中國能源結(jié)構(gòu)正在發(fā)生革命性變化。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，截至2022年底，中國可再生能源裝機達12.13億千瓦，歷史性超過全國煤電裝機；截至今年4月底，中國風電裝機3.8億千瓦，光伏發(fā)電裝機4.4億千瓦，風電、光伏發(fā)電總裝機達到8.2億千瓦，占全國發(fā)電裝機的30.9%，約為36個三峽電站的總裝機容量。
歷史告訴我們，每次能源革命都是先發(fā)明了新動力裝置和交通工具，進而帶動對新能源的開發(fā)利用并引發(fā)工業(yè)革命。我們有理由相信，以可再生能源為基礎(chǔ)、電和氫為能源載體，以電池（光伏、鋰離子、氫燃料）為動力、電動車為交通工具，以“綠色”和“智能”為特征的新的工業(yè)革命正加速到來。
新能源發(fā)展面臨制約瓶頸
理想的能源必須同時滿足三個標準，成為能源“三好生”，即供應(yīng)安全、價格便宜、綠色環(huán)保。
我們用上述標準來衡量，不難發(fā)現(xiàn)：在綠色環(huán)保方面，風電、光伏等新能源具有先天優(yōu)勢；在價格方面，隨著風機技術(shù)和光電轉(zhuǎn)化效率的提高，發(fā)電成本不斷下降，價格優(yōu)勢正日益顯現(xiàn)出來；在安全性方面，由于受自然條件的影響很大，風電、光伏發(fā)電可謂“靠天吃飯”，具有隨機性、波動性等特點，容易引發(fā)電網(wǎng)波動，造成安全風險，甚至可能導(dǎo)致停電事故。
如何提高風電、光伏等新能源接入電網(wǎng)的安全性，使其滿足能源“三好生”標準呢？答案是“儲能”，就是針對可再生能源的隨機性和波動性等特點，把富余的可再生能源儲存起來，當可再生能源不足的時候，通過時空變換，再把存儲的電能補回去，保障電網(wǎng)穩(wěn)定運行。這樣就可以有效彌補風電、光伏等新能源在安全性方面的不足，促進中國能源結(jié)構(gòu)的變革。
電池儲能形成“電力海綿”
鋰離子電池是一種非常好的儲能裝置，能夠與電力系統(tǒng)、通信基站、數(shù)據(jù)中心、軌道交通、電動汽車、智能電網(wǎng)等有機融合發(fā)展，用途很廣，性能優(yōu)異。此類電池可分為兩類，一類是集中式儲能電站，另一類是分布式儲能電池。
集中式儲能電站把很多大容量電池集中在一起對電力進行存儲，在需要用電時釋放出來。由于存在自放電現(xiàn)象和熱失控問題，鋰離子電池儲能電站電池不能長周期儲能，也不能大規(guī)模儲能。近年來，隨著技術(shù)的進步和電池正負極材料性能的改善等，集中式儲能電站的應(yīng)用安全性得到提升，應(yīng)用范圍和場景不斷擴大。2021年，中國用于儲能的鋰離子電池產(chǎn)量達32吉瓦，增長了146%。
分布式儲能電池其實就是電動汽車，讓電動汽車與電網(wǎng)形成“車網(wǎng)互動”。在用電低谷時，電力系統(tǒng)給電動汽車充電；在用電高峰時，讓電動汽車給系統(tǒng)放電。這樣，電動汽車不僅是交通工具，而且可以成為以儲能回饋能源的終端。隨著汽車動力電池技術(shù)的進步，其價格不斷降低，儲能密度和使用壽命持續(xù)提升，單次儲能成本將繼續(xù)下降。
到2022年底，我國新能源汽車保有量約1310萬輛，其中，純電動汽車保有量1045萬輛，占比近八成。如果這些汽車都參與進來，與充電樁、電網(wǎng)有機融合與協(xié)同，能夠形成巨大的“電力海綿”網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)大規(guī)模、跨時空、低成本和高安全性的靈活儲能。
制氫儲能具有存儲優(yōu)勢
氫能是一種來源豐富、綠色低碳、應(yīng)用廣泛的二次能源，具有能量密度大、零污染、零碳排等優(yōu)點。氫儲能是把太陽能、風能等清潔能源發(fā)出的電能，或夜間電網(wǎng)的過剩電能，通過電解水制取氫氣，用儲氫罐存儲，需要的時候，利用燃料電池或氫燃氣輪機發(fā)電返回電網(wǎng)的一種儲能方式。它是電站調(diào)峰的有效方式，可以有效助力新能源并網(wǎng)，緩解區(qū)域能源分配不均問題。目前，我國目前在建和籌建一批風電、光伏制氫項目，該領(lǐng)域市場前景廣闊。
氫儲能是一種非常重要的長周期、大規(guī)模儲能方式，其發(fā)展關(guān)鍵在于繼續(xù)降低儲能成本。與電池直接儲能相比，氫能儲能經(jīng)濟性看起來并不好，因為氫要用電解水制成，效率大打折扣。但是我們計算的是儲能全鏈條的經(jīng)濟性，包括制備、儲存、運輸、加氣、使用等環(huán)節(jié)。據(jù)計算，氫氣在存儲方面具有獨特優(yōu)勢，成本遠遠小于電池儲電成本。
儲能種類眾多，有高頻的、有低頻的，有小功率、有大功率，有短周期、有長周期，不同種類和應(yīng)用場合需要不同的儲能方式。電池儲能和氫能儲能各有特點，正好互補，組合形成主流儲能方式，與其他的儲能方式相互配合，形成良好的儲能生態(tài)。
選擇儲能方式要因地制宜
選擇儲能方式不能一概而論，要根據(jù)具體情況，因地制宜。我國東北、華北北部、西北、西南地區(qū)是主要的風電、光伏、煤電、水電的能源基地，適宜通過建設(shè)電化學儲能電站，配合特高壓輸電，將電送到東部沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)。東南部、中東部和南部，火電廠密集，適宜抽水蓄能，配合高壓輸電網(wǎng)進行輸送。東部人口密集地區(qū)，適宜分布式光伏、低壓配電網(wǎng)配合“車網(wǎng)互動”來儲能和發(fā)電。
國家發(fā)展和改革委、國家能源局印發(fā)的《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》提出，到2025年，新型儲能由商業(yè)化初期步入規(guī)?；l(fā)展階段，具備大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用條件。在相關(guān)政策的支持下，預(yù)計會形成萬億級的“車網(wǎng)互動”的智慧能源的市場規(guī)模。
為促進中國儲能領(lǐng)域的發(fā)展，筆者提出如下建議：第一，鑒于儲能是實現(xiàn)“碳中和”的關(guān)鍵之一，要進一步明確主流儲能技術(shù)的戰(zhàn)略地位；第二，明確儲能在新能源發(fā)展中的角色定位，進一步促進能源結(jié)構(gòu)變革；第三，加強儲能相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，特別是加強大數(shù)據(jù)、云計算等電網(wǎng)智慧調(diào)控技術(shù)攻關(guān)，在電解水和燃料電池的核心材料，高效氫氣制備、儲運、加注等方面取得實質(zhì)性突破；第四，建設(shè)“車網(wǎng)互動”車聯(lián)萬物（V2X）的基礎(chǔ)設(shè)施；第五，健全多層次統(tǒng)一電力市場體系。
（作者為中國科學院院士、汽車動力系統(tǒng)專家、清華大學教授）
中國科協(xié)科技傳播中心、科學出版社與本報合作推出
