可再生能源具有间断性的特点，电网无法大规模消纳并网，而电动汽车也面临充电设施和电池安全的瓶颈，储能技术是解决这些问题的关键。储能技术对电网的好处有三点：一是帮助增加可再生能源的渗透率，促进分布式发电的发展；二是提升电网的稳定性和实现充分的调峰，减少高峰负荷及对应的电网投资和电源投资；三是通过电价设计，促进电力市场自由化。
文/林伯强
广义的储能技术包括储热和储电。狭义上它是一种运用物理或者化学方式储存电能，并在需要时释放的技术。随着人类对能源需求的逐渐增加，传统能源在储量、环境污染、能源效率以及成本等方面的约束日益突显。寻求能源替代，对新能源进行研究和利用已经成为全世界的共同主题，也是未来不可逆的能源发展趋势。从狭义的角度来看，储能技术包括了机械储能、电池储能和电磁储能等方式，其中较为成熟，可以商业化应用的包括抽水储能和压缩空气储能，这两种为大规模储能技术。一般认为，电池储能的商业化应用还面临着成本问题，只有很少的高电价地区，结合光伏发电，储能技术才具有经济上的可行性。随着技术进步，电池储能的成本的确不断下降，但是一般还是认为受制于较高的成本或其他技术因素，无法大规模商业应用。
近年来，可再生能源发电的份额逐步提高。可再生能源不但被视为解决环境问题，特别是减少碳排放的有效途径，长期则可能是人类能源需求的最重要的解决方案之一。全球2014可再生能源发力占电力生产总值比例占比为22.8%（包括水电等），其中风能与太阳能之和占到4%。中国面临着严重的环境压力而更加重视可再生能源发电的发展，2014年可再生能源发电量为1.2万亿千瓦时，占总发电量的22%，其中并网风力发电占总发电量的2.8%；光伏发电占总发电量的0.45%，并网光伏占0.42%。2014年在中美双方发布的联合声明中，中国提出计划2030年左右二氧化碳排放达到峰值且将努力早日达峰值，并相应地将2030年非化石能源占一次能源消费比重提高到20%，而此前的规划是到2020年非化石能源占比为15%。考虑到水电核电施工周期较长，增长受禀赋限制，风、光的发展潜力非常大。
电池储能系统的突破已经到了一个关键点，现在研究储能的经济性，比之前更有时效性与指导意义。而从宏观与微观上分步进行可再生能源与储能系统的研究和政策设定，具有可行性与实证参考意义。
储能技术的重要性
目前寻找新能源的主要路径是将风能、太阳能逐渐纳入到电力系统中，并占据越来越大的比重。与传统的化石能源发电相比，以风能太阳能为基础的可再生能源发电依赖于自然条件，具有波动性和间歇性的特点，大规模纳入会对电网的安全稳定带来很大的冲击。有专家认为，对于风力发电，如果装机比重在系统比例10%以下，传统技术可以基本保障电网的安全稳定；当风电装机比例超过20%，就需要储能手段来减少波动性与间歇性，避免对电网造成难以承受的冲击，因此，储能技术发展是可再生能源发电大规模并网的必须条件。
对于分布式可再生能源（风电太阳能）来说，储能技术更为重要。分布式能源主要指建在用户端的能源供应方式，可独立运行或并网运行，按照用户多种能源需求，采用需求应对式设计的新型能源系统，是可以将资源和环境效益最大化的分散式供能系统。由于可以降低输送环节的损耗，因此可以提高能源利用效率。但是，同样由于风电太阳能的不稳定性，储能手段也是分布式可再生能源大规模发展的必要条件之一。有人认为至2050年，人类的太阳能利用可以占总能源供应的50%，如果没有经济可行的储能技术，这个美好愿景难以想象。因此可以说，储能技术可以真正地改变人类的能源供应。
能源安全也是中国能源发展的一个重要目标。中国目前石油进口依存度已经超过60%，而且未来还将继续上升，石油价格的大幅度波动，除了影响整体经济运行，还会影响能源行业的健康发展。因此政府需要提前布局石油替代，降低对其他国家的能源依赖，减少国际油价波动对经济安全运行的影响。混合动力和纯电动汽车被认为是未来汽车行业转型发展的主要方向，已经成为世界汽车强国和主要汽车制造商发展重点，而储能技术是电动汽车发展的主要约束。对于中国来说，电动汽车除了减少城市环境污染，电动车的普及还可以替代石油，减少石油对外依存。另一方面，电动汽车和储能技术是石油强有力的替代品，长期而言，油价的最大威胁可能是电动汽车和储能技术。想象一下，如果路上跑的一半是电动汽车，油价会跌到哪里？
近年来电动汽车和储能技术进步迅速，作为石油替代的可能性也越来越明显。
SONY公司在1992年研制出锂电池后，该技术在材料和制造工艺上有了很大的发展，在发电系统及电动汽车领域有非常广泛的应用。2014年世界储能技术新增装机中，锂离子电池占比达到了71%。目前锂电池技术仍无法满足电动汽车的普及要求，首先，因为电池过大，一般电动汽车的重量都超过了体积相当的汽油汽车，但是续航能力却只有汽油汽车的一半。其次，在充电方面锂离子电池也无法满足消费需求，据估计，电动车想要实现商业化，电池密度至少达到250Wh/kg，但目前电动汽车锂电池密度普遍不足100Wh/kg。最后是锂电池目前成本过高，可以占到电动车成本的一半，直接导致了电动车在价格上难与传统汽车竞争。
今年4月特斯拉推出了Powerwall家用储能电池，引起了业界的广泛注意。Powerwall可以将电费低廉时储存的电能在电费高昂时释放，或是与可再生能源（太阳能风电）配套使用。其经济性是能否大规模推广的最重要标准，此次推出的Powerwall有7kwh和10kwh两种容量，售价分别为3000美元和3500美元，提供10年质保，但均有充电次数限制。由于Powerwall主要着眼于产品与太阳能发电系统配套使用，因而除电池外，用户还要购买太阳能面板、逆变器等，整个系统成本据说在2万美元以上。由于，太阳能用户可以将剩余电量出售给电网，因此削弱了Powerwall的经济性。目前美国安装储能电池总价约为1.28亿美元，多数集中在事业机构，家庭安装仅为1%。有机构分析，特斯拉需要将销售价格下调75%左右。特斯拉正与松下合作建造大型的电池工厂，据说有望在不久的未来，使成本降低约30%。如果油价持续低迷，Powerwall的成本的确需要有更多的下降。
一直以来，世界各国都很重视大容量储能技术的研发与运用。目前美国已投运的储能项目为95个，装机规模超过357MW。日本装机规模约为310MW，列第二位。今年来发展更为迅猛，2014年美国的新增装机规模为34.4MW，中国和欧洲分列二、三位，装机规模分别为31MW和27.7MW。大容量储能技术实现商业化的只有钠硫电池和液流电池。比如，钠硫电池有较高的储能密度，效率在80%左右，充放电次数可以达到6000次以上。日本京瓷公司所研制的钠硫电池储能系统已有100多套投入运营中，容量已超过100MW。目前大容量储能中钠硫电池装机比重最大，达到了40%，但钠硫电池的高成本是制约其发展的重要因素。
储能技术离我们有多远
在低碳转型的过程中，可再生能源发展给人类提供了清洁可持续的能源来源，而电动汽车的崛起则为石油大规模替代提供了可能性，因此全球的能源供应方式将面临巨大的变化。但是，可再生能源和电动汽车大规模发展都面临同一个难题，这就是储能技术。
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