除了電池之外的其他可能

儲(chǔ)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(zhuǎn)化為勢(shì)能，在需要的時(shí)候，又把水放出來(lái)，將勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電力。但在德國(guó)，適合建造抽水蓄能電站的空間非常小，因?yàn)槟抢锏纳絽^(qū)很少，而且公眾對(duì)這種會(huì)破壞環(huán)境的新項(xiàng)目有強(qiáng)烈的抵制。這就是為什么德國(guó)人還在努力尋找其他方式來(lái)儲(chǔ)存可再生能源。目前人們對(duì)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(jì)體的脫碳需要許多其他技術(shù)，因?yàn)殡姵馗緹o(wú)法儲(chǔ)存更長(zhǎng)時(shí)間的能量，也無(wú)法儲(chǔ)存足夠的能量。這就是為什么除了完成煤炭開采到電池生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變之外，以熱能的形式儲(chǔ)存，或者以氣體或液體燃料的形式儲(chǔ)存可再生能源(比如Power-to-Gas技術(shù))的技術(shù)，對(duì)于大量或者長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能也很重要的原因。

熱儲(chǔ)能目前正在研究當(dāng)中，德國(guó)航空航天中心(DLR)提出了一種利用煤炭行業(yè)現(xiàn)有儲(chǔ)熱設(shè)備來(lái)緩解脫碳計(jì)劃的替代方法。研究人員建議將可再生能源產(chǎn)生的熱量?jī)?chǔ)存在廢棄燃煤電廠裝滿液態(tài)鹽的大水箱中，并利用現(xiàn)有的蒸汽發(fā)生器和渦輪機(jī)將熱量轉(zhuǎn)化為電能。德國(guó)政府已經(jīng)表示，將研究“使用不再需要大規(guī)模蓄熱的發(fā)電廠”的可能性。DLR稱，如果這些項(xiàng)目得以實(shí)現(xiàn)，目前約有一半的燃煤電廠員工可以保住工作。

至于Power-to-Gas技術(shù)儲(chǔ)能的案例，在德國(guó)目前有非常多，其中比較有名的是德國(guó)的MEKS項(xiàng)目。MEKS“是施普倫貝格多能互補(bǔ)集成發(fā)電系統(tǒng)(Multi-Energie-Kraftwerk Sperenberg)的縮寫，項(xiàng)目坐落于德國(guó)東部小市阿姆梅倫塞的小鎮(zhèn)施普倫貝格。這個(gè)多能互補(bǔ)集成發(fā)電系統(tǒng)利用先進(jìn)智能系統(tǒng)集成技術(shù)將風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電結(jié)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(jié)合制氫裝置，制得的氫氣可以儲(chǔ)存或饋入當(dāng)?shù)靥烊粴夤艿馈EKS項(xiàng)目將該地區(qū)的創(chuàng)新發(fā)電和存儲(chǔ)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，充分利用該地區(qū)的新能源資源，同時(shí)為當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有發(fā)電廠提供了可持續(xù)利用潛力。

電池在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用

電池產(chǎn)業(yè)的繁榮發(fā)展的主要推動(dòng)力就是政府決策。作為汽車大國(guó)，德國(guó)政府希望在汽車零排放時(shí)代到來(lái)之前確保德國(guó)最重要的汽車行業(yè)的未來(lái)。發(fā)展電動(dòng)汽車對(duì)于電力行業(yè)來(lái)說(shuō)無(wú)疑是個(gè)福音，電動(dòng)汽車之于電力行業(yè)的意義就是“裝在車輪上移動(dòng)電池”，而且其飛快的發(fā)展速度對(duì)于儲(chǔ)能行業(yè)的意義可能會(huì)是住宅儲(chǔ)能無(wú)法比擬的。

氣候、能源和運(yùn)輸國(guó)際顧問(wèn)Diaz-Bone舉過(guò)這樣一個(gè)例子：“100,000個(gè)家用儲(chǔ)能系統(tǒng)的數(shù)量可能聽起來(lái)已經(jīng)可以令人印象深刻，但如果對(duì)比電動(dòng)汽車的規(guī)模，這個(gè)數(shù)字也只能相形見絀了。我們正在研究數(shù)百萬(wàn)輛電動(dòng)汽車，每輛汽車的電池容量為40到100千瓦時(shí)，是一般家用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的五到十倍”。

與固定式家用電池一樣，通過(guò)充電樁連接到電網(wǎng)的電動(dòng)汽車不僅可以存儲(chǔ)電力，還可以根據(jù)需要將其送入電網(wǎng)。例如，下午從工作中回到家的電動(dòng)汽車車主可能會(huì)告訴他的充電系統(tǒng)，希望他的車在第二天早上之前可以充滿電。然后，系統(tǒng)可以分配充電所需的時(shí)間，并利用剩余部分幫助調(diào)節(jié)電網(wǎng)穩(wěn)定。電池的核心優(yōu)勢(shì)是，可以在短時(shí)間內(nèi)吸收和釋放大量電力，這使其成為為電網(wǎng)提供輔助服務(wù)的理想工具。它們可以保證電力通暢以穩(wěn)定電網(wǎng)，充當(dāng)備用電源以提高可靠性，并且能夠在供電充足且因此便宜的時(shí)間再充電。德國(guó)著名的虛擬發(fā)電廠運(yùn)營(yíng)商N(yùn)ext Kraftwerke與荷蘭智能充電供應(yīng)商Jedlix合作，已經(jīng)把這種雙向充電模式應(yīng)用到試點(diǎn)項(xiàng)目當(dāng)中。

但電動(dòng)汽車能否如上面所說(shuō)為電網(wǎng)提供這些服務(wù)還有待觀察，這取決于車主和汽車制造商是否配合。為了解決這一問(wèn)題，德國(guó)能源智庫(kù)AgoraEnergiewende的儲(chǔ)能專家MatthiasDeutsch參考了一些關(guān)于向電動(dòng)車車主支付輔助服務(wù)的費(fèi)用的商業(yè)模式，得出了結(jié)論稱：“能否說(shuō)服電動(dòng)汽車車主參與電網(wǎng)輔助服務(wù)，根本上只是一個(gè)補(bǔ)償金額高低的問(wèn)題。相比之下，汽車制造商所帶來(lái)的阻礙可能更大 – 例如，汽車制造商會(huì)要求：如果車主把汽車電池用于電網(wǎng)輔助服務(wù)，他們就會(huì)撤回對(duì)電池的質(zhì)量保證。”

據(jù)麥肯錫稱，電動(dòng)汽車不會(huì)在2030年之前大幅增加德國(guó)的電力需求，但人們通常會(huì)在下班后給電動(dòng)汽車充電，這一用電行為可能會(huì)增加夜間高峰負(fù)荷，電力負(fù)荷曲線將有所不同。雖然電力系統(tǒng)受到影響不大，但在一些電動(dòng)汽車普及的熱點(diǎn)地區(qū)(如郊區(qū)等)，由于峰值負(fù)荷會(huì)顯著增加，當(dāng)?shù)氐淖儔浩饕残枰?jí)。

德國(guó)儲(chǔ)能行業(yè)也表示，儲(chǔ)能產(chǎn)品可以減少電網(wǎng)擴(kuò)建的投入。例如，大量電動(dòng)汽車投入市場(chǎng)，大規(guī)模的充電會(huì)給電網(wǎng)帶來(lái)過(guò)重的負(fù)擔(dān)，此時(shí)，有儲(chǔ)能設(shè)備作為緩沖，擴(kuò)建的需求也就沒(méi)有那么迫在眉睫了。

展望未來(lái)，電網(wǎng)可用的電動(dòng)汽車數(shù)量看起來(lái)并不是那么確定。如果私人汽車保有量下降，自動(dòng)機(jī)器人出租車等新商業(yè)模式投入使用，人們現(xiàn)在所想象的電動(dòng)汽車在電網(wǎng)中的美好應(yīng)用可能會(huì)大打折扣。

電池對(duì)人類和地球的危害

電池市場(chǎng)的規(guī)模已經(jīng)引起了人們關(guān)于電池原材料以及電池生產(chǎn)和處理對(duì)人和環(huán)境的副作用的關(guān)注。

根據(jù)德國(guó)交通轉(zhuǎn)型智庫(kù)AgoraVerkehrswende的一項(xiàng)研究表明，雖然鋰和鈷等關(guān)鍵電池成分的資源儲(chǔ)備足夠支撐當(dāng)前電池的發(fā)展，但它們的開采制作過(guò)程，本質(zhì)上還是會(huì)造成一定的社會(huì)問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題。這個(gè)領(lǐng)域所產(chǎn)生的問(wèn)題是多方面的，包括采礦作業(yè)的高能耗，酸性礦山排水，采礦公司與當(dāng)?shù)鼐用裰g的用水沖突，以及礦山的惡劣工作條件等等。尤其是剛果小型鈷礦的不人道開采條件，工人們赤手空拳地挖掘原材料的情況，引起了媒體的廣泛關(guān)注。“可持續(xù)性不僅僅意味著'長(zhǎng)期可用性'。它還意味著確保整個(gè)供應(yīng)鏈中工人的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和可行條件。”

另一方面，鎳和鋰的開采也帶來(lái)了高昂的環(huán)境成本。二手車電池的處理也可能造成嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，但二手電池處理這個(gè)新行業(yè)正在逐漸興起，將會(huì)成為一個(gè)十分必要的售后市場(chǎng)。

在這里舉一個(gè)典型的例子就是汽車制造商通過(guò)二次利用電池來(lái)賦予電池新生命。各種德國(guó)汽車制造商已經(jīng)將數(shù)百個(gè)二手電動(dòng)汽車電池組合在一起，形成電力系統(tǒng)的大型儲(chǔ)能裝置，以幫助保持電力供需平衡。梅賽德斯汽車制造商戴姆勒在2018年7月開設(shè)了第三個(gè)由二手電動(dòng)車電池組成的大型電池儲(chǔ)能設(shè)備，總?cè)萘考s為10兆瓦時(shí)。同為德國(guó)著名汽車制造商的寶馬公司也參與了類似的項(xiàng)目。

大型電池提供電網(wǎng)服務(wù)

無(wú)論是二手還是全新電池，它們的價(jià)格正在不斷下降。目前，大型電池已經(jīng)成為電網(wǎng)穩(wěn)定的重要工具。德國(guó)儲(chǔ)能協(xié)會(huì)BVES的數(shù)據(jù)顯示，德國(guó)大型商用電池的總?cè)萘繉⒃?018年幾乎翻倍至約320兆瓦，而所有家用電池的總?cè)萘繉⒃黾拥?80兆瓦左右。

在一些地理位置比較孤立的國(guó)家，例如英國(guó)和澳大利亞，大型電池提供電網(wǎng)服務(wù)的使用需求更加顯著。氣候、能源和運(yùn)輸國(guó)際顧問(wèn)Diaz-Bone認(rèn)為：“作為一個(gè)島國(guó)，英國(guó)幾乎沒(méi)有與國(guó)際互聯(lián)的電網(wǎng)，卻擁有巨大的風(fēng)力發(fā)電潛力。因此，它應(yīng)該受益于其電網(wǎng)中的電力存儲(chǔ)部分，而德國(guó)對(duì)大型電網(wǎng)儲(chǔ)能的需求不那么明顯，因?yàn)榈聡?guó)有一系列可能更便宜的靈活性替代方案 - 例如跨境電力貿(mào)易。因此，德國(guó)不會(huì)像英國(guó)那么依賴電化學(xué)儲(chǔ)能。”與英國(guó)相比，德國(guó)的電網(wǎng)可以利用阿爾卑斯山的水電站來(lái)儲(chǔ)存電力，并且很快可以使用目前正在建設(shè)中的水下電纜NordLink，將風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的電力輸送到挪威水電站。在德國(guó)風(fēng)力發(fā)電量較低的時(shí)候，挪威水壩可以將電力輸送回德國(guó)電網(wǎng)。

大型電池儲(chǔ)能項(xiàng)目也成為綠化遠(yuǎn)程住宅能源供應(yīng)的關(guān)鍵工具，讓住宅供能不依賴于集中式電網(wǎng)。德國(guó)在北海的島嶼為這些涉及儲(chǔ)能的智能小型電網(wǎng)提供了完美的試驗(yàn)場(chǎng)。例如，歐盟支持博爾庫(kù)姆島的一個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目，旨在用太陽(yáng)能電池板發(fā)電和配備有一系列儲(chǔ)能技術(shù)的連接到智能電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電取代化石燃料發(fā)電。

儲(chǔ)熱和季節(jié)性儲(chǔ)能

電池并不是解決能量轉(zhuǎn)換后所需的大規(guī)模儲(chǔ)能的唯一靈丹妙藥。這是因?yàn)殡姵夭贿m合長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存電力，并且電池的容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足風(fēng)力和日照較少的長(zhǎng)時(shí)間需要。從尺寸上看，世界上最大的電池?fù)碛?29兆瓦時(shí)容量，由特斯拉在2017年在澳大利亞建造，可能僅能為上海提供大約幾分鐘的電力。因此季節(jié)性的大規(guī)模儲(chǔ)能往往需要人們考慮到如何將整個(gè)夏季的太陽(yáng)能發(fā)電量?jī)?chǔ)存幾個(gè)月，供冬季使用。

許多德國(guó)專家認(rèn)為，在沒(méi)有風(fēng)或太陽(yáng)的較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)穩(wěn)定的能源供應(yīng)是德國(guó)能源轉(zhuǎn)型的核心挑戰(zhàn)。在能源轉(zhuǎn)型的背景下，一個(gè)新的德語(yǔ)詞語(yǔ)應(yīng)運(yùn)而生：Dunkelflaute，一種黑暗、平靜期，正是描述這種無(wú)風(fēng)或者無(wú)陽(yáng)光的天氣情況。

大規(guī)模儲(chǔ)能的問(wèn)題仍然存在爭(zhēng)議。經(jīng)濟(jì)學(xué)家Hans-Werner Sinn認(rèn)為：由于儲(chǔ)能需求巨大，無(wú)法全面過(guò)渡到間歇性可再生能源。但德國(guó)經(jīng)濟(jì)研究所(DIW)的經(jīng)濟(jì)學(xué)家反駁說(shuō)，Sinn的假設(shè)是不現(xiàn)實(shí)的 - 例如，他們認(rèn)為不是每一瓦的可再生能源都必須投入使用。 也仍有許多能源專家認(rèn)為，幾十年內(nèi)都不需要大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)，因?yàn)檫€有其他更便宜的靈活性選擇，例如需求響應(yīng)和電力交易。

但對(duì)于大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的現(xiàn)階段發(fā)展來(lái)說(shuō)，德國(guó)德國(guó)工程師協(xié)會(huì)(VDI)表示，已有能夠較好解決這一問(wèn)題的技術(shù)。“已經(jīng)存在完成能量轉(zhuǎn)換所需的儲(chǔ)能技術(shù)。它們處于不同的發(fā)展階段，但從技術(shù)角度來(lái)看，儲(chǔ)能問(wèn)題可以得到解決。”具體有以下兩種比較成熟的解決方法：

1. Power to Gas

：電可用于制造可無(wú)限期儲(chǔ)存的氫氣或其他氣體，然后在常規(guī)燃?xì)獍l(fā)電廠中燃燒氣體發(fā)電，或用于給家庭供熱。但該技術(shù)目前價(jià)格昂貴，因?yàn)樵谵D(zhuǎn)換過(guò)程中會(huì)損失大量能源。具體內(nèi)容請(qǐng)關(guān)注交能網(wǎng)稍后推出的Power to Gas專題文章。

2. 儲(chǔ)熱

：以熱量的形式大規(guī)模儲(chǔ)存能量。儲(chǔ)熱的方法有很多種，例如以大型地下含水層儲(chǔ)能的形式儲(chǔ)能-這實(shí)際上是一個(gè)巨大的保溫瓶。德國(guó)漢堡市已經(jīng)完成了一個(gè)大型地下含水層蓄熱系統(tǒng)的試驗(yàn)階段，該系統(tǒng)應(yīng)該取代一個(gè)燃煤電廠，可以為冬季的8000戶家庭提供熱能。將水加熱至80攝氏度并泵入地下以保持溫度，以便在城市的區(qū)域供暖中使用。

德國(guó)政策制定者對(duì)“Made in Germany”的儲(chǔ)能技術(shù)的態(tài)度

政策對(duì)于許多能源細(xì)分行業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要，技術(shù)的未來(lái)在很大程度上取決于政策，儲(chǔ)能行業(yè)也不例外。

歐洲經(jīng)濟(jì)研究中心調(diào)查的能源行業(yè)專家一致認(rèn)為，目前德國(guó)的政治框架對(duì)促進(jìn)儲(chǔ)能行業(yè)的發(fā)展幾乎沒(méi)有好處。盡管德國(guó)的可再生能源在全國(guó)范圍內(nèi)迅速推廣，但電池大力推進(jìn)的同時(shí)其實(shí)是沒(méi)有政策激勵(lì)的，政策仍需要迎頭趕上。首先，能源稅制就需要進(jìn)行根本性的改革，目前高電價(jià)是德國(guó)電氣化進(jìn)程的嚴(yán)重阻礙，許多儲(chǔ)能專家認(rèn)為：降低能源稅才能更好地利用Power to Gas等關(guān)鍵技術(shù)。“儲(chǔ)能行業(yè)被擠進(jìn)一個(gè)過(guò)時(shí)且狹窄的監(jiān)管框架，現(xiàn)狀是許多技術(shù)無(wú)法盈利 ，因?yàn)樗麄儽仨毝啻沃Ц抖惪睿?rdquo;儲(chǔ)能行業(yè)協(xié)會(huì)專家Gottke 解釋道。“這一切都是因?yàn)楸O(jiān)管框架落后于技術(shù)發(fā)展。”

在這樣的行業(yè)情況下，主要由中小型企業(yè)組成的德國(guó)儲(chǔ)能行業(yè)表示，他們現(xiàn)在已經(jīng)高度以出口為導(dǎo)向，并堅(jiān)信這有利于全球市場(chǎng)增長(zhǎng)，例如應(yīng)對(duì)美國(guó)和澳大利亞大型電網(wǎng)電池、以及非洲小型電網(wǎng)和離網(wǎng)電池等需求。

當(dāng)然，德國(guó)政府也意識(shí)到需要進(jìn)行改革以促進(jìn)國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能的發(fā)展，這也是德國(guó)儲(chǔ)能行業(yè)目前依然是世界市場(chǎng)的一塊基石的原因，但德國(guó)政府依然想盡量避免進(jìn)行復(fù)雜的稅制改革。“我們需要新的商業(yè)模式和價(jià)格，以提供電力儲(chǔ)存的動(dòng)力，”德國(guó)國(guó)務(wù)秘書Bareiß說(shuō)。他表示，政府將在未來(lái)幾年變得“非常活躍”，以幫助儲(chǔ)能行業(yè)保持競(jìng)爭(zhēng)力。

德國(guó)聯(lián)合政府已經(jīng)在其最新預(yù)算中大幅增加了電池研究的資金，Bareiß表示還會(huì)有更多的預(yù)算。“能源轉(zhuǎn)型也是一個(gè)技術(shù)項(xiàng)目。我們希望知道，在未來(lái)幾年，我們可以在德國(guó)使用哪些技術(shù)來(lái)促進(jìn)新的增長(zhǎng)和繁榮。”

結(jié)語(yǔ)：德國(guó)的政策發(fā)展及先進(jìn)的技術(shù)使其目前保持著'可再生能源2.0技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者的地位，但德國(guó)是否能長(zhǎng)期保持這種領(lǐng)導(dǎo)地位還是一個(gè)未知數(shù)，讓我們一起在這場(chǎng)變革中看個(gè)究竟。