碳中和“充電寶”：儲(chǔ)能風(fēng)起，能源勢(shì)動(dòng)

儲(chǔ)能的崛起與藩籬
 

要說(shuō)這兩年人類最整齊劃一的步伐，那就是基調(diào)比較統(tǒng)一的綠色可持續(xù)，生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)的整體方向都朝著低碳化發(fā)展。

 

而達(dá)成這樣的共識(shí)，是為了應(yīng)對(duì)近些年自然災(zāi)害、極端氣候變化帶來(lái)的危機(jī)，碳中和已然成為全世界多數(shù)國(guó)家的戰(zhàn)略目標(biāo)。我們的能源之路也從煤炭時(shí)代、油氣時(shí)代再過(guò)渡到碳中和的時(shí)代。

 

能源結(jié)構(gòu)的變革是一場(chǎng)人與自然博弈被動(dòng)的結(jié)果，但也是能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的機(jī)遇?？沙掷m(xù)的發(fā)展種子已經(jīng)開始發(fā)芽，也給人類的生產(chǎn)與生活帶來(lái)了新的故事。

 

在這個(gè)故事劇情的發(fā)展過(guò)程中，低碳綠色的產(chǎn)業(yè)變革大幕已然拉開。在人類的高碳排活動(dòng)中，數(shù)據(jù)顯示，排在最前面的是能源與交通行業(yè)，幾乎四分之三的碳排來(lái)自于能源的消耗。因此開發(fā)可再生的清潔能源成為重中之重，加快發(fā)展可再生能源已成為全球能源轉(zhuǎn)型的主流方向。

 

在清潔能源的有效利用中，社會(huì)各界一直反反復(fù)復(fù)強(qiáng)調(diào)儲(chǔ)能的必要性。在今年的兩會(huì)中，有二十多位代表們提出了有關(guān)儲(chǔ)能的三十多條建議，而在實(shí)際的綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，越來(lái)越多的技術(shù)與產(chǎn)業(yè)方向也在儲(chǔ)能領(lǐng)域開花結(jié)果。儲(chǔ)能在碳中和的背景中，究竟扮演的是一個(gè)什么樣的角色？

 

價(jià)值“蓄水池”

 

可再生的清潔能源中，風(fēng)能、太陽(yáng)能等是可再生能源系統(tǒng)利用的重要組成部分，但因?yàn)橐恍┛陀^的物理?xiàng)l件，這些可再生能源不能連續(xù)延不斷地生產(chǎn)。比如太陽(yáng)能、風(fēng)能就會(huì)受到天氣的影響，水力發(fā)電會(huì)受到季節(jié)的影響，在夏天汛期時(shí)水力發(fā)電帶來(lái)的能源充足，而到了枯水期就會(huì)斷崖式下滑。這些可再生能源被稱為間歇性能源，它們不會(huì)持續(xù)不斷地產(chǎn)能。

 

如果在可再生能源的豐富生產(chǎn)期中，將易浪費(fèi)的能量收集存儲(chǔ)起來(lái)，在能源需求旺盛的高峰期，填谷利用起來(lái)，將會(huì)大大增強(qiáng)能源的利用效率，減少能源耗損。儲(chǔ)能不僅可以解決可再生清潔能源波動(dòng)性與間歇性等瓶頸問題，也能在配電側(cè)實(shí)現(xiàn)發(fā)電與負(fù)荷的動(dòng)態(tài)平衡。通過(guò)儲(chǔ)能，才能整合可再生能源，實(shí)現(xiàn)連續(xù)、有效的能源利用。儲(chǔ)能成為可再生能源利用的關(guān)鍵和重要支撐，從而得到世界各國(guó)政府與企業(yè)的支持與青睞。

 

在碳中和的目標(biāo)背景下，世界各國(guó)紛紛出臺(tái)儲(chǔ)能激勵(lì)措施，掃除市場(chǎng)發(fā)展障礙。美國(guó)對(duì)于補(bǔ)電來(lái)源自光伏的儲(chǔ)能實(shí)行聯(lián)邦投資稅收抵免（ITC）政策，將設(shè)備成本降低約30%。根據(jù)EIA的預(yù)測(cè)，2021～2023年，美國(guó)“儲(chǔ)能+新能源”的比例將從30%提升到60%。以色列、南非、愛爾蘭、烏克蘭等國(guó)都規(guī)劃了“儲(chǔ)能+新能源”的項(xiàng)目。國(guó)內(nèi)正在建設(shè)的風(fēng)電光伏項(xiàng)目也在快速擴(kuò)大儲(chǔ)能的配套設(shè)施建設(shè)。

 

2020年，多地出臺(tái)政策鼓勵(lì)和支持新能源配置儲(chǔ)能，但幾乎不會(huì)強(qiáng)制配置要求。2021年，已經(jīng)有20多個(gè)省市提出可再生能源配置儲(chǔ)能的要求，強(qiáng)制與鼓勵(lì)都涉及，例如湖南、山東、湖北等地要求強(qiáng)制配置，山西、甘肅等地是建議配儲(chǔ)，配置比例都在10%-20%之間。儲(chǔ)能電池裝機(jī)量在政策背景下不斷增大。

 

世界各國(guó)開始大力支持儲(chǔ)能電池技術(shù)的發(fā)展，或者開展儲(chǔ)能項(xiàng)目示范，同時(shí)也會(huì)配套制定相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，開始建立和完善涉及儲(chǔ)能的法律法規(guī)等。

 

儲(chǔ)能涉及領(lǐng)域比較廣泛，用便于理解的角度來(lái)分類的話，可將儲(chǔ)能技術(shù)分為物理儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)能。物理儲(chǔ)能主要分為機(jī)械類儲(chǔ)能、電氣類儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能等。化學(xué)儲(chǔ)能是通過(guò)化學(xué)變化將能儲(chǔ)存于物質(zhì)中，主要包括電化學(xué)儲(chǔ)能，也就是咱們了解的電池類儲(chǔ)能的總稱。目前行業(yè)內(nèi)機(jī)械類儲(chǔ)能和電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)是發(fā)展的重點(diǎn)方向，也是目前產(chǎn)業(yè)布局?jǐn)U增和技術(shù)不斷升級(jí)的領(lǐng)域，如果經(jīng)常關(guān)注低碳排與新能源行業(yè)，我們會(huì)明顯感受到這波發(fā)展熱潮。

 

儲(chǔ)能崛起

   

儲(chǔ)能的崛起中，如果從政策的發(fā)布頻率來(lái)看的話，也能看出一些跡象，關(guān)注能源相關(guān)的政策的話，會(huì)發(fā)現(xiàn)有關(guān)儲(chǔ)能的發(fā)展和規(guī)劃支持政策逐年都更新和增加。從2016年儲(chǔ)能首次進(jìn)入國(guó)家發(fā)展規(guī)劃開始，在國(guó)務(wù)院及各部委歷年發(fā)布的《“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》《中國(guó)制造2025——能源裝備實(shí)施方案》《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃（2016-2030年）》《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》《國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略綱要》等國(guó)家重大發(fā)展戰(zhàn)略和規(guī)劃中，均明確提出加快發(fā)展高效儲(chǔ)能、先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新、積極推進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)研發(fā)應(yīng)用、攻克儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)等任務(wù)和目標(biāo)。

 

政策的鼓勵(lì)下，儲(chǔ)能的裝機(jī)量也在增大。根據(jù)CNESA在《儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)研究白皮書2021》中的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，保守情形下，電化學(xué)儲(chǔ)能2021年新增裝機(jī)量為2.52-3.35GW，到2025年累計(jì)裝機(jī)量有望達(dá)到35.52-55.88GW，2021-2025年CAGR（復(fù)合年均增長(zhǎng)率）為57.38%-70.48%。

 

當(dāng)然，裝機(jī)量的增長(zhǎng)中，儲(chǔ)能核心的技術(shù)也在不斷突破。以核心的電化學(xué)技術(shù)舉例來(lái)說(shuō)，近幾年也發(fā)生了許多較大的性能升階。例如寧德時(shí)代利用全生命周期陽(yáng)極補(bǔ)鋰技術(shù)開發(fā)了滿足12000次循環(huán)的儲(chǔ)能專用磷酸鐵鋰電池。比亞迪推出“刀片”電池進(jìn)一步提升單體電池的容量，而新的電池儲(chǔ)能領(lǐng)域也在不斷地更新中，如固態(tài)電池、鈉離子電池等也在不斷研發(fā)中。儲(chǔ)能用鋰電池的企業(yè)以寧德時(shí)代、蜂巢能源、億緯鋰能等國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池巨頭的參與為主。這些企業(yè)早已提前布局儲(chǔ)能電池相關(guān)領(lǐng)域。

 

根據(jù)CNESA數(shù)據(jù)，截至2020 年，全球電化學(xué)儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)14.2GW，同比增長(zhǎng)49.2%，占儲(chǔ)能系統(tǒng)裝機(jī)的7.4%；中國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)3.27GW，同比增長(zhǎng)91.2%，占整體儲(chǔ)能的9.2%。值得注意的是，2020年我國(guó)新增電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)達(dá)1.56GW，同比增長(zhǎng)145%。在電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域，鋰離子電池占主導(dǎo)地位，占比達(dá)92%。 

 

機(jī)械類儲(chǔ)能的話，技術(shù)的升級(jí)主要攻關(guān)方向是向更大規(guī)模壓縮空氣儲(chǔ)能行進(jìn)。以中科院工程熱物理所的百兆瓦先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能國(guó)家示范項(xiàng)目為例，目前其已經(jīng)順利并網(wǎng)，并且單位裝機(jī)的成本幾乎接近抽水蓄能電站的效率與成本，這也意味著壓縮空氣儲(chǔ)能的技術(shù)在未來(lái)會(huì)廣泛地使用。

 

儲(chǔ)能的技術(shù)除了在清潔能源電網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)配應(yīng)用外，在二次能源氫能的制備上，也被眾多光伏企業(yè)青睞，作為打開新增長(zhǎng)的空間。風(fēng)光伏在豐盛的產(chǎn)能期間，可以將多余的能量通過(guò)電解水轉(zhuǎn)化為綠氫儲(chǔ)存。

 

2021年3月，隆基股份通過(guò)全資子公司隆基綠能創(chuàng)投與上海朱雀投資合資成立西安隆基氫能科技有限公司，計(jì)劃大力發(fā)展光伏制氫；同月，陽(yáng)光電源也發(fā)布大功率的SEP50 PEM制氫電解槽；5月晶科科技公布了布局光伏制氫的消息；協(xié)鑫新能源隨后也成立高達(dá)100億元的氫能產(chǎn)業(yè)投資基金。氫能儲(chǔ)存被光伏風(fēng)電企業(yè)們作為價(jià)值投資錨定，爭(zhēng)相布局。

 

從電網(wǎng)系統(tǒng)的用戶側(cè)調(diào)峰，到二次能源的制備存儲(chǔ)，新能源的微電網(wǎng)等，儲(chǔ)能相關(guān)的其他配套技術(shù)都在這股崛起的浪潮中被加速。儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)開始進(jìn)入加速發(fā)展的快車道

   

全面商業(yè)化的卡頓

 

在這場(chǎng)向碳中和奔赴的過(guò)程中，儲(chǔ)能技術(shù)的智造升級(jí)，并沒有形成哪個(gè)技術(shù)主導(dǎo)的情形出現(xiàn)。機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)如抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能，電化學(xué)儲(chǔ)能這些技術(shù)目前處于并行發(fā)展的情形。因?yàn)椴煌瑑?chǔ)能技術(shù)特性差異明顯，適用范圍也有所不同。機(jī)械類的抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)等主要應(yīng)用于大電網(wǎng)的輸配電環(huán)節(jié)，而電化學(xué)儲(chǔ)能則主要運(yùn)用于風(fēng)光發(fā)電等波動(dòng)較大的清潔能源電網(wǎng)系統(tǒng)。

 

不同的地理?xiàng)l件、氣候條件以及成本約束等，造就了這些關(guān)鍵技術(shù)在不同領(lǐng)域的特色應(yīng)用。對(duì)于行業(yè)內(nèi)人士來(lái)說(shuō)，技術(shù)之外，最關(guān)心的是如何提升儲(chǔ)能的市場(chǎng)參與和盈利能力，這也是行業(yè)能不能健康發(fā)展的前提。畢竟靠著補(bǔ)貼過(guò)活不是長(zhǎng)久之計(jì)，必須要有自我造血的能力。

 

而這一部分的主要限制是市場(chǎng)化相關(guān)的政策細(xì)則不到位，導(dǎo)致市場(chǎng)化的程度較低。對(duì)于宏觀的儲(chǔ)能政策，政府出臺(tái)的不少，但是對(duì)于行業(yè)市場(chǎng)化的改革政策處于空白，比如一些市場(chǎng)內(nèi)容量的補(bǔ)償機(jī)制、峰谷電價(jià)的合理定位、儲(chǔ)能的投資回報(bào)機(jī)制等，這些規(guī)范的細(xì)則沒有建立，一定程度上制約了儲(chǔ)能商業(yè)模式的拓展和完善。

 

另外一個(gè)制約行業(yè)全面商業(yè)化的限制是技術(shù)。關(guān)鍵技術(shù)的升級(jí)仍然有較大的空間。例如在儲(chǔ)能電池方面，冬天鋰電池的低溫性能就會(huì)限制光伏能源的存儲(chǔ)，如何提升鋰電池的低溫性能、循環(huán)壽命等，需要儲(chǔ)能電池的技術(shù)不停迭代完善。與此同時(shí)，也需要豐富儲(chǔ)能的單一短時(shí)系統(tǒng)。雖然動(dòng)力電池技術(shù)因?yàn)樾履茉雌嚨陌l(fā)展得到了極大地提升。在長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能層面，也需要發(fā)力深研，滿足電池儲(chǔ)能系統(tǒng)更長(zhǎng)時(shí)間的放電需求。

 

再者就是電池?zé)崾Э叵碌陌踩浴Ｒ驗(yàn)樯婕盎瘜W(xué)電池，也會(huì)帶來(lái)不少的安全事故。2021年4月16日，北京國(guó)軒福威斯光儲(chǔ)充技術(shù)有限公司位于北京市豐臺(tái)區(qū)大紅門的儲(chǔ)能電站發(fā)生爆炸事故，導(dǎo)致2名消防員犧牲，1名員工失聯(lián)。事故調(diào)查報(bào)告顯示，直接原因是電池間內(nèi)的磷酸鐵鋰電池發(fā)生內(nèi)短路故障，引發(fā)電池?zé)崾Э仄鸹?。?jù)悉，目前國(guó)內(nèi)尚未出臺(tái)針對(duì)儲(chǔ)能電站電池系統(tǒng)的安全規(guī)范及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，僅有部分團(tuán)標(biāo)提及儲(chǔ)能集裝箱安全間距、防火要求。嚴(yán)格的電池檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法及細(xì)則欠缺。

 

這些主要的限制點(diǎn)卡住了儲(chǔ)能全面商業(yè)化的輻射，不過(guò)事物發(fā)展的規(guī)律就是不斷地從谷底到谷峰的轉(zhuǎn)換。無(wú)論是多元化儲(chǔ)能技術(shù)層面的開發(fā)與深耕，還是政策的不斷細(xì)化，儲(chǔ)能全面商業(yè)化的目標(biāo)需要時(shí)間踏踏實(shí)實(shí)打磨這些卡點(diǎn)。不過(guò)可以肯定的趨勢(shì)是儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)已經(jīng)在前夜，整個(gè)行業(yè)的布局、技術(shù)的突破等相較三年前有了極大地提升。

 

頂層設(shè)計(jì)的戰(zhàn)略與政策疏導(dǎo)，產(chǎn)業(yè)與技術(shù)的進(jìn)階，各地政府紛紛落地的示范項(xiàng)目等，儲(chǔ)能的每個(gè)環(huán)節(jié)都如吸氧般獲得了充足的生命力。碳中和時(shí)代里，這個(gè)大號(hào)的“充電寶”，將能源吸足，再反哺到儲(chǔ)能的各個(gè)配電側(cè)環(huán)節(jié)中，不斷向外延伸自己的觸角，觸達(dá)著碳中和終極目標(biāo)。