能源轉(zhuǎn)型到儲能革命
從新能源消納的角度來看，在能源轉(zhuǎn)型的下一個階段，儲能技術(shù)無疑會是未來能源系統(tǒng)的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)，因為發(fā)電可以根據(jù)需求進行調(diào)整，不需要太多的儲能容量。隨著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)力渦輪機和太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量對于天氣的依賴性較強，加上分布式發(fā)電系統(tǒng)的多元化，各種電力并網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制也越來越動態(tài)化，要想大力發(fā)展清潔能源，大容量儲能必不可少。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(cè)的行業(yè)耦合的作用。所謂行業(yè)耦合，就是通過相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)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(yīng)，同時減少各行業(yè)的碳排放。下圖列出來儲能的各種應(yīng)用：
但由于投資和運營成本的問題，在未來的幾十年里，大規(guī)模的儲能設(shè)施只能在一些示范項目中慢慢摸索。但如果換一種思路，把無數(shù)的小型家用儲能設(shè)備和電動汽車電池作為儲能設(shè)備，是不是也能保證未來的大容量儲能需求呢？此外，可再生能源的份額不斷上升，整個能源系統(tǒng)的趨勢也是從一個高度集中的能源系統(tǒng)向分散、靈活和可再生的分布式能源系統(tǒng)進行轉(zhuǎn)變，家用儲能設(shè)備和電動汽車的分布式儲能恰恰可以提供這種轉(zhuǎn)換所需的靈活性。這種想法在德國催生了一個獨特、充滿活力儲能行業(yè)，甚至可以說是加速德國能源清潔化的關(guān)鍵。
家用和電動汽車的電池所能做到的僅僅是間歇性的儲能，通過電價或等補貼，或者其他的激勵措施，鼓勵用戶在可再生能源富余的時候，消耗多余的電量。但僅僅是這么一小步，就被稱為了德國能源轉(zhuǎn)型下的一次壯舉，甚至被稱為“能源消納的圣杯”。根據(jù)媒體的報道，德國的現(xiàn)在的可再生能源份額已經(jīng)超過了三分之一，多數(shù)是得益于各種十分新穎的創(chuàng)新儲能項目，很多時候儲能設(shè)施都是由家用電器和電動汽車來代替，每個項目的獨特點都在于那些新穎的創(chuàng)新商業(yè)模式。這種間接性儲能的商業(yè)模式，很有可能顛覆能源領(lǐng)域現(xiàn)有的一些商業(yè)模式。
特別是最近在電池價格大幅下跌的推動下，德國家用儲能設(shè)備的需求劇增，截止到2018年夏末，德國安裝了10萬個家用太陽能電池，電動汽車數(shù)量的更是不斷增加，這兩點意味著，一波更大的電池儲能革命浪潮正向德國襲來。
戶用儲能系統(tǒng)的爆發(fā)
鋰電池在電子產(chǎn)品以及在電動汽車中越來越多的應(yīng)用，使得鋰離子電池價格的大幅下跌。在不到5年的時間里，德國的電池成本下降了一半以上，未來還將繼續(xù)下降。戶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。尤其是對于住宅光伏客戶，儲能系統(tǒng)能大大提升自身的光伏發(fā)電量使用效率。PV儲能系統(tǒng)的主要經(jīng)濟性體現(xiàn)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現(xiàn)。目前在歐洲，單個光伏系統(tǒng)的自耗率平均為35％，電池價格占整個儲能系統(tǒng)費用的50%以上。
戶用調(diào)峰及需求側(cè)響應(yīng)：另外，戶用儲能電池還可以用于用戶需求側(cè)響應(yīng)，用戶可在電網(wǎng)負荷較小的情況下，利用電池充電；在電網(wǎng)負荷較大的時候，利用電池進行供電，能夠大大降低電網(wǎng)負荷，同時節(jié)約電力成本。能起到這樣作用的電池主要是戶用光伏儲能電池和家用電動汽車電池。根據(jù)研究顯示，未來電動汽車電池在該方面的應(yīng)用前景十分可觀。未來超過70% 的電動汽車電池可用作戶用電池調(diào)峰。
據(jù)麥肯錫預(yù)測:“到2035年，基于設(shè)計的進步、規(guī)模經(jīng)濟和流程的簡化，儲能系統(tǒng)的總成本將下降50%至70%。”IRENA甚至預(yù)計，到2030年，安裝電池的價格將下降50%到66%。
歐洲經(jīng)濟研究中心(ZEW)的德國能源行業(yè)專家預(yù)計，鑒于市場力量，以及能源轉(zhuǎn)型在交通和供暖領(lǐng)域的不斷擴張，未來幾年對電力存儲的需求將大幅增加。超過70%的人表示，他們相信電池將是未來10年增長最快的領(lǐng)域，而蓄熱能力的增長潛力排名第二。
德國的私人家庭對戶用光伏儲能的接受程度也越來越高。目前，大約一半的新住宅太陽能光伏系統(tǒng)都配有儲能電池系統(tǒng)。據(jù)亞琛工大的研究顯示，越來越多的家庭表示，電價越來越高，為了削減電力支出，降低對電網(wǎng)的依賴性，更愿意使用光伏儲能系統(tǒng)，目前德國在戶用光伏儲能方面做得最好的兩家企業(yè)是Sonnen和Solarwatt。
太陽能行業(yè)協(xié)會BSWSolar預(yù)計，未來幾年，家用電池將繼續(xù)迅速普及，價格進一步下跌將使經(jīng)濟形勢向更有利于戶用儲能系統(tǒng)普及的方向轉(zhuǎn)變，德國最早將在2020年突破20萬個系統(tǒng)的門檻。
除此之外，因為本世紀(jì)初建造的數(shù)十萬個屋頂光伏系統(tǒng)在運行了20年之后，將達到支持費用(即所謂的上網(wǎng)電價)的終點，這些系統(tǒng)將繼續(xù)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的成本約為28歐分。這使得家用電池的普及可能會進一步加速。
傳統(tǒng)能源企業(yè)面臨挑戰(zhàn)
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(shù)字化轉(zhuǎn)型，這無疑對德國傳統(tǒng)的公用事業(yè)企業(yè)構(gòu)成了一定的挑戰(zhàn)，許多德國傳統(tǒng)能源企業(yè)因為來不及面對這么迅速的能源轉(zhuǎn)型和數(shù)字化轉(zhuǎn)型而陷入了一定的混亂。此外，家用儲能系統(tǒng)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%的戶用電力需求。也就是說，對于那些傳統(tǒng)售電公司來說意味著，每10個客戶里會損失掉7個客戶。
此外，以后的趨勢是，一些戶用光伏的業(yè)主能夠在虛擬社區(qū)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)介紹過的Design Netz的項目。按照那些戶用電池制作商（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完全脫離對傳統(tǒng)公用事業(yè)的依賴。Sonnen就是這項技術(shù)在德國和海外的知名的倡導(dǎo)者。Sonnen計劃在澳大利亞建設(shè)世界上最大的戶用儲能社群網(wǎng)絡(luò)，將4萬戶家庭連接在一個“虛擬發(fā)電廠”中。
據(jù)麥肯錫報告，電池的普及，將會導(dǎo)致能源市場洗牌，催生大量的贏家和輸家，和傳統(tǒng)的能源行業(yè)易于壟斷的特質(zhì)不同，以后的能源系統(tǒng)一定是多元化的，是否能夠占有市場份額的因素，將取決于成本下降的速度。存儲時代的到來，對于Sonnen等這些專門從事分布式能源的公司、科技制造商和金融企業(yè)來說，毫無疑問是一個創(chuàng)造歷史的絕佳機會。而公用事業(yè)公司也必須學(xué)會適應(yīng)未來能源系統(tǒng)的靈活發(fā)展，加強風(fēng)險管理和應(yīng)對能力，其中關(guān)鍵的一點就是發(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(shè)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。他們自己會向用戶便宜出售或租賃自己的家用光伏+儲能設(shè)備，以獲取管理那些設(shè)備的權(quán)限，這樣就完美的創(chuàng)造了完全屬于自己的能源社區(qū)，占據(jù)當(dāng)?shù)氐哪茉捶?wù)市場。
EnBW發(fā)言人Heiko Willrett在接受《清潔能源電線》采訪時曾表示，未來能源系統(tǒng)向分布式的轉(zhuǎn)變是能源領(lǐng)域的主要趨勢之一，而儲能會是未來穩(wěn)定能源系統(tǒng)、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(yīng)對分布式能源系統(tǒng)的新商業(yè)模式。
儲能如何能做到能源轉(zhuǎn)型的過渡
德國的儲能行業(yè)人員已經(jīng)超過12000人(其中約5000人從事電池行業(yè))，和國內(nèi)相比，這個數(shù)字當(dāng)然少得可憐，但是考慮到市場體量，這個人數(shù)目前已經(jīng)超過了德國的褐煤行業(yè)工作崗位的一半。根據(jù)德國能源存儲協(xié)會BVES的預(yù)測，2018年儲能行業(yè)的總銷售額預(yù)計將增長10%，達到51億歐元。德國政府和煤炭委員會(coal commission)希望在目前計劃的脫碳期間，通過將電池生產(chǎn)商吸引到煤炭開采地區(qū)，一方面充分利用該地區(qū)資源，另一方面保障該地區(qū)的人口就業(yè)問題。目前德國脫碳的最大障礙，其實已經(jīng)不是技術(shù)上的問題，最大的爭論是，能源轉(zhuǎn)型導(dǎo)致傳統(tǒng)煤炭行業(yè)人員失業(yè)的問題，如果通過上述措施能夠保證人口失業(yè)問題得到解決，那么德國脫碳之路上的最大障礙也會消失。
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候，利用水泵將電力轉(zhuǎn)化為勢能，在需要的時候，又把水放出來，將勢能轉(zhuǎn)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(qū)很少，而且公眾對這種會破壞環(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儲存可再生能源。目前人們對電池的熱情有時掩蓋了這樣一個事實，即世界第四大經(jīng)濟體的脫碳需要許多其他技術(shù)，因為電池根本無法儲存更長時間的能量，也無法儲存足夠的能量。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)，對于大量或者長時間儲能也很重要的原因。
熱儲能目前正在研究當(dāng)中，德國航空航天中心(DLR)提出了一種利用煤炭行業(yè)現(xiàn)有儲熱設(shè)備來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)生的熱量儲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)生器和渦輪機將熱量轉(zhuǎn)化為電能。德國政府已經(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，如果這些項目得以實現(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(tǒng)（Multi-Energie-Kraftwerk Sperenberg）的縮寫，項目坐落于德國東部小市阿姆梅倫塞的小鎮(zhèn)施普倫貝格。這個多能互補集成發(fā)電系統(tǒng)利用先進智能系統(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)電量可以實時饋入電網(wǎng)；多余的電量又可以結(jié)合制氫裝置，制得的氫氣可以儲存或饋入當(dāng)?shù)靥烊粴夤艿?。MEKS項目將該地區(qū)的創(chuàng)新發(fā)電和存儲技術(shù)結(jié)合起來，充分利用該地區(qū)的新能源資源，同時為當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有發(fā)電廠提供了可持續(xù)利用潛力。
