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首先，德國(guó)其實(shí)并不是一個(gè)傳統(tǒng)的可再生能源資源大國(guó)，無(wú)法像挪威一樣大力發(fā)展水電；其次，德國(guó)是一個(gè)傳統(tǒng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，著名的魯爾區(qū)一直都是煤炭開(kāi)采和消費(fèi)的主要地區(qū)，在這樣的背景下，德國(guó)的可在生能源發(fā)電量在2017年達(dá)到38.2%，而這其中68%的貢獻(xiàn)來(lái)自風(fēng)能和太陽(yáng)能這樣不穩(wěn)定的一次能源，而這個(gè)比例依然還有上升得趨勢(shì)。不穩(wěn)定的可再生能源發(fā)電比重迅速上升，使得德國(guó)成為了一個(gè)再理想不過(guò)的儲(chǔ)能試驗(yàn)田。
能源轉(zhuǎn)型到儲(chǔ)能革命
從新能源消納的角度來(lái)看，在能源轉(zhuǎn)型的下一個(gè)階段，儲(chǔ)能技術(shù)無(wú)疑會(huì)是未來(lái)能源系統(tǒng)的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)，因?yàn)榘l(fā)電可以根據(jù)需求進(jìn)行調(diào)整，不需要太多的儲(chǔ)能容量。隨著更多的可再生能源的并網(wǎng)利用，情況發(fā)生了戲劇性的變化，因?yàn)轱L(fēng)力渦輪機(jī)和太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量對(duì)于天氣的依賴(lài)性較強(qiáng)，加上分布式發(fā)電系統(tǒng)的多元化，各種電力并網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制也越來(lái)越動(dòng)態(tài)化，要想大力發(fā)展清潔能源，大容量?jī)?chǔ)能必不可少。除了能夠保障大量可再生能源電力的消納以外，儲(chǔ)能技術(shù)還能完美的起到供給側(cè)的行業(yè)耦合的作用。所謂行業(yè)耦合，就是通過(guò)相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施和儲(chǔ)能將交通行業(yè)、工業(yè)和建筑行業(yè)的供能整合在一起，以方便各行業(yè)的能源供應(yīng)，同時(shí)減少各行業(yè)的碳排放。下圖列出來(lái)儲(chǔ)能的各種應(yīng)用：
但由于投資和運(yùn)營(yíng)成本的問(wèn)題，在未來(lái)的幾十年里，大規(guī)模的儲(chǔ)能設(shè)施只能在一些示范項(xiàng)目中慢慢摸索。但如果換一種思路，把無(wú)數(shù)的小型家用儲(chǔ)能設(shè)備和電動(dòng)汽車(chē)電池作為儲(chǔ)能設(shè)備，是不是也能保證未來(lái)的大容量?jī)?chǔ)能需求呢？此外，可再生能源的份額不斷上升，整個(gè)能源系統(tǒng)的趨勢(shì)也是從一個(gè)高度集中的能源系統(tǒng)向分散、靈活和可再生的分布式能源系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，家用儲(chǔ)能設(shè)備和電動(dòng)汽車(chē)的分布式儲(chǔ)能恰恰可以提供這種轉(zhuǎn)換所需的靈活性。這種想法在德國(guó)催生了一個(gè)獨(dú)特、充滿(mǎn)活力儲(chǔ)能行業(yè)，甚至可以說(shuō)是加速德國(guó)能源清潔化的關(guān)鍵。
家用和電動(dòng)汽車(chē)的電池所能做到的僅僅是間歇性的儲(chǔ)能，通過(guò)電價(jià)或等補(bǔ)貼，或者其他的激勵(lì)措施，鼓勵(lì)用戶(hù)在可再生能源富余的時(shí)候，消耗多余的電量。但僅僅是這么一小步，就被稱(chēng)為了德國(guó)能源轉(zhuǎn)型下的一次壯舉，甚至被稱(chēng)為“能源消納的圣杯”。根據(jù)媒體的報(bào)道，德國(guó)的現(xiàn)在的可再生能源份額已經(jīng)超過(guò)了三分之一，多數(shù)是得益于各種十分新穎的創(chuàng)新儲(chǔ)能項(xiàng)目，很多時(shí)候儲(chǔ)能設(shè)施都是由家用電器和電動(dòng)汽車(chē)來(lái)代替，每個(gè)項(xiàng)目的獨(dú)特點(diǎn)都在于那些新穎的創(chuàng)新商業(yè)模式。這種間接性?xún)?chǔ)能的商業(yè)模式，很有可能顛覆能源領(lǐng)域現(xiàn)有的一些商業(yè)模式。
特別是最近在電池價(jià)格大幅下跌的推動(dòng)下，德國(guó)家用儲(chǔ)能設(shè)備的需求劇增，截止到2018年夏末，德國(guó)安裝了10萬(wàn)個(gè)家用太陽(yáng)能電池，電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量的更是不斷增加，這兩點(diǎn)意味著，一波更大的電池儲(chǔ)能革命浪潮正向德國(guó)襲來(lái)。
戶(hù)用儲(chǔ)能系統(tǒng)的爆發(fā)
鋰電池在電子產(chǎn)品以及在電動(dòng)汽車(chē)中越來(lái)越多的應(yīng)用，使得鋰離子電池價(jià)格的大幅下跌。在不到5年的時(shí)間里，德國(guó)的電池成本下降了一半以上，未來(lái)還將繼續(xù)下降。戶(hù)用儲(chǔ)能電池的主要作用有：
光伏儲(chǔ)能：由于光伏發(fā)電的不可控性，其特性曲線是：僅在白天尤其是午間發(fā)電，利用電池將白天發(fā)的電儲(chǔ)存起來(lái)。尤其是對(duì)于住宅光伏客戶(hù)，儲(chǔ)能系統(tǒng)能大大提升自身的光伏發(fā)電量使用效率。PV儲(chǔ)能系統(tǒng)的主要經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)在他們自身的電力消耗比率較低，從而能減少?gòu)墓搽娋W(wǎng)獲取的電量。通過(guò)添加電池，理論上該比率可以上升到100%，但由于經(jīng)濟(jì)性原因很少能夠真正實(shí)現(xiàn)。目前在歐洲，單個(gè)光伏系統(tǒng)的自耗率平均為35％，電池價(jià)格占整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)費(fèi)用的50%以上。
戶(hù)用調(diào)峰及需求側(cè)響應(yīng)：另外，戶(hù)用儲(chǔ)能電池還可以用于用戶(hù)需求側(cè)響應(yīng)，用戶(hù)可在電網(wǎng)負(fù)荷較小的情況下，利用電池充電；在電網(wǎng)負(fù)荷較大的時(shí)候，利用電池進(jìn)行供電，能夠大大降低電網(wǎng)負(fù)荷，同時(shí)節(jié)約電力成本。能起到這樣作用的電池主要是戶(hù)用光伏儲(chǔ)能電池和家用電動(dòng)汽車(chē)電池。根據(jù)研究顯示，未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)電池在該方面的應(yīng)用前景十分可觀。未來(lái)超過(guò)70% 的電動(dòng)汽車(chē)電池可用作戶(hù)用電池調(diào)峰。
據(jù)麥肯錫預(yù)測(cè):“到2035年，基于設(shè)計(jì)的進(jìn)步、規(guī)模經(jīng)濟(jì)和流程的簡(jiǎn)化，儲(chǔ)能系統(tǒng)的總成本將下降50%至70%。”IRENA甚至預(yù)計(jì)，到2030年，安裝電池的價(jià)格將下降50%到66%。
歐洲經(jīng)濟(jì)研究中心(ZEW)的德國(guó)能源行業(yè)專(zhuān)家預(yù)計(jì)，鑒于市場(chǎng)力量，以及能源轉(zhuǎn)型在交通和供暖領(lǐng)域的不斷擴(kuò)張，未來(lái)幾年對(duì)電力存儲(chǔ)的需求將大幅增加。超過(guò)70%的人表示，他們相信電池將是未來(lái)10年增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域，而蓄熱能力的增長(zhǎng)潛力排名第二。
德國(guó)的私人家庭對(duì)戶(hù)用光伏儲(chǔ)能的接受程度也越來(lái)越高。目前，大約一半的新住宅太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)都配有儲(chǔ)能電池系統(tǒng)。據(jù)亞琛工大的研究顯示，越來(lái)越多的家庭表示，電價(jià)越來(lái)越高，為了削減電力支出，降低對(duì)電網(wǎng)的依賴(lài)性，更愿意使用光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)，目前德國(guó)在戶(hù)用光伏儲(chǔ)能方面做得最好的兩家企業(yè)是Sonnen和Solarwatt。
太陽(yáng)能行業(yè)協(xié)會(huì)BSWSolar預(yù)計(jì)，未來(lái)幾年，家用電池將繼續(xù)迅速普及，價(jià)格進(jìn)一步下跌將使經(jīng)濟(jì)形勢(shì)向更有利于戶(hù)用儲(chǔ)能系統(tǒng)普及的方向轉(zhuǎn)變，德國(guó)最早將在2020年突破20萬(wàn)個(gè)系統(tǒng)的門(mén)檻。
除此之外，因?yàn)楸臼兰o(jì)初建造的數(shù)十萬(wàn)個(gè)屋頂光伏系統(tǒng)在運(yùn)行了20年之后，將達(dá)到支持費(fèi)用(即所謂的上網(wǎng)電價(jià))的終點(diǎn)，這些系統(tǒng)將繼續(xù)以接近于零的成本發(fā)電，而從電網(wǎng)獲取的電力每千瓦時(shí)的成本約為28歐分。這使得家用電池的普及可能會(huì)進(jìn)一步加速。
傳統(tǒng)能源企業(yè)面臨挑戰(zhàn)
德國(guó)住宅儲(chǔ)能的迅速普及，一方面加速了可再生能源的消納，另一方面也加速了能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型，這無(wú)疑對(duì)德國(guó)傳統(tǒng)的公用事業(yè)企業(yè)構(gòu)成了一定的挑戰(zhàn)，許多德國(guó)傳統(tǒng)能源企業(yè)因?yàn)閬?lái)不及面對(duì)這么迅速的能源轉(zhuǎn)型和數(shù)字化轉(zhuǎn)型而陷入了一定的混亂。此外，家用儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)展，使得家用光伏能源提供的能源占比大大提高，目前已可以達(dá)到70%的戶(hù)用電力需求。也就是說(shuō)，對(duì)于那些傳統(tǒng)售電公司來(lái)說(shuō)意味著，每10個(gè)客戶(hù)里會(huì)損失掉7個(gè)客戶(hù)。
此外，以后的趨勢(shì)是，一些戶(hù)用光伏的業(yè)主能夠在虛擬社區(qū)與其他業(yè)主共享他們自己產(chǎn)生的電能，比如我們?cè)?jīng)介紹過(guò)的Design Netz的項(xiàng)目。按照那些戶(hù)用電池制作商（比如：Sonnen）的愿景，這種商業(yè)模式在以后甚至可以使家庭用戶(hù)完全脫離對(duì)傳統(tǒng)公用事業(yè)的依賴(lài)。Sonnen就是這項(xiàng)技術(shù)在德國(guó)和海外的知名的倡導(dǎo)者。Sonnen計(jì)劃在澳大利亞建設(shè)世界上最大的戶(hù)用儲(chǔ)能社群網(wǎng)絡(luò)，將4萬(wàn)戶(hù)家庭連接在一個(gè)“虛擬發(fā)電廠”中。
據(jù)麥肯錫報(bào)告，電池的普及，將會(huì)導(dǎo)致能源市場(chǎng)洗牌，催生大量的贏家和輸家，和傳統(tǒng)的能源行業(yè)易于壟斷的特質(zhì)不同，以后的能源系統(tǒng)一定是多元化的，是否能夠占有市場(chǎng)份額的因素，將取決于成本下降的速度。存儲(chǔ)時(shí)代的到來(lái)，對(duì)于Sonnen等這些專(zhuān)門(mén)從事分布式能源的公司、科技制造商和金融企業(yè)來(lái)說(shuō)，毫無(wú)疑問(wèn)是一個(gè)創(chuàng)造歷史的絕佳機(jī)會(huì)。而公用事業(yè)公司也必須學(xué)會(huì)適應(yīng)未來(lái)能源系統(tǒng)的靈活發(fā)展，加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)管理和應(yīng)對(duì)能力，其中關(guān)鍵的一點(diǎn)就是發(fā)展更多的創(chuàng)新商業(yè)模式，目前發(fā)展得比較成熟的一種就是合同能源管理商業(yè)模式，即：能源服務(wù)商可以為業(yè)主提供設(shè)備管理和交易管理，在保障業(yè)主的收益最大化的情況下，收取一定量的服務(wù)費(fèi)或者按比例提成。
有一些德國(guó)比較大的公用事業(yè)公司，比如EnBW，能夠發(fā)展的商業(yè)模式就更多了。他們自己會(huì)向用戶(hù)便宜出售或租賃自己的家用光伏+儲(chǔ)能設(shè)備，以獲取管理那些設(shè)備的權(quán)限，這樣就完美的創(chuàng)造了完全屬于自己的能源社區(qū)，占據(jù)當(dāng)?shù)氐哪茉捶?wù)市場(chǎng)。
EnBW發(fā)言人Heiko Willrett在接受《清潔能源電線》采訪時(shí)曾表示，未來(lái)能源系統(tǒng)向分布式的轉(zhuǎn)變是能源領(lǐng)域的主要趨勢(shì)之一，而儲(chǔ)能會(huì)是未來(lái)穩(wěn)定能源系統(tǒng)、保障供電可靠性的核心角色，公用事業(yè)公司需要重新思考出應(yīng)對(duì)分布式能源系統(tǒng)的新商業(yè)模式。
儲(chǔ)能如何能做到能源轉(zhuǎn)型的過(guò)渡
德國(guó)的儲(chǔ)能行業(yè)人員已經(jīng)超過(guò)12000人(其中約5000人從事電池行業(yè))，和國(guó)內(nèi)相比，這個(gè)數(shù)字當(dāng)然少得可憐，但是考慮到市場(chǎng)體量，這個(gè)人數(shù)目前已經(jīng)超過(guò)了德國(guó)的褐煤行業(yè)工作崗位的一半。根據(jù)德國(guó)能源存儲(chǔ)協(xié)會(huì)BVES的預(yù)測(cè)，2018年儲(chǔ)能行業(yè)的總銷(xiāo)售額預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)10%，達(dá)到51億歐元。德國(guó)政府和煤炭委員會(huì)(coal commission)希望在目前計(jì)劃的脫碳期間，通過(guò)將電池生產(chǎn)商吸引到煤炭開(kāi)采地區(qū)，一方面充分利用該地區(qū)資源，另一方面保障該地區(qū)的人口就業(yè)問(wèn)題。目前德國(guó)脫碳的最大障礙，其實(shí)已經(jīng)不是技術(shù)上的問(wèn)題，最大的爭(zhēng)論是，能源轉(zhuǎn)型導(dǎo)致傳統(tǒng)煤炭行業(yè)人員失業(yè)的問(wèn)題，如果通過(guò)上述措施能夠保證人口失業(yè)問(wèn)題得到解決，那么德國(guó)脫碳之路上的最大障礙也會(huì)消失。
據(jù)德國(guó)媒體的報(bào)道，一個(gè)千兆級(jí)的電池工廠創(chuàng)造的新就業(yè)崗位與褐煤采礦的舊崗位相似。鑒于在德國(guó)這些工作的薪資水平類(lèi)似，受影響的工人也不需要搬家。目前德國(guó)正在考慮建造多個(gè)巨型電池工廠，并在積極招商引資，吸引德國(guó)海內(nèi)外的投資機(jī)構(gòu)，下面是今年的幾個(gè)比較轟動(dòng)的例子：
·德國(guó)國(guó)家經(jīng)濟(jì)秘書(shū)長(zhǎng)Bareiß在2018年8月底表示，波蘭和德國(guó)將宣布在德國(guó)東部的褐煤礦區(qū)Lusatia和波蘭西部開(kāi)展電池生產(chǎn)合作。
·不久之后，德國(guó)經(jīng)濟(jì)部長(zhǎng)彼得•阿爾特邁爾(Peter Altmaier)在9月又宣布，德國(guó)將開(kāi)始在國(guó)內(nèi)自主大力生產(chǎn)電池，但沒(méi)有透露更多細(xì)節(jié)。
·特斯拉創(chuàng)始人埃隆•馬斯克(Elon Musk)也曾公開(kāi)發(fā)言，特斯拉可能會(huì)在法德邊境附近開(kāi)設(shè)自己的電池工廠，而該地區(qū)靠近德國(guó)的雷尼什(Rhenish)礦區(qū)。
·對(duì)于國(guó)內(nèi)電池行業(yè)的技術(shù)人員，可能已經(jīng)了解到寧德時(shí)代CATL已于2018年7月計(jì)劃在東部的圖林根州(Thuringia)建造一個(gè)巨型工廠，為德國(guó)汽車(chē)制造商提供低成本的動(dòng)力電池，助力德國(guó)汽車(chē)行業(yè)向低排放的轉(zhuǎn)型，因?yàn)榈聡?guó)汽車(chē)公司迄今不愿投資電池生產(chǎn)。
除了電池之外的其他可能
儲(chǔ)能的原理早在幾十年前就不是什么新鮮事。“經(jīng)典”的抽水蓄能技術(shù)就是在電力富余的時(shí)候，利用水泵將電力轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，在需要的時(shí)候，又把水放出來(lái)，將勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電力。但在德國(guó)，適合建造抽水蓄能電站的空間非常小，因?yàn)槟抢锏纳絽^(qū)很少，而且公眾對(duì)這種會(huì)破壞環(huán)境的新項(xiàng)目有強(qiáng)烈的抵制。這就是為什么德國(guó)人還在努力尋找其他方式來(lái)儲(chǔ)存可再生能源。目前人們對(duì)電池的熱情有時(shí)掩蓋了這樣一個(gè)事實(shí)，即世界第四大經(jīng)濟(jì)體的脫碳需要許多其他技術(shù)，因?yàn)殡姵馗緹o(wú)法儲(chǔ)存更長(zhǎng)時(shí)間的能量，也無(wú)法儲(chǔ)存足夠的能量。這就是為什么除了完成煤炭開(kāi)采到電池生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變之外，以熱能的形式儲(chǔ)存，或者以氣體或液體燃料的形式儲(chǔ)存可再生能源(比如Power-to-Gas技術(shù))的技術(shù)，對(duì)于大量或者長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能也很重要的原因。
熱儲(chǔ)能目前正在研究當(dāng)中，德國(guó)航空航天中心(DLR)提出了一種利用煤炭行業(yè)現(xiàn)有儲(chǔ)熱設(shè)備來(lái)緩解脫碳計(jì)劃的替代方法。研究人員建議將可再生能源產(chǎn)生的熱量?jī)?chǔ)存在廢棄燃煤電廠裝滿(mǎn)液態(tài)鹽的大水箱中，并利用現(xiàn)有的蒸汽發(fā)生器和渦輪機(jī)將熱量轉(zhuǎn)化為電能。德國(guó)政府已經(jīng)表示，將研究“使用不再需要大規(guī)模蓄熱的發(fā)電廠”的可能性。DLR稱(chēng)，如果這些項(xiàng)目得以實(shí)現(xiàn)，目前約有一半的燃煤電廠員工可以保住工作。
至于Power-to-Gas技術(shù)儲(chǔ)能的案例，在德國(guó)目前有非常多，其中比較有名的是德國(guó)的MEKS項(xiàng)目。MEKS“是施普倫貝格多能互補(bǔ)集成發(fā)電系統(tǒng)（Multi-Energie-Kraftwerk Sperenberg）的縮寫(xiě)，項(xiàng)目坐落于德國(guó)東部小市阿姆梅倫塞的小鎮(zhèn)施普倫貝格。這個(gè)多能互補(bǔ)集成發(fā)電系統(tǒng)利用先進(jìn)智能系統(tǒng)集成技術(shù)將風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電結(jié)合，所發(fā)電量可以實(shí)時(shí)饋入電網(wǎng)；多余的電量又可以結(jié)合制氫裝置，制得的氫氣可以?xún)?chǔ)存或饋入當(dāng)?shù)靥烊粴夤艿?。MEKS項(xiàng)目將該地區(qū)的創(chuàng)新發(fā)電和存儲(chǔ)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，充分利用該地區(qū)的新能源資源，同時(shí)為當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有發(fā)電廠提供了可持續(xù)利用潛力。
電池在電動(dòng)汽車(chē)上的應(yīng)用
電池產(chǎn)業(yè)的繁榮發(fā)展的主要推動(dòng)力就是政府決策。作為汽車(chē)大國(guó)，德國(guó)政府希望在汽車(chē)零排放時(shí)代到來(lái)之前確保德國(guó)最重要的汽車(chē)行業(yè)的未來(lái)。發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)對(duì)于電力行業(yè)來(lái)說(shuō)無(wú)疑是個(gè)福音，電動(dòng)汽車(chē)之于電力行業(yè)的意義就是“裝在車(chē)輪上移動(dòng)電池”，而且其飛快的發(fā)展速度對(duì)于儲(chǔ)能行業(yè)的意義可能會(huì)是住宅儲(chǔ)能無(wú)法比擬的。
氣候、能源和運(yùn)輸國(guó)際顧問(wèn)Diaz-Bone舉過(guò)這樣一個(gè)例子：“100,000個(gè)家用儲(chǔ)能系統(tǒng)的數(shù)量可能聽(tīng)起來(lái)已經(jīng)可以令人印象深刻，但如果對(duì)比電動(dòng)汽車(chē)的規(guī)模，這個(gè)數(shù)字也只能相形見(jiàn)絀了。我們正在研究數(shù)百萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)，每輛汽車(chē)的電池容量為40到100千瓦時(shí)，是一般家用電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的五到十倍”。
與固定式家用電池一樣，通過(guò)充電樁連接到電網(wǎng)的電動(dòng)汽車(chē)不僅可以存儲(chǔ)電力，還可以根據(jù)需要將其送入電網(wǎng)。例如，下午從工作中回到家的電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主可能會(huì)告訴他的充電系統(tǒng)，希望他的車(chē)在第二天早上之前可以充滿(mǎn)電。然后，系統(tǒng)可以分配充電所需的時(shí)間，并利用剩余部分幫助調(diào)節(jié)電網(wǎng)穩(wěn)定。電池的核心優(yōu)勢(shì)是，可以在短時(shí)間內(nèi)吸收和釋放大量電力，這使其成為為電網(wǎng)提供輔助服務(wù)的理想工具。它們可以保證電力通暢以穩(wěn)定電網(wǎng)，充當(dāng)備用電源以提高可靠性，并且能夠在供電充足且因此便宜的時(shí)間再充電。德國(guó)著名的虛擬發(fā)電廠運(yùn)營(yíng)商N(yùn)ext Kraftwerke與荷蘭智能充電供應(yīng)商Jedlix合作，已經(jīng)把這種雙向充電模式應(yīng)用到試點(diǎn)項(xiàng)目當(dāng)中。
但電動(dòng)汽車(chē)能否如上面所說(shuō)為電網(wǎng)提供這些服務(wù)還有待觀察，這取決于車(chē)主和汽車(chē)制造商是否配合。為了解決這一問(wèn)題，德國(guó)能源智庫(kù)AgoraEnergiewende的儲(chǔ)能專(zhuān)家MatthiasDeutsch參考了一些關(guān)于向電動(dòng)車(chē)車(chē)主支付輔助服務(wù)的費(fèi)用的商業(yè)模式，得出了結(jié)論稱(chēng)：“能否說(shuō)服電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主參與電網(wǎng)輔助服務(wù)，根本上只是一個(gè)補(bǔ)償金額高低的問(wèn)題。相比之下，汽車(chē)制造商所帶來(lái)的阻礙可能更大 – 例如，汽車(chē)制造商會(huì)要求：如果車(chē)主把汽車(chē)電池用于電網(wǎng)輔助服務(wù)，他們就會(huì)撤回對(duì)電池的質(zhì)量保證。”
據(jù)麥肯錫稱(chēng)，電動(dòng)汽車(chē)不會(huì)在2030年之前大幅增加德國(guó)的電力需求，但人們通常會(huì)在下班后給電動(dòng)汽車(chē)充電，這一用電行為可能會(huì)增加夜間高峰負(fù)荷，電力負(fù)荷曲線將有所不同。雖然電力系統(tǒng)受到影響不大，但在一些電動(dòng)汽車(chē)普及的熱點(diǎn)地區(qū)（如郊區(qū)等），由于峰值負(fù)荷會(huì)顯著增加，當(dāng)?shù)氐淖儔浩饕残枰?jí)。
德國(guó)儲(chǔ)能行業(yè)也表示，儲(chǔ)能產(chǎn)品可以減少電網(wǎng)擴(kuò)建的投入。例如，大量電動(dòng)汽車(chē)投入市場(chǎng)，大規(guī)模的充電會(huì)給電網(wǎng)帶來(lái)過(guò)重的負(fù)擔(dān)，此時(shí)，有儲(chǔ)能設(shè)備作為緩沖，擴(kuò)建的需求也就沒(méi)有那么迫在眉睫了。
展望未來(lái)，電網(wǎng)可用的電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量看起來(lái)并不是那么確定。如果私人汽車(chē)保有量下降，自動(dòng)機(jī)器人出租車(chē)等新商業(yè)模式投入使用，人們現(xiàn)在所想象的電動(dòng)汽車(chē)在電網(wǎng)中的美好應(yīng)用可能會(huì)大打折扣。
電池對(duì)人類(lèi)和地球的危害
電池市場(chǎng)的規(guī)模已經(jīng)引起了人們關(guān)于電池原材料以及電池生產(chǎn)和處理對(duì)人和環(huán)境的副作用的關(guān)注。
根據(jù)德國(guó)交通轉(zhuǎn)型智庫(kù)AgoraVerkehrswende的一項(xiàng)研究表明，雖然鋰和鈷等關(guān)鍵電池成分的資源儲(chǔ)備足夠支撐當(dāng)前電池的發(fā)展，但它們的開(kāi)采制作過(guò)程，本質(zhì)上還是會(huì)造成一定的社會(huì)問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題。這個(gè)領(lǐng)域所產(chǎn)生的問(wèn)題是多方面的，包括采礦作業(yè)的高能耗，酸性礦山排水，采礦公司與當(dāng)?shù)鼐用裰g的用水沖突，以及礦山的惡劣工作條件等等。尤其是剛果小型鈷礦的不人道開(kāi)采條件，工人們赤手空拳地挖掘原材料的情況，引起了媒體的廣泛關(guān)注。“可持續(xù)性不僅僅意味著'長(zhǎng)期可用性'。它還意味著確保整個(gè)供應(yīng)鏈中工人的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和可行條件。”
另一方面，鎳和鋰的開(kāi)采也帶來(lái)了高昂的環(huán)境成本。二手車(chē)電池的處理也可能造成嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，但二手電池處理這個(gè)新行業(yè)正在逐漸興起，將會(huì)成為一個(gè)十分必要的售后市場(chǎng)。
在這里舉一個(gè)典型的例子就是汽車(chē)制造商通過(guò)二次利用電池來(lái)賦予電池新生命。各種德國(guó)汽車(chē)制造商已經(jīng)將數(shù)百個(gè)二手電動(dòng)汽車(chē)電池組合在一起，形成電力系統(tǒng)的大型儲(chǔ)能裝置，以幫助保持電力供需平衡。梅賽德斯汽車(chē)制造商戴姆勒在2018年7月開(kāi)設(shè)了第三個(gè)由二手電動(dòng)車(chē)電池組成的大型電池儲(chǔ)能設(shè)備，總?cè)萘考s為10兆瓦時(shí)。同為德國(guó)著名汽車(chē)制造商的寶馬公司也參與了類(lèi)似的項(xiàng)目。
大型電池提供電網(wǎng)服務(wù)
無(wú)論是二手還是全新電池，它們的價(jià)格正在不斷下降。目前，大型電池已經(jīng)成為電網(wǎng)穩(wěn)定的重要工具。德國(guó)儲(chǔ)能協(xié)會(huì)BVES的數(shù)據(jù)顯示，德國(guó)大型商用電池的總?cè)萘繉⒃?018年幾乎翻倍至約320兆瓦，而所有家用電池的總?cè)萘繉⒃黾拥?80兆瓦左右。
在一些地理位置比較孤立的國(guó)家，例如英國(guó)和澳大利亞，大型電池提供電網(wǎng)服務(wù)的使用需求更加顯著。氣候、能源和運(yùn)輸國(guó)際顧問(wèn)Diaz-Bone認(rèn)為：“作為一個(gè)島國(guó)，英國(guó)幾乎沒(méi)有與國(guó)際互聯(lián)的電網(wǎng)，卻擁有巨大的風(fēng)力發(fā)電潛力。因此，它應(yīng)該受益于其電網(wǎng)中的電力存儲(chǔ)部分，而德國(guó)對(duì)大型電網(wǎng)儲(chǔ)能的需求不那么明顯，因?yàn)榈聡?guó)有一系列可能更便宜的靈活性替代方案 - 例如跨境電力貿(mào)易。因此，德國(guó)不會(huì)像英國(guó)那么依賴(lài)電化學(xué)儲(chǔ)能。”與英國(guó)相比，德國(guó)的電網(wǎng)可以利用阿爾卑斯山的水電站來(lái)儲(chǔ)存電力，并且很快可以使用目前正在建設(shè)中的水下電纜Nordlink，將風(fēng)力渦輪機(jī)產(chǎn)生的電力輸送到挪威水電站。在德國(guó)風(fēng)力發(fā)電量較低的時(shí)候，挪威水壩可以將電力輸送回德國(guó)電網(wǎng)。
大型電池儲(chǔ)能項(xiàng)目也成為綠化遠(yuǎn)程住宅能源供應(yīng)的關(guān)鍵工具，讓住宅供能不依賴(lài)于集中式電網(wǎng)。德國(guó)在北海的島嶼為這些涉及儲(chǔ)能的智能小型電網(wǎng)提供了完美的試驗(yàn)場(chǎng)。例如，歐盟支持博爾庫(kù)姆島的一個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目，旨在用太陽(yáng)能電池板發(fā)電和配備有一系列儲(chǔ)能技術(shù)的連接到智能電網(wǎng)的風(fēng)力渦輪機(jī)發(fā)電取代化石燃料發(fā)電。
儲(chǔ)熱和季節(jié)性?xún)?chǔ)能
電池并不是解決能量轉(zhuǎn)換后所需的大規(guī)模儲(chǔ)能的唯一靈丹妙藥。這是因?yàn)殡姵夭贿m合長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存電力，并且電池的容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足風(fēng)力和日照較少的長(zhǎng)時(shí)間需要。從尺寸上看，世界上最大的電池?fù)碛?29兆瓦時(shí)容量，由特斯拉在2017年在澳大利亞建造，可能僅能為上海提供大約幾分鐘的電力。因此季節(jié)性的大規(guī)模儲(chǔ)能往往需要人們考慮到如何將整個(gè)夏季的太陽(yáng)能發(fā)電量?jī)?chǔ)存幾個(gè)月，供冬季使用。
許多德國(guó)專(zhuān)家認(rèn)為，在沒(méi)有風(fēng)或太陽(yáng)的較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)穩(wěn)定的能源供應(yīng)是德國(guó)能源轉(zhuǎn)型的核心挑戰(zhàn)。在能源轉(zhuǎn)型的背景下，一個(gè)新的德語(yǔ)詞語(yǔ)應(yīng)運(yùn)而生：Dunkelflaute，一種黑暗、平靜期，正是描述這種無(wú)風(fēng)或者無(wú)陽(yáng)光的天氣情況。
大規(guī)模儲(chǔ)能的問(wèn)題仍然存在爭(zhēng)議。經(jīng)濟(jì)學(xué)家Hans-Werner Sinn認(rèn)為：由于儲(chǔ)能需求巨大，無(wú)法全面過(guò)渡到間歇性可再生能源。但德國(guó)經(jīng)濟(jì)研究所（DIW）的經(jīng)濟(jì)學(xué)家反駁說(shuō)，Sinn的假設(shè)是不現(xiàn)實(shí)的 - 例如，他們認(rèn)為不是每一瓦的可再生能源都必須投入使用。 也仍有許多能源專(zhuān)家認(rèn)為，幾十年內(nèi)都不需要大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)，因?yàn)檫€有其他更便宜的靈活性選擇，例如需求響應(yīng)和電力交易。
但對(duì)于大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的現(xiàn)階段發(fā)展來(lái)說(shuō)，德國(guó)德國(guó)工程師協(xié)會(huì)（VDI）表示，已有能夠較好解決這一問(wèn)題的技術(shù)。“已經(jīng)存在完成能量轉(zhuǎn)換所需的儲(chǔ)能技術(shù)。它們處于不同的發(fā)展階段，但從技術(shù)角度來(lái)看，儲(chǔ)能問(wèn)題可以得到解決。”具體有以下兩種比較成熟的解決方法：
1. Power to Gas：電可用于制造可無(wú)限期儲(chǔ)存的氫氣或其他氣體，然后在常規(guī)燃?xì)獍l(fā)電廠中燃燒氣體發(fā)電，或用于給家庭供熱。但該技術(shù)目前價(jià)格昂貴，因?yàn)樵谵D(zhuǎn)換過(guò)程中會(huì)損失大量能源。具體內(nèi)容請(qǐng)關(guān)注交能網(wǎng)稍后推出的Power to Gas專(zhuān)題文章。
2. 儲(chǔ)熱：以熱量的形式大規(guī)模儲(chǔ)存能量。儲(chǔ)熱的方法有很多種，例如以大型地下含水層儲(chǔ)能的形式儲(chǔ)能-這實(shí)際上是一個(gè)巨大的保溫瓶。德國(guó)漢堡市已經(jīng)完成了一個(gè)大型地下含水層蓄熱系統(tǒng)的試驗(yàn)階段，該系統(tǒng)應(yīng)該取代一個(gè)燃煤電廠，可以為冬季的8000戶(hù)家庭提供熱能。將水加熱至80攝氏度并泵入地下以保持溫度，以便在城市的區(qū)域供暖中使用。
德國(guó)政策制定者對(duì)“Made in Germany”的儲(chǔ)能技術(shù)的態(tài)度
政策對(duì)于許多能源細(xì)分行業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要，技術(shù)的未來(lái)在很大程度上取決于政策，儲(chǔ)能行業(yè)也不例外。
歐洲經(jīng)濟(jì)研究中心調(diào)查的能源行業(yè)專(zhuān)家一致認(rèn)為，目前德國(guó)的政治框架對(duì)促進(jìn)儲(chǔ)能行業(yè)的發(fā)展幾乎沒(méi)有好處。盡管德國(guó)的可再生能源在全國(guó)范圍內(nèi)迅速推廣，但電池大力推進(jìn)的同時(shí)其實(shí)是沒(méi)有政策激勵(lì)的，政策仍需要迎頭趕上。首先，能源稅制就需要進(jìn)行根本性的改革，目前高電價(jià)是德國(guó)電氣化進(jìn)程的嚴(yán)重阻礙，許多儲(chǔ)能專(zhuān)家認(rèn)為：降低能源稅才能更好地利用Power to Gas等關(guān)鍵技術(shù)。“儲(chǔ)能行業(yè)被擠進(jìn)一個(gè)過(guò)時(shí)且狹窄的監(jiān)管框架，現(xiàn)狀是許多技術(shù)無(wú)法盈利 ，因?yàn)樗麄儽仨毝啻沃Ц抖惪睿?rdquo;儲(chǔ)能行業(yè)協(xié)會(huì)專(zhuān)家Gottke 解釋道。“這一切都是因?yàn)楸O(jiān)管框架落后于技術(shù)發(fā)展。”
在這樣的行業(yè)情況下，主要由中小型企業(yè)組成的德國(guó)儲(chǔ)能行業(yè)表示，他們現(xiàn)在已經(jīng)高度以出口為導(dǎo)向，并堅(jiān)信這有利于全球市場(chǎng)增長(zhǎng)，例如應(yīng)對(duì)美國(guó)和澳大利亞大型電網(wǎng)電池、以及非洲小型電網(wǎng)和離網(wǎng)電池等需求。
當(dāng)然，德國(guó)政府也意識(shí)到需要進(jìn)行改革以促進(jìn)國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能的發(fā)展，這也是德國(guó)儲(chǔ)能行業(yè)目前依然是世界市場(chǎng)的一塊基石的原因，但德國(guó)政府依然想盡量避免進(jìn)行復(fù)雜的稅制改革。“我們需要新的商業(yè)模式和價(jià)格，以提供電力儲(chǔ)存的動(dòng)力，”德國(guó)國(guó)務(wù)秘書(shū)B(niǎo)areiß說(shuō)。他表示，政府將在未來(lái)幾年變得“非?；钴S”，以幫助儲(chǔ)能行業(yè)保持競(jìng)爭(zhēng)力。
德國(guó)聯(lián)合政府已經(jīng)在其最新預(yù)算中大幅增加了電池研究的資金，Bareiß表示還會(huì)有更多的預(yù)算。“能源轉(zhuǎn)型也是一個(gè)技術(shù)項(xiàng)目。我們希望知道，在未來(lái)幾年，我們可以在德國(guó)使用哪些技術(shù)來(lái)促進(jìn)新的增長(zhǎng)和繁榮。”
結(jié)語(yǔ)：德國(guó)的政策發(fā)展及先進(jìn)的技術(shù)使其目前保持著'可再生能源2.0技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者的地位，但德國(guó)是否能長(zhǎng)期保持這種領(lǐng)導(dǎo)地位還是一個(gè)未知數(shù)，讓我們一起在這場(chǎng)變革中看個(gè)究竟。
原標(biāo)題:德國(guó)能源轉(zhuǎn)型下的一次壯舉
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