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发展储能“合”为贵


——访中国工程院院士陈清泉
2016年08月17日 16:10:20 稿源: 《能源评论》 发表评论
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编者按:被寄予厚望的储能产业,能否承担起推动能源行业清洁、高效、安全和可持续发展的重任?在技术尚不成熟之际,行业发展如何在技术、市场和政策之间取得平衡?未来储能产业会怎样颠覆现有产业生态和商业模式?为此,本刊采访了中国工程院院士、英国皇家工程院院士、世界电动车协会创始主席陈清泉,他认为,在应对气候变化和可持续能源发展压力下,储能作为一种电力资源,应成为优化耦合不同能源的标准配置,具体技术路线需结合应用场景因地制宜。全球能源互联网、电动汽车无疑是发展储能最便利的入口,能源产业、汽车产业和信息产业的深度融合,将催生出超乎想象的全新产业。

能源优化耦合的标配

《能源评论》:在清洁能源之后,储能已被视为能源领域的下一个风口。储能到底有多重要?

陈清泉:近年来,中国工程院、美国国家工程院、英国皇家工程院轮流召开论坛,讨论全球重大挑战问题,其中,气候变化与可持续能源首当其冲。

从长远来看,人类必将从化石能源走向非化石能源,这个过程需要依靠技术创新实现两手抓:一是传统的化石能源的清洁化,一是新能源能够大规模有效地经济稳定运行。

发展新能源就要克服其随机性、间歇性对电网带来的巨大挑战。100多年来,电网发展从直流到交流和现代直流,从低电压到高电压,直至特高压,其供需瞬时平衡的特点要求发电可控、需求都了解。现在是“老革命遇到新问题”——供给侧的风电、光伏等新能源出力不可控,需求侧又增加了电动汽车、分布式能源等随机性的负荷。发电侧和需求侧如何平衡?一定要有储能。

《能源评论》:这意味着储能是发展新能源的标配?

陈清泉:储能已经成为一种电力资源。国家电网公司提出的全球能源互联网战略构想表明,新能源分布的地区、时间差异很大,供需不匹配就需要能源互联。但储能的作用还不仅限于此,可以从更广泛层面,通过对不同类型的能源耦合进行优化配置,比将如电力、氢气、天然气、化工能源等进行转换、有机融合,目的是节能减排,实现方式就是电力电子+储能技术。能源互联要求能源一定要通过电力电子技术,实现双向流动,比如可以通过电动汽车充放电与电网互动,参与电网负荷峰谷调节,对能源进行优化配置和耦合。

《能源评论》:这种能源耦合的应用范围是在工业领域,还是可以具体到社区、家庭范围?

陈清泉:储能的范围很广,大到电网的百万千瓦、小到纳米网几千瓦,可以在不同层面实施这种多能耦合策略。在工业领域就是通过大力推动工业主动配电网技术,发展电力与化工能源相结合的分布式能源,建设工业能源互联网。在社区家庭层面,可以发展基于纳米结构的能源互联网,当然,这种结构不是物质上的纳米颗粒的实体大小,是为了区别于一般意义上的微网,表明其由于量变引起质变,带来系统活力的变化。通过充分调动每一个社会细胞——家庭的积极性,充分利用小区内的交直流、氢气、天然气等基础设施,借助电力电子技术和储能设备,来优化配置能源。在我看来,人的行为、能源和信息要互相平衡。要找出能源和信息的关系,才能更有效利用能源,对能源进行优化配置需要储能。

技术路线应百花齐放

《能源评论》:据测算,储能价格目前已经达到0.7元/千瓦时,2018年被视为储能市场的爆发点。您如何评价未来市场的前景?

陈清泉:储能市场的爆发来自多方面,一是分布式储能的电动汽车快速发展,二是大规模储能的能源互联网,需要优化配置耦合不同类型能源。从长期来看,基于各种应用需求和技术潜力,市场肯定会有爆发,但在什么时候爆发,要看市场与技术,政策和企业间如何交互。对企业而言,最重要的是不忘初心,聚焦于产品和技术,不能只靠忽悠而忽视了核心竞争力的培育。

《能源评论》:鉴于大多储能技术尚不成熟、成本较高,有观点认为,当下发展储能更多是一种出于环保考量的社会压力,您认为,储能发展是技术问题、经济问题还是社会问题?

陈清泉:发展储能是出于多方面因素考虑的结果,最为重要的原因就是,人类的能源结构将发生变化。具体推进需要通盘考虑技术、经济和政策等方面的因素,从技术层面,应对多种路线优缺点综合利用,并不断研发新技术和新产品;在政策上,需要合理补贴,更需要政策市场双轮驱动;对行业而言,要高度自律,不要低级重复和恶性竞争。

《能源评论》:从人类存储技术发展的历史上看,目前所有成熟的存储技术,包抽水蓄能、LNG、LPG,都是不改变物质特性的物理储能,您认为,物理储能、电化学储能哪种技术路线更有发展空间?

陈清泉:在现有储能技术中,抽水蓄能占比很高、很成熟,但也有局限性,比如对资源、落差要求较高,难以广泛应用。蓄电池技术基于电化学原理,有两个致命缺点:一是化学反应需要充放电时间,即使快充也要20多分钟,比加油的几分钟要慢很多。二是安全性问题比物理储能要差,此外还有环境影响等。

因此,目前的储能技术虽然有很多,但每一种都有其优缺点,可以发挥自身优势,应用在不同场合,没有一种技术可以垄断一切、包打天下。对多种多样的储能技术,要鼓励百花齐放。政府通过建立公平公正公开的体制机制,进行监管,最终让市场来检验各种储能技术的实践。

《能源评论》:您对当下的主力军和未来储能电池的突破如何期待?

陈清泉:储能技术的共性基础科学问题研究包括储能新原理、热力学、动力学、失效机制、关键材料匹配等。目前在应用于大电网储能的电池技术方面,钛酸锂电池采用钛酸锂负极取代普通的碳负极,在高低温和高倍率放点时,不会产生安全隐患,具有反应快、可以快速充电的优势,在一定程度上,可以与超级电容比拼,目前国内外都有企业在进行研发推广,也开始小规模商业化运作。

面向未来,业界应以开创思维,突破开发新型电池,比如基于量子技术的物理储能电池等,从基础理论和材料领域,谋求更高能量密度、功率密度,更长寿命、安全环保、经济可靠等方面的突破。

锂电储能要严惩骗补

《能源评论》:但也有专家认为,电化学储能不适宜应用于大规模储能,只适合当下的中短途交通环境,您认为,以锂电池为代表的电池储能,未来有多大空间?

陈清泉:市场需求来自两个方面,一是国家对电动汽车的发展规划,已经明确了具体数量,二是全球能源互联网的发展。有数据显示2015年,全球锂电池规模达到100.75吉瓦,从不同应用领域来看,小型电池占比已经下降到66.28%。在我国,受益于新能源汽车快速增长,2015年动力电池增长迅速,市场占比已上升28.26%。预计2016年,中国新能源汽车产量将达到67万辆,汽车电池产量将达到31.64吉瓦。

《能源评论》:这是否表明,锂电池储能市场充满活力?

陈清泉:Navigant Research针对全球市场发布的数据显示,到2024年,分布式储能装机将达到12147.3兆瓦,收入达1650亿美元。电网级辅助服务市场装机容量将达20.8吉瓦,收入达685亿美元。

中国的储能市场也是世界最大的。从政策环境来看,中国在微网、电力需求侧和市场化改革、新能源汽车推广应用方面的政策组合拳,也将推动储能商业模式确立,带动储能和新能源汽车较快增长。

《能源评论》:过去3年,锂电储能成本下降了50%。我国锂电池产业在技术上是否也因此而得到了提升?

陈清泉:我国电池企业全世界最多,但很多是低水平重复、恶性循环,骗补问题突出。

比较中韩的区别,就在于,韩国明确了蓄电池路线图后,通过扶植几个大企业,重点攻关材料技术,培养领军人才,实现了高性价比基础上的量产。而我国众多电池企业中,真正有实力的也就十来家,很多企业把注意力放在了骗取国家补贴上,没有集中力量去攻克材料、工艺和人才。一个巨大的反差就是,韩国三星、LG等公司的电池厂车间人员很少,都是机器生产,而其科研机构却聚集了众多研发人才;反观我们的电池厂,生产车间很多工人进行低水平组装,研发机构的人员却形单影孤。

《能源评论》:对于质量不合格的电池,以及骗补的企业,您有何具体对策建议?

陈清泉:针对电池质量问题,可以通过多网融合实现实时在线监测电池状况,一旦发现问题就立刻停止使用,也可以防止骗补事件的发生。中国工程院院士杨裕生更是提出,如果新能源汽车骗补构成犯罪,应由人民法院依法用法律来惩处,而不应止步于工信部等四部委的行政处罚。

电动汽车迎来跨界融合时代

《能源评论》:曾被视为电动汽车与储能关联的电动汽车入网V2G(Vehicle-to-grid)技术,似乎进展并不理想,您认为原因何在?

陈清泉:过去有个判断认为,换电模式适合发展V2G技术,现在看,不一定要拘泥于换电模式,充电模式也可以实现很好地支撑,关键要从产品、基础设施、商业模式三个层面推进。

一个需要明确的认识就是,电动汽车充电是个复杂的系统,涉及科学、技术、工程、产业、资本、商业模式等方面。其联网特性不同于加油站和输油管线隔离,当充电接口连接到电网系统之时,因其具备的动态、互动等特性,决定了必须要将充电和智能电网集成起来,这就意味着,能源和信息的有机融合将成为发展基础设施的成败关键。这一系统化转型需要不同利益相关方的协同行动与合作。

在这些领域,虽然很多核心技术和高端人才都在发达国家,但面临挑战最大的主战场在中国,因此中国必须要产生一流的科学家、工程师和经济学家。

《能源评论》:聚焦当下和未来,支撑电动汽车储能发展的支点在哪里?

陈清泉:由系统化集成与优化带来的共享、互联、智能、自动这些趋势,会让电动汽车成为移动的分布式储能器,未来的挑战一个是运营后台,一个是顶层设计。因此,要有好的设计、规划和和标准,还要有智能化的能源管理,这是一个系统工程。在目前的形势下,需求响应的辅助服务、动力电池梯次利用等领域,是电动汽车与储能比较好的结合点。

《能源评论》:对于电动汽车的发展,您曾希望汽车公司和电力公司联手共进,日前特斯拉进军新能源、汉能造车,这种汽车能源一肩挑的做法,是否意味着跨界融合有了新的可能?

陈清泉:跨界融合是大趋势。能顺潮流者才有竞争性,反对潮流者将被淘汰,跨界融合应包括四网:交通、能源、信息和人文网合一。为此,需要三个C:连接(Connect),协调(Coordinate),合作(Collaborate)。未来电动汽车将会成为装满了互联网传感器节点的移动储能终端,制造业和信息产业、电子产业、新能源产业实现深度融合。

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