孫一琳

眾所周知，實(shí)現(xiàn)100%可再生能源發(fā)電要求電網(wǎng)具備很大的靈活性，需要用多種方式去平衡風(fēng)電和太陽能發(fā)電的波動。目前來看，有多種提升電網(wǎng)靈活性的有效途徑，增加儲能設(shè)備是其中之一。但就現(xiàn)有的儲能技術(shù)而言，高成本是其在可再生能源領(lǐng)域發(fā)揮作用的巨大掣肘。未來，儲能有希望通過新材料、新技術(shù)、新形式等的研發(fā)，成本達(dá)到預(yù)期水平，從而推動100%可再生能源的實(shí)現(xiàn)。

一項新的研究

近日，麻省理工學(xué)院研究人員Jessika Trancik帶領(lǐng)他的團(tuán)隊為此展開了一項研究。傳統(tǒng)的建模方法一般考慮特定的需求并假設(shè)一個技術(shù)成本，而該研究的創(chuàng)新之處在于，Trancik的團(tuán)隊首先構(gòu)建了一個場景，即100%可再生能源，然后反推要想成為最經(jīng)濟(jì)的選擇，儲能的成本需要降至多少。

團(tuán)隊選擇了四個地點(diǎn)：亞利桑那州、愛荷華州、馬薩諸塞州和德克薩斯州，并收集了20年的數(shù)據(jù)。在一個較長的時間跨度內(nèi)測試可再生能源是很有必要的。太陽能和風(fēng)能除了每天和每周的波動，還可能有每年甚至多年的波動。事實(shí)上，通過回顧過去20多年，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了幾個罕見的現(xiàn)象，其中風(fēng)能和太陽能都在異常長時間內(nèi)處于較低的水平。這些罕見的事件導(dǎo)致了所需存儲量的激增。對這部分的規(guī)劃會使純可再生能源系統(tǒng)的成本大大增加。

對于這四個州，Trancik的團(tuán)隊模擬了一個可再生能源+儲能系統(tǒng)，其“等效可用性系數(shù)”（EAF）為100%。這意味著該系統(tǒng)將精確地匹配供求關(guān)系，在20多年的時間里，每天每小時都能提供基本負(fù)載、中間負(fù)載和峰值功率。

這是一個很高的標(biāo)準(zhǔn)：該系統(tǒng)能提供足夠的存儲空間，以適應(yīng)未來20年風(fēng)能和太陽能的任何可能波動。

該研究表明，可再生能源+儲能系統(tǒng)的儲能成本必須降至20美元/千瓦時左右，才能在為美國提供100%可再生能源的任務(wù)上具有成本競爭力?，F(xiàn)實(shí)比理想更樂觀

這些都是極其艱巨的成本目標(biāo)——不是超出了可能的范圍，而是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了大多數(shù)主流預(yù)測的邊緣。從表面上看，該系統(tǒng)依賴于技術(shù)成本近乎“夢幻”般的下降，這似乎證實(shí)了一個完全的可再生能源+儲能系統(tǒng)是不現(xiàn)實(shí)的。但是再進(jìn)行深入探討，這個結(jié)果遠(yuǎn)比看上去的更加樂觀。

研究團(tuán)隊設(shè)定了一個極高的標(biāo)準(zhǔn)：一個完全由可再生能源構(gòu)成的系統(tǒng)，完全由存儲來靈活處理，以滿足20年來每天每時每刻的需求。只要稍微放寬這些限制，儲能必須達(dá)至0的成本目標(biāo)就會上升到更容易控制的水平。

首先，必須明確的一點(diǎn)是，沒有一個電力系統(tǒng)是百分之百可靠的，電力管制和調(diào)峰任何時候都存在。100%的等效可用性系數(shù)是不切實(shí)際的。Trancik團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，如果等效可用性系數(shù)的目標(biāo)從100%降低到95%，那么儲能的成本目標(biāo)就能降低到150美元，千瓦時。在現(xiàn)有技術(shù)的范圍內(nèi)，這個數(shù)字更容易實(shí)現(xiàn)。

為什么降低一點(diǎn)點(diǎn)等效可用性系數(shù)能緩解如此大的儲能壓力？主要是由于那些罕見的長時間低風(fēng)速、低光照的氣象事件。在20年的時間里，它們不會經(jīng)常發(fā)生，但是當(dāng)它們發(fā)生時，預(yù)備足夠的儲能系統(tǒng)來處理它們，導(dǎo)致成本加倍。實(shí)際上，有一些其他的手段可以處理那些罕見的事件。

其次，該團(tuán)隊正在為一個系統(tǒng)建模，其中儲能幾乎承擔(dān)了所有的靈活性需求。事實(shí)上，電網(wǎng)靈活性還有其他來源，比如負(fù)載的靈活性。這是一種能夠及時轉(zhuǎn)移、分散電力需求側(cè)需求的模式。來自電網(wǎng)的長距離輸送也可以增加電網(wǎng)靈活性，將可再生能源從生產(chǎn)地區(qū)輸送到需要的地區(qū)。另一種是可調(diào)度的可再生能源，如順流而下的水力和先進(jìn)的地?zé)岬?。所有這些措施都能有效增加電網(wǎng)的靈活性，推動可再生能源的發(fā)展。

再次，隨著可再生能源的成本下降，實(shí)現(xiàn)可再生能源+儲能系統(tǒng)也會變得更容易。Trancik的團(tuán)隊對數(shù)據(jù)的選擇非常保守。例如，他們研究選取1美元，千瓦時的電價數(shù)據(jù)。這個電價并不符合實(shí)際情況。因此，如果可再生能源能大幅降低成本，那么擴(kuò)大可再生能源的規(guī)模將變得更便宜、更容易，進(jìn)而將緩解儲能壓力。

簡而言之，儲能系統(tǒng)的20美元/千瓦時成本目標(biāo)肯定比現(xiàn)實(shí)世界的要求更為嚴(yán)格。即使是95%的等效可用性系數(shù)所需的150美元，千瓦時也過于苛刻。在現(xiàn)實(shí)世界中，儲能將得到其他提高電網(wǎng)靈活性形式的幫助，成本可能會比任何人預(yù)測的都要低。不同儲能技術(shù)的安裝成本

儲能技術(shù)的發(fā)展也有力地推動著可再生能源+儲能系統(tǒng)的成本下降。國際可再生能源署（IRENA）于2017年發(fā)布了一份報告，預(yù)測到2030年，定置型鋰離子電池的總安裝成本將下降到145～480美元，千瓦時，中間的波動取決于電池的化學(xué)成分。鋰離子電池僅僅是研究人員通常選取的一個參考，將存儲技術(shù)的原材料成本作為其總成本的下限。除此之外，還有很多其他種類的儲能方式可供選擇。

該報告稱，2016年，兩種主流電池技術(shù)，即全釩氧化還原液流電池和鋅溴液流電池的總安裝成本在315～1680美元/千瓦時之間。預(yù)計到2030年，成本將降至108～576美元，千瓦時。目前有液流電池公司聲稱現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)可以做到。

鈉硫電池和鈉，氯化鎳電池已經(jīng)出現(xiàn)了一段時間。報告數(shù)據(jù)顯示，至02030年，鈉硫電池的安裝成本將下降到120～330美元，千瓦時，鈉，氯化鎳電池的安裝成本可能會達(dá)到130～200美元，千瓦時。

壓縮空氣蓄能設(shè)備的基本安裝成本約為50美元/千瓦時，如果現(xiàn)有水庫可用，則會降到40美元，千瓦時。

此外還有蓄熱方案，比如越來越受歡迎的將電以熱能形式儲存在熔融鹽中的方案，據(jù)稱其成本將低至50美元，千瓦時。

有一個比較有意思的設(shè)想是，未來將會有數(shù)百萬千瓦的電動汽車電池被廢棄，人們可以將這些廢舊電池收集起來搭建一個儲能網(wǎng)絡(luò)，這部分儲能的成本是極低的。

儲能正在迅速發(fā)展，技術(shù)呈現(xiàn)多樣化，成本也在下降。其與太陽能發(fā)電、風(fēng)電的結(jié)合推動著可再生能源系統(tǒng)開始在成本上與化石燃料展開直接競爭。隨著可再生能源和儲能成本的降低，這套系統(tǒng)將具備更大的競爭力。只要價格足夠低，100%可再生能源將成為現(xiàn)實(shí)。