  儲能技術作為新能源發展和電動汽車的關鍵環節,其技術突破將改變整個世界的能源格局。可以説,儲能技術是開啟新能源時代的鑰匙,一旦儲能技術經濟可行,將為人類打開一扇通往新能源時代的門。對於中國而言,電動汽車、儲能技術和風電、太陽能的有效結合,除了清潔發展,還可以形成對石油的有效替代,保障能源安全,因此政府應該重視儲能技術的發展。對於傳統的能源企業,尤其需要重視儲能技術的發展,利益所在,其重要性不言而喻。

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