我們?cè)谥暗目破請(qǐng)?bào)告中，已經(jīng)詳細(xì)介紹了多種儲(chǔ)能方式及系統(tǒng)，現(xiàn)在有必要對(duì)此前幾篇報(bào)告的內(nèi)容進(jìn)行一定回顧，同時(shí)對(duì)大型電能儲(chǔ)存情況進(jìn)行探討，對(duì)比不同儲(chǔ)能裝置的特征，從而能夠針對(duì)各種不同的場(chǎng)景，選擇最合適的儲(chǔ)能裝置。

思考的問(wèn)題

1、在已經(jīng)介紹過(guò)的幾種儲(chǔ)能裝置中，各自最大的特點(diǎn)分別是什么？

2、當(dāng)前商業(yè)化應(yīng)用較成熟的是哪幾種裝置？

3、各類儲(chǔ)能裝置如何應(yīng)用在電力生產(chǎn)、輸送和使用的各個(gè)環(huán)節(jié)？

重要結(jié)論

抽水蓄能及蓄電池儲(chǔ)能是目前商業(yè)化程度較高的兩種儲(chǔ)能技術(shù)，而發(fā)展相對(duì)完善、技術(shù)可靠性很高的只有抽水蓄能一種。對(duì)我國(guó)來(lái)講，儲(chǔ)能是改善目前棄風(fēng)棄光、城市短時(shí)超負(fù)荷用電、降低用電成本的重要途徑，需要大力發(fā)展。充分考慮各類儲(chǔ)能裝置的特點(diǎn)，除抽水蓄能外，對(duì)其中1-2種其他技術(shù)進(jìn)行集中科研、突破并大規(guī)模裝備，將能夠極大促進(jìn)的我國(guó)儲(chǔ)能行業(yè)發(fā)展。

儲(chǔ)能系統(tǒng)的選擇

回顧我們已經(jīng)介紹過(guò)的所有儲(chǔ)能系統(tǒng)，抽水蓄能是目前唯一一種發(fā)展完善且可靠性較高的儲(chǔ)能技術(shù)。全世界的商用抽水蓄能裝置裝機(jī)容量超過(guò)50GW，目前還有不少于10GW在建。抽水蓄能的主要問(wèn)題在于，有時(shí)很難找到合適的選址，選址需要臨近電網(wǎng)且擁有合適的物理特性，還需要建造大規(guī)模土木工程，同時(shí)還要考慮對(duì)環(huán)境的影響。

將壓縮空氣泵送至地下是相對(duì)抽水蓄能而言能量密度更高且選址更為容易，對(duì)同樣的經(jīng)濟(jì)上切實(shí)可行的裝置而言，其規(guī)模更小，建造時(shí)間更短（最長(zhǎng)5年）。但是其問(wèn)題在于，壓縮空氣儲(chǔ)能的裝置規(guī)模相對(duì)較?。ㄗ畲鬄榘偃f(wàn)kWh），且由于壓縮過(guò)程中空氣溫度會(huì)不斷升高，因此儲(chǔ)存前需要進(jìn)行冷卻以防止巖石斷裂或鹽穴蠕動(dòng)。將空氣輸入汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)前需要再次加熱空氣，這一過(guò)程降低了其轉(zhuǎn)換效率。另一點(diǎn)不利因素是，壓縮空氣儲(chǔ)能需要使用優(yōu)質(zhì)燃料如天然氣等驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)。

電解水產(chǎn)生的氫氣可以作為儲(chǔ)存能量的方式，如果與我們討論過(guò)的燃料電池儲(chǔ)能結(jié)合的話，氫氣可以儲(chǔ)存為壓縮氣體，通過(guò)燃料電池可將其轉(zhuǎn)化為電力。氫氣儲(chǔ)能裝置在選址和運(yùn)行方面有更大的靈活性，運(yùn)輸可以借鑒完善的天然氣運(yùn)輸技術(shù)。如果是通過(guò)管道運(yùn)輸?shù)脑?，其建設(shè)、維護(hù)及環(huán)境成本都要比電網(wǎng)低得多。但是其缺點(diǎn)也非常明顯，氫氣存儲(chǔ)需要大體積儲(chǔ)罐，且易燃易爆。液態(tài)氫的運(yùn)輸和使用都有諸多不便且技術(shù)不是非常成熟，金屬氫化物則需要考慮基質(zhì)金屬的價(jià)格及運(yùn)輸。

盡管氫氣及燃料電池儲(chǔ)能仍然面臨諸多問(wèn)題，不論是制造、存儲(chǔ)、運(yùn)輸或是終端使用，都有很多可以改進(jìn)的地方，但是其是最環(huán)保的電力系統(tǒng)儲(chǔ)能類型是共識(shí)，應(yīng)當(dāng)大力發(fā)展。

飛輪儲(chǔ)能技術(shù)目前處于積極開發(fā)階段，主要應(yīng)用于車輛和大規(guī)模儲(chǔ)能的脈沖發(fā)電，也有較小規(guī)模的模塊形式的應(yīng)用。飛輪存在一系列儲(chǔ)能優(yōu)勢(shì)，首先，針對(duì)持續(xù)時(shí)間段的儲(chǔ)能循環(huán)而言，飛輪的效率非常高。其次，由于飛輪材料存在限制因素，僅可將其用于較小的模塊中，這對(duì)于大型電力系統(tǒng)是一個(gè)缺點(diǎn)，但是對(duì)小規(guī)模應(yīng)用而言則是優(yōu)點(diǎn)：其可以做成任意的尺寸，應(yīng)用到任何需要的環(huán)節(jié)中去。但目前看，對(duì)電力系統(tǒng)而言，飛輪儲(chǔ)能的成本仍然較高，目前應(yīng)用較多的是配電部分。

化學(xué)電池適用于電力系統(tǒng)供給側(cè)和需求側(cè)的許多儲(chǔ)能應(yīng)用，是當(dāng)前發(fā)展的重點(diǎn)。其主要特點(diǎn)如下：

1、可以直接儲(chǔ)存和釋放電能。

2、模塊化建設(shè)，靈活性高。

3、環(huán)保問(wèn)題不突出。

4、無(wú)需機(jī)械輔助設(shè)備。

5、制造交付周期短。

目前已經(jīng)商業(yè)化應(yīng)用的Pb-PbO2和NiO-Fe電池成本與基荷電站符合均衡的目標(biāo)成本相當(dāng)，而眾多其他體系的蓄電池如Na-S及Zn-Cl2，由于能夠大幅節(jié)約成本而擁有極佳的發(fā)展前景，且距離商業(yè)化非常近。此外，使用固態(tài)電解質(zhì)的電池也擁有良好的發(fā)展空間。

蓄電池儲(chǔ)能多為模塊化構(gòu)造，可以大大降低場(chǎng)地成本、縮短建造周期，由于選址要求不高、安全、污染少、無(wú)噪聲，化學(xué)電池對(duì)環(huán)境的影響非常小，這是其能夠分布地應(yīng)用于用戶側(cè)的重要原因。

與蓄電池相同，電容器也采用模塊化建設(shè)的模式，因此可以在工廠完成標(biāo)準(zhǔn)化的裝配，從而大大縮短從規(guī)劃到安裝的交付周期，降低基建成本。相比電池，電容器儲(chǔ)能裝置的主要缺點(diǎn)是能量密度過(guò)低，但由于電容器的內(nèi)阻很低，其功率密度非常高，可以應(yīng)用在合適的場(chǎng)合以增加功率。

超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能能夠直接儲(chǔ)存電力，因此效率極高，但是價(jià)格非常昂貴。從經(jīng)濟(jì)性角度看，其只適用于超大規(guī)模的電力系統(tǒng)。目前看，超導(dǎo)電磁儲(chǔ)能并不存在無(wú)法解決的技術(shù)問(wèn)題，不過(guò)由于需要使用大型裝置，而目前實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的莊主都是小型且經(jīng)濟(jì)性很差的，因此其開發(fā)的成本非常高。

我們將不同儲(chǔ)能系統(tǒng)的量化參數(shù)總結(jié)在下表中：


總結(jié)來(lái)看，熱能儲(chǔ)存、壓縮空氣儲(chǔ)能和抽水蓄能技術(shù)的反向時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，因此相比反向時(shí)間較短的飛輪儲(chǔ)能、化學(xué)電池儲(chǔ)能和超導(dǎo)磁儲(chǔ)能技術(shù)，其應(yīng)用范圍受限；另一方面，熱能儲(chǔ)存、壓縮空氣儲(chǔ)能和抽水蓄能技術(shù)適用于大型裝置，而規(guī)模較小的飛輪儲(chǔ)能或具有模塊化狗仔的化學(xué)電池、電容器等，適用于供給側(cè)的較小規(guī)模裝置，或分散儲(chǔ)能裝置。 

用戶側(cè)儲(chǔ)能

儲(chǔ)能技術(shù)是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能、電磁能等形式的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)的一種技術(shù)，其發(fā)展與應(yīng)用關(guān)系到了未來(lái)能源的使用方式和能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展變革。儲(chǔ)能的應(yīng)用十分廣泛，但從經(jīng)濟(jì)性與商業(yè)化推廣的角度上來(lái)看，用戶側(cè)儲(chǔ)能是當(dāng)今儲(chǔ)能最主要的應(yīng)用領(lǐng)域。由于目前許多國(guó)內(nèi)發(fā)達(dá)省市已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了峰谷電價(jià)差，為用戶側(cè)儲(chǔ)能的商業(yè)化推廣奠定了基礎(chǔ)，而儲(chǔ)能電站的成本也可以通過(guò)有效計(jì)量測(cè)算得到預(yù)算結(jié)果，所以只要各省市的峰谷電價(jià)差達(dá)到一定金額并在一定時(shí)間內(nèi)維持，那么用戶側(cè)儲(chǔ)能既具備經(jīng)濟(jì)性和商業(yè)化推廣的條件。從另一方面來(lái)看，儲(chǔ)能的應(yīng)用還能改善電能質(zhì)量，這對(duì)通信基站而言是十分重要的。

思考的問(wèn)題

1、用戶側(cè)儲(chǔ)能與發(fā)電側(cè)、配電側(cè)有何區(qū)別？

2、經(jīng)濟(jì)性如何？

3、該如何選擇合適的儲(chǔ)能方式？

重要結(jié)論

用戶側(cè)儲(chǔ)能是當(dāng)前鉛炭電池儲(chǔ)能應(yīng)用的最重要的場(chǎng)景之一，利用電價(jià)峰谷差可以立刻實(shí)現(xiàn)收益，因此相比其他場(chǎng)景擁有較大的優(yōu)勢(shì)。目前，用戶側(cè)儲(chǔ)能最主要的用戶是制造型的工業(yè)用電大戶，且單個(gè)訂單的儲(chǔ)能電量及總訂單數(shù)都在快速增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)2017年，我國(guó)蓄電池儲(chǔ)能規(guī)?？蛇_(dá)2000MW，實(shí)現(xiàn)同比3-4倍的增長(zhǎng)。

經(jīng)濟(jì)效益促進(jìn)用戶側(cè)儲(chǔ)能發(fā)展

儲(chǔ)能技術(shù)的不斷發(fā)展以及規(guī)模提升帶來(lái)的儲(chǔ)能應(yīng)用成本下降，從而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)性是近年來(lái)推動(dòng)儲(chǔ)能不斷發(fā)展的根本因素。從用戶側(cè)儲(chǔ)能方面來(lái)說(shuō)，目前最直接的收益來(lái)源是利用峰谷電價(jià)差進(jìn)行削峰填谷。隨著儲(chǔ)能度電成本的下降以及各省市峰谷電價(jià)差的實(shí)行，儲(chǔ)能在削峰填谷應(yīng)用中開始顯現(xiàn)出商業(yè)價(jià)值。目前，我國(guó)不同地區(qū)的峰谷電價(jià)仍然由各省發(fā)改委進(jìn)行核定，根據(jù)我們?cè)诒鞠盗小躲U炭電池之下游應(yīng)用篇》中的測(cè)算，在峰谷價(jià)差達(dá)到0.9元/KWh的時(shí)候，可以在8年左右的時(shí)間實(shí)現(xiàn)約8%的IRR。


資料來(lái)源：國(guó)家電網(wǎng)、各省發(fā)改委



從表1、表2可以看到，目前全國(guó)大多數(shù)省份和許多城市已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了企業(yè)用電、居民用電峰谷電價(jià)差別收費(fèi)的制度，這為儲(chǔ)能在削峰填谷中的商業(yè)化推廣與應(yīng)用提供了可能盈利的前提條件。另外，隨著技術(shù)的不斷成熟與發(fā)展，鉛炭電池的度電成本不斷下降。假設(shè)按照表3所示，將鉛炭?jī)?chǔ)能應(yīng)用于削峰填谷中，則運(yùn)行期間，每天在零點(diǎn)到早晨八點(diǎn)谷電時(shí)間充電8小時(shí)，平均日充電量約為9300kwh，累計(jì)充放是平穩(wěn)的。峰電時(shí)期放電8小時(shí)，平均日放電量為8400kWh，鉛炭電池的充放電效率可以達(dá)到90.51%。財(cái)務(wù)計(jì)算的效率是85%。若以峰時(shí)電價(jià)為1.05元，谷時(shí)電價(jià)0.31元測(cè)算，每天收益約為5938.03元，每年按照360天計(jì)算，年收益為2,137,691元。由此可見，儲(chǔ)能技術(shù)在未來(lái)削峰填谷的應(yīng)用中有很大的商業(yè)價(jià)值和發(fā)展前景。


需要注意的是，雖然儲(chǔ)能技術(shù)在用戶側(cè)有很大的發(fā)展應(yīng)用空間，但是目前來(lái)看，用戶側(cè)儲(chǔ)能的市場(chǎng)規(guī)模仍然較小，且用戶側(cè)儲(chǔ)能電站的規(guī)模也都在10-20MWh左右。即使是商業(yè)化項(xiàng)目，也普遍為實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的儲(chǔ)能項(xiàng)目。隨著儲(chǔ)能技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，如果儲(chǔ)能電站規(guī)模能夠擴(kuò)大，則單位儲(chǔ)能電量的成本可以下降，這是因?yàn)榕潆娫O(shè)施的價(jià)格會(huì)隨著采購(gòu)量的上升而下降；監(jiān)控設(shè)備由于是公司自行生產(chǎn)的，因此生產(chǎn)成本和造價(jià)可控，突然出現(xiàn)大幅波動(dòng)情況的可能性較??；另外，在接下來(lái)的儲(chǔ)能項(xiàng)目商業(yè)化進(jìn)程中，人工成本會(huì)隨著遠(yuǎn)程監(jiān)控的引入和應(yīng)用率不斷增高而降低，所以未來(lái)人工成本對(duì)于儲(chǔ)能項(xiàng)目建造估算的影響將會(huì)越來(lái)越小。

用戶側(cè)儲(chǔ)能是重要發(fā)展方向


圖2顯示了近年來(lái)我國(guó)儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模變化情況圖?？梢钥吹剑瑥?011年起我國(guó)儲(chǔ)能項(xiàng)目就進(jìn)入快速發(fā)展的階段。2011年全國(guó)儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模僅為38.5MW，2014年末就發(fā)展到了93.7MW，2015年末累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)到了105.5MW。另外，從儲(chǔ)能項(xiàng)目的應(yīng)用分布方面來(lái)看，可以發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)能項(xiàng)目在分布式發(fā)電及微網(wǎng)中的應(yīng)用占比高達(dá)56%，超過(guò)了全國(guó)儲(chǔ)能項(xiàng)目的一半以上，可再生能源并網(wǎng)應(yīng)用占比為35%，位居第二。從整體來(lái)看，儲(chǔ)能項(xiàng)目應(yīng)用占比較高的仍為用戶側(cè)。

目前我國(guó)的電力系統(tǒng)中，由于居民、企業(yè)用電時(shí)間相對(duì)集中，我國(guó)又缺乏相關(guān)有力的錯(cuò)峰政策及措施，所以常常會(huì)出現(xiàn)在用電高峰時(shí)期發(fā)電輸出功率不能滿足居民及企業(yè)的用電需求，導(dǎo)致供電不穩(wěn)的情況。若在用戶側(cè)引入分布式及微網(wǎng)儲(chǔ)能技術(shù)，可在用電低谷時(shí)從電網(wǎng)吸收多余的電能，在用電高峰時(shí)期釋放，有利于居民及企業(yè)的穩(wěn)定用電。另外，由于是設(shè)置在用戶側(cè)的儲(chǔ)能，在需要時(shí)直接釋放電能并將其供應(yīng)給用戶，不用經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸，避免了變電和輸電環(huán)節(jié)的額外損耗。

用戶側(cè)儲(chǔ)能是梯次利用的重要應(yīng)用場(chǎng)景

在儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用中，梯次利用的引入十分關(guān)鍵。從儲(chǔ)能電池的材料方面來(lái)看，鉛是十分重要的原材料，鉛的有效回收利用對(duì)降低鉛炭電池的成本有積極的推進(jìn)作用。圖4展示了再生鉛的大致生產(chǎn)流程。通過(guò)回收已使用過(guò)的儲(chǔ)能電池，分離出鉛并進(jìn)行一系列加工，最終生產(chǎn)出可以被再次利用的鉛產(chǎn)品。如今，鉛回收利用已經(jīng)是非常成熟的產(chǎn)業(yè)，2014年我國(guó)再生鉛產(chǎn)量達(dá)到約160萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)6.7%，占鉛產(chǎn)量的38%。隨著鉛回收技術(shù)的進(jìn)一步提升，目前鉛的回收率可以達(dá)到98%以上。再生鉛技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用對(duì)未來(lái)進(jìn)一步降低儲(chǔ)能成本而言是一個(gè)十分重要的因素。


另一方面，從動(dòng)力電池的回收利用來(lái)看，將使用過(guò)的動(dòng)力電池回收加工后應(yīng)用于儲(chǔ)能領(lǐng)域是十分有意義的。圖5展現(xiàn)了動(dòng)力電池回收利用的大致流程圖。可以看到，退役下來(lái)的動(dòng)力電池雖然容量有所下降，但是仍然具備利用價(jià)值。若是能對(duì)其進(jìn)行有效回收利用，可以使新能源汽車制造商的成本有所下降。另外，將回收加工后的動(dòng)力電池應(yīng)用于儲(chǔ)能領(lǐng)域，可以起到削峰填谷，穩(wěn)定電力系統(tǒng)等作用。值得注意的是，大部分用戶側(cè)對(duì)于電池的要求比發(fā)電側(cè)更低一些，梯次利用的引入可以使得儲(chǔ)能在用戶側(cè)應(yīng)用中進(jìn)一步增強(qiáng)其經(jīng)濟(jì)效益，擴(kuò)展儲(chǔ)能的應(yīng)用空間。