胡學(xué)浩： 儲能解決可再生能源發(fā)電并網(wǎng)的問題探討
5月23日，由國家能源局科技裝備司指導(dǎo)，中國能源研究會、中關(guān)村管委會、中關(guān)村海淀園管委會支持，中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟（CNESA）主辦的“儲能國際峰會暨展覽會2017”在國家會議中心·北京隆重開幕。中國電力科學(xué)研究院首席專家胡學(xué)浩發(fā)表主題演講。
女士們、先生們大家早上好！
今天我給大家介紹的題目，儲能技術(shù)在應(yīng)用當(dāng)中的問題。下面我給大家介紹的內(nèi)容分六個部分，首先介紹一下概述，講一下電子儲能技術(shù)分類，電子儲能技術(shù)運行和應(yīng)用，再介紹一下，我們新能源發(fā)展情況。重點在第五點上，如何用電子儲能技術(shù)解決可再生能源發(fā)電問題。
首先講一個定義，這個定義，什么叫儲能？儲能實際上就是通過某一個像廢電池，獲得一個物理能量，把能量儲存起來，將來應(yīng)用的時候可以用，這是廣義儲能的定義，但是我落講的不是廣義的儲能，而是講電能的儲存，就是我們現(xiàn)在大多數(shù)電能的儲存，所以說電能儲存就是智能電網(wǎng)當(dāng)中電能儲存，電能儲存和電網(wǎng)當(dāng)中，和電網(wǎng)相連接的儲存，這就是電。在儲存起來要轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌撤N形勢，用的時候，回到電，或者直接可以用。電子儲存已經(jīng)有100多年的歷史了，但是電池早有了，但是我們一直沒有大規(guī)模的應(yīng)用，上個世紀(jì)1970年左右，我們核電站建設(shè)起來以后，為了配合核電站的運行，我們建設(shè)了大量的電站，得到了普遍的應(yīng)用。但是同時，我們也有一些壓縮空氣儲能技術(shù)，但是到目前為止兩臺。最近這幾年，由于我們上個世紀(jì)主要應(yīng)用的能源資源就是煤炭和水，還有核電和天然氣，這個世界我們稱之為什么？能源變革時期，這個時期我們有驅(qū)動力，一個是能源的日益匱乏，溫室氣體造成全球變暖，環(huán)境保護(hù)要求越來越高，這樣就要求新能源、可再生能源、風(fēng)能和太陽能不斷得到應(yīng)用，現(xiàn)在可再生能源大的應(yīng)用，而且尤其是到這個世紀(jì)中期或者后期，可再生能源占的比例不斷的提高，隨著滲透率不斷提高以后，電網(wǎng)的運行產(chǎn)生了很大的問題，對于電力系統(tǒng)來說就要減輕這個問題。
為了更多利用可再生能源，儲能是非常好的手段。剛才講了，我們早就有了發(fā)展，但是上個世紀(jì)末和這個世紀(jì)初，電池類的儲能各種各樣，鋰離子電池得到了發(fā)展，電網(wǎng)當(dāng)中獲得了很多的應(yīng)用。
下面講一下分類，這里面分成五大類，大家可以看到，首先第一類就是機(jī)械類，有抽水蓄能、壓縮空氣和飛輪。第二個是廢棄類。實際上上面這三種是我們國內(nèi)普遍運用的，底下這兩種是最近應(yīng)用比較多的，第四個主要就是和太陽能熱化相關(guān)，最后一類是一個新的，重點要說這個。這個分類的方法，我從REG分類的標(biāo)準(zhǔn)，我建議這個如果我們分類最好還是按照這個分類來，因為這個是接軌的辦法。
關(guān)于前面四類大家比較熟悉了，因為時間的關(guān)系不再介紹了，第五類重點介紹一下，它是把大量的風(fēng)電，在西北，二氧化碳再合成成為天然氣。而且在內(nèi)蒙要建設(shè)這個基地，它最大的好處，它的儲能時間非常長，當(dāng)然有一些缺點，缺點就是什么呢？它的儲能效率比較低，它的好處就是什么呢？它的氫氣可以提供甲烷。它最大的缺點就是風(fēng)電直接輸入到上海，輸入到廣州，那么這樣情況下，往損10%，效率還是90%以后。這個風(fēng)電如果做成氫氣，然后再做成甲烷以后，加入甲烷以后，它的效率只有30%，也就是它的效率也就是1/3了。德國奧迪汽車制造廠，你可以看到這個廠，這么大一個規(guī)模，實際上就是二氧化碳真正結(jié)合是非常小，非常容易的。
它的作用可以看出來，我們這個電氣儲能技術(shù)，可以有這樣一個結(jié)論，不存在任何一種技術(shù)，可以看到所有的應(yīng)用，也就是說我們現(xiàn)在各種各樣的儲能技術(shù)都有應(yīng)用的場合，我們怎么選擇呢？我們從八方面選擇，能源力度、工業(yè)力度、響應(yīng)時間、效益、壽命（充放電次數(shù)）、成熟度、經(jīng)濟(jì)因素主要這些方面，我們要從這些方面，這是我們的需求，選擇它的準(zhǔn)備，它的安裝地點，它的容量，還有選擇不同技術(shù)的配比。
這個就是以往我們大家很熟悉的，就是這么分，所有的產(chǎn)能技術(shù)都是這樣分，基本上配備系統(tǒng)，是用飛輪這些技術(shù)，但是我們最新就是REC，2012年白皮書，就采用這個最新的分類，但是又增加了第四類就是氫氣和甲烷。如果按照礦業(yè)的實業(yè)來分，按照四大類，就是超導(dǎo)組織和飛輪，就是功率性的。第二種中等方面，飛輪就是幾秒鐘到1分鐘，電子儲能是幾個小時，又要長時間壓縮空氣，一般可以達(dá)到一天的數(shù)量。但是如果超過一天，達(dá)到一個周或者一個月，這個是我要特別說明的。按照時間長短可以分為功率型、能量型的。
為什么鋰離子電池得到非常大的寵愛呢？就是因為第一個鋰離子電池現(xiàn)在價錢下降的很快，我們手機(jī)、電腦都要用，電路汽車也都要用，技術(shù)發(fā)展非?？欤瑑r格下降也非?？?。而且它根本一個特點，鋰離子電池既是能量型又是功率型的。密度很高的，所以得到廣泛的關(guān)注。它的儲能的作用，我們基本上按照這樣幾大塊分：
這也是IEC2012年白皮書的分類，作用從發(fā)電、輸電、配電和用戶側(cè)各個領(lǐng)域，這么分類好像思路比較清楚一些，發(fā)電設(shè)備來說，它可以平滑可再生能源的過度，這樣使得原來不可控的風(fēng)力和太陽能變成部分可控，這樣減少氣能、提高滲透率、可控性，提高電力系統(tǒng)的效率。
這個就是一個我在2005年的時候，2006年的時候，我聽了NEC公司的研究，我把PPT拷貝過來，實際上是這個意思，儲能電池是多少呢？是400KW一個儲能納入電池，補(bǔ)上500KW的風(fēng)能，一臺機(jī)組，這個它也適用，它的好處就是將來的輸出能夠平衡、平穩(wěn)，恒定的，非常好的效果，但是代價就是價錢比較高。這個情況是這樣。
儲能剛才講的是發(fā)電側(cè)的，在輸電側(cè)也是可以得到應(yīng)用，風(fēng)能一會兒有，一會兒沒有，這樣就會輸電系統(tǒng)家家陷入的過載，和堵塞。這個情況在我們國家現(xiàn)在還不常用，但是在美國，因為這些歐洲一些電力市場，上來以后，它用的非常之多，為什么儲能電池都能用，在美國、歐洲用的非常多，他們的國家電力市場很快，電力市場保證用戶用電，如果你不保證的話，它就要罰的，它要建很多的儲能手段。調(diào)節(jié)潮流。
它也可以推遲了電網(wǎng)中建設(shè)這種常規(guī)的，當(dāng)電網(wǎng)當(dāng)中的擾動的時候，也可以做一種電源穩(wěn)定系統(tǒng)。
在配電系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用也是非常多的，我們現(xiàn)在為什么講儲能電池在配電系統(tǒng)應(yīng)用當(dāng)中非常多，它再一個孤立的微電網(wǎng)，或者和電網(wǎng)相連，微電網(wǎng)最根本一條叫什么呢？叫自制。一旦你獨立運行的時候，保證它的電網(wǎng)的穩(wěn)定性，這個時候儲能幾乎就是必不可少的，所以當(dāng)然可以調(diào)節(jié)微電網(wǎng)的頻率，提高電能質(zhì)量，還有一個很好的好處，它做成移動式裝在集裝箱里，城市供電可靠性大大提高。
最后儲能還可以在用戶側(cè)，就是什么意思呢？以后晚上你把電能儲存起來，尤其像歐洲、美國、澳大利亞用的特斯拉這些東西，可以存起來。尤其像醫(yī)院，醫(yī)院要求高的，可以作為備用電壓，我們在2008年建立了一個飛輪的儲能，買的美國的設(shè)備，主要就是為了提高醫(yī)院的可靠性。
將來這個電動汽車數(shù)量會增加很多，電動汽車和電網(wǎng)相連的話，可以通過V2G的功能回饋到電網(wǎng)當(dāng)中去，現(xiàn)在不太可能，原因兩條，第一是電動汽車數(shù)量不夠。第二V2G價錢不太核算。
總體上來說，我們有一個統(tǒng)計，儲能在全世界有一個統(tǒng)計，2012年有一個統(tǒng)計，就是127GW，這個是總的抽水蓄能就是黑的這么大，總的儲能加這些1億2千8百萬，2012年的時候，99%是這些，可是總的1億2千8百萬的儲能占全世界總的發(fā)電裝機(jī)能量40億的3%，說明儲能數(shù)量還是很少的，將來有大量的發(fā)展的前景。
下面舉幾個例子，一個是儲能的應(yīng)用，抽水蓄能我們在全世界很多國家，核電裝機(jī)能量比較多的國家，抽水蓄能比例很大，一般是10%。中國的數(shù)量不到2%，現(xiàn)在也就是1%、2%、3%，全世界平均3%，中國也不到，中國將來在抽水需能方面有很大的發(fā)展。
日本用儲能電池配合風(fēng)電，像這個情況，我們大連理化所張華民他們開發(fā)液流電池，也是在配合風(fēng)電，也是類似是一樣的。還有就是P2G未來型氫氣合成天然氣，德國非常注意這個公司，E—ON公司在德國已經(jīng)做了20幾個項目了。德國的奧迪公司，2013年已經(jīng)啟用了，直接布入甲烷的管道里面。氫氣也可以布入到甲烷的管道里面。剛才我所介紹就是三種，我把它稱之為成熟型、現(xiàn)代型就是電池、未來型這三種。不管怎么樣，我個人認(rèn)為，這三種儲能技術(shù)是儲能技術(shù)的核心，也是將來發(fā)展最快，最多的。
當(dāng)然初始性能在發(fā)達(dá)國家里面，就可能不建了，或者已經(jīng)建完了，像美國已經(jīng)建完了，但是日本已經(jīng)不建了。但是在中國會有大量的發(fā)展，儲能電池第二類主要用于配電和用電系統(tǒng)，氫氣將來可再生的比例非常高的時候，就會用。這個里面我順便給大家介紹一下，風(fēng)能和太陽能近期的發(fā)展?？梢钥吹剑覀?nèi)ツ暌荒?，我們新增的風(fēng)電裝機(jī)容量1900多萬，將近2000萬，這是國家統(tǒng)計出來的數(shù)據(jù)，中國風(fēng)電總的累計裝機(jī)能量已經(jīng)達(dá)到1億5了，2020年我們的目標(biāo)是2億完全沒有問題的。
去年光伏特別大的發(fā)展，有3千多萬，一年裝了3千多萬，累計到年底為止，光伏已經(jīng)有7千多萬了，發(fā)展非?？?。但是可以看出來，有這樣幾個特點，我們?nèi)ツ暌荒晷略鲅b機(jī)容量一半以上54%為可再生能源，太陽能、風(fēng)能和水電。火電和核電機(jī)組還是比較少。這是一個好現(xiàn)象，但是有一個問題，可以看出來，像近一年集中式的光伏這么多，分布式這么少，雖然我們國家注意到這個問題了，把集中式減少，分布式增加，預(yù)計到2020年的時候，我們要把分布式大大增加，這是非常重要的。
這個就可以看出來，我們風(fēng)資源、光伏資源、沙漠地區(qū)全部在北部和西部地區(qū)，負(fù)荷中心在沿海，所以我們要架線，這樣一個問題特別大，這樣的話就產(chǎn)生什么問題呢，我們棄風(fēng)、棄光、棄水問題很大，2016年棄風(fēng)上升了17%，我的印象當(dāng)中，2015年大概全國平均棄風(fēng)、棄光率是8%。2016年棄風(fēng)率達(dá)到17%，棄光率達(dá)到10%，所以這個問題，就是非常要解決的。所以，下面我就重點第五個方面，如何解決這樣的可再生能源配合的問題。
第一，我們要搞清楚，到底是我們集中式發(fā)電還是分布式發(fā)電。
我個人認(rèn)為，像中國西北風(fēng)能資源和光伏發(fā)展，我們將來用抽水蓄能用的比較大，你用儲能的電池不解決這么大的問題。
像日本，幾乎全部開發(fā)就是物理太陽能，這樣的情況它的電池應(yīng)用非常多，像我們國家的電池賣到德國，這些地方大部分是分布式的發(fā)電，所以儲能應(yīng)用大部分的類型都是儲能電池，我有一個看法，我認(rèn)為現(xiàn)在大家都期待電池大量賣出去，這樣的話，如果要期待電池得到快速的發(fā)展，分布式發(fā)電，特別是太陽能光伏快速發(fā)展，我個人認(rèn)為是一個前提。
第二，我們國家建立了9個到10個集中式1000千萬風(fēng)電電站發(fā)電基地，像甘肅、新疆、內(nèi)蒙這些地方，有人說能不能建設(shè)抽水蓄能和可再生能源儲能技術(shù)呢，我認(rèn)為主要還不是儲能技術(shù)，像甘肅有1千多萬的風(fēng)電，如果它的負(fù)荷比較少，比如說有1千萬或者多少發(fā)出來，我們要建一個儲能電站，可能你建了儲能以后，第二天怎么辦，你不用第二天還是不行，我的看法是這樣的，對于這種大型機(jī)電來說，主要解決的問題就是要外送，但是外送有一個問題，甘肅這個地方風(fēng)電的特點，大多數(shù)時間，60%的時間處理30%，不是按滿裝機(jī)發(fā)電的，所以這種情況下，我們到底建多少的輸電線路比較合適呢？國家電網(wǎng)公司有一個能源研究院，他們研究以后，大概在60%到70%比較合適，這就意味著如果當(dāng)發(fā)電滿發(fā)的時候發(fā)不出來，所以在一些地方要建抽水蓄能機(jī)組，配少量的電池儲能才能解決。
第三，我們現(xiàn)在一說，新能源，就是說新能源必須靠儲能來解決。不是這樣的，昨天下午我聽了一個澳大利亞一個演講，他是這么說的，他們國家2020年的目標(biāo)是23%，可再生能源，然后他個人認(rèn)為，在30%以下基本上不太用儲能，就是電力系統(tǒng)可以解決。什么意思，我們不要電力系統(tǒng)解決新能源，完全依靠儲能技術(shù)，我們和電力系統(tǒng)常規(guī)技術(shù)相結(jié)合，比如說安裝火電技術(shù)、多留備用，比如說美國它用的儲能也很少，什么原因，它有30%幾是天然氣的技術(shù)，調(diào)節(jié)度非?？欤缓筮€可以加一些風(fēng)光預(yù)測功能，加強(qiáng)擴(kuò)大聯(lián)絡(luò)線，加一些（英）技術(shù)，也可以調(diào)節(jié)。比如說加儲能可以調(diào)節(jié)，最后還可以用我們需求側(cè)管理和需求響應(yīng)的技術(shù)，負(fù)荷加以調(diào)整，最后利用電動汽車來解決。
比如說這是一個例子，丹麥就是這樣一個國家，他們國家的發(fā)電已經(jīng)達(dá)到30%—40%了，但是他們國家?guī)缀鯖]有用任何儲能技術(shù)，什么原因呢？它本身國家自己的火電這些機(jī)組，它的總?cè)萘恳呀?jīng)超過它的負(fù)荷，如果當(dāng)它風(fēng)電一點都沒有的話，這些電場就可以供給，德國和其他國家的聯(lián)絡(luò)線，聯(lián)絡(luò)線數(shù)量和容量大大超過它的負(fù)荷，這種情況下，通過自己的火電和聯(lián)絡(luò)線的供給，它完全能夠滿足。因為丹麥只有幾百萬人，總的負(fù)荷不到1千萬，他們國家可以這樣，像中國這樣的情況不行了。我只是說一個例子，用電力系統(tǒng)技術(shù)也是可以解決的。這是一個特例。
第四，儲能電動汽車也是作為一個儲能手段，IEA2010年做過調(diào)查，我們說100兆瓦左右，但是將來它估計會增加到200兆瓦，2億、3億儲能。這樣的話，V2G的功能，隨著電動汽車的數(shù)量的增加也會增加，它有一個研究，將來我們的電動汽車會有多少輛，這個輛通過V2G的功能會給電網(wǎng)注入這些反饋，研究表明V2G的功能非常有利于它的電網(wǎng)一個降低儲能的要求。
第五，未來當(dāng)我們的極高比例的情況怎么樣，這個情景我們不好預(yù)算，昨天周院士講了，我們在2050年我們國家可再生能源比例可能達(dá)到60%，我們以德國為例，德國大概原來有一個目標(biāo)，2030年，現(xiàn)在還有十幾年的時間，它的目標(biāo)把現(xiàn)在20%提高到60%到80%，原因在2022年把20%的核電機(jī)組去核電，把核電20%加起來，它的比例達(dá)到60%到80%。它現(xiàn)在只有一臺壓縮空氣，全世界頭一臺，主要的抽水蓄能大概有700萬切割機(jī)，它認(rèn)為抽水蓄能還沒有在很多發(fā)展數(shù)量，這些抽水蓄能要滿足2030年小時、天、周和日調(diào)節(jié)能力，它對后結(jié)論認(rèn)為只能滿足小時、天級的，他認(rèn)為這些數(shù)量不夠，他認(rèn)為現(xiàn)有這些的手段，抽水蓄能德國都有的，不斷在數(shù)量上滿足需求，就是總量不夠，而且時間上也不夠，也就是說抽水蓄能是世界上最強(qiáng)的，只能滿足了一天，如果德國將來80%是太陽能，如果三天太陽不出來，這個國家就完蛋了，所以它認(rèn)為我們天然氣是必不可少的。
最后，我給一個總結(jié)，有這么幾點：
第一，我們?yōu)槭裁从煤脙δ?，它的?qū)動力是可再生能源和分布式發(fā)電，如果可再生能源不起來，分布式發(fā)電不發(fā)展，中國儲能技術(shù)難以獲得發(fā)展。
第二，中國儲能技術(shù)非常之多的，現(xiàn)在沒有一個儲能技術(shù)鉛酸電池要淘汰了，任何的儲能技術(shù)都有它應(yīng)用的場合，有的用的很多，比如說超導(dǎo)儲能，現(xiàn)在恐怕是實驗室的，因為價錢非常貴，能量密度非常小，所以應(yīng)用不太廣泛，所以它有多有少，但是都可以用。
第三，儲能技術(shù)應(yīng)用在發(fā)電、輸電、配電和用電四個環(huán)節(jié)都可以用。
我們主要發(fā)展解決這樣幾個問題，集中式和分布式，我們肯定采用不同的儲能技術(shù)，大規(guī)?？稍偕茉椿兀覀€人認(rèn)為不是用儲能技術(shù)，主要用外送的辦法，我們要注意不要解決電力系統(tǒng)的電力，發(fā)電和儲能系統(tǒng)的不平衡，我們不是單純考慮儲電，還要考慮儲能的問題。我們做過一個研究，中國電動汽車假設(shè)在2030年大概能夠達(dá)到幾千萬輛，這個時候，我們的V2G的功能可以利用了。
最后一條，也是我最關(guān)心的，給大家要說清楚，在未來，我們怎么解決高比例的比如說50%可再生能源，我個人認(rèn)為開發(fā)氫和天然氣這個技術(shù)必不可少的，這個技術(shù)沒有開發(fā)，等到大量的資源上來以后，一定會有的。謝謝大家！
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