新能源能否成为“三好学生”

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欧阳明高，湖北天门人，清华大学车辆与运载学院教授、校学术委员会副主任。1982年毕业于中南大学车辆工程专业，1993年在丹麦技术大学能源工程系获博士学位，2017年当选为中国科学院院士。长期致力于新能源动力系统研究，连续十多年担任国家新能源汽车科技专项首席专家，建立了动力电池热失控科学与技术体系。主持突破了氢燃料电池动力系统的核心技术，发明了多能源一体化混合动力系统，成果转化经济效益超过百亿元。在中国节能与新能源汽车战略规划、技术研发、国际合作及产业发展等方面作出了重要贡献。

2022年5月12日，中央宣传部就经济和生态文明领域建设与改革情况举行新闻发布会。国家发改委副主任胡祖才在发布会上表示，要大力发展新能源，在沙漠、戈壁、荒漠地区规划建设4.5亿千瓦大型风电光伏基地，8500万千瓦项目已经开工建设。大型风光基地将为实现“双碳”目标提供有力支撑。2022年第一季度，全国风电、光伏累计发电量2675亿千瓦时，同比增长10.8%，我国光伏发电并网装机容量已突破3亿千瓦大关，连续7年稳居全球首位。但是，与快速增长的装机容量相比，风电、光伏等新能源的消纳却并不风光。这两种新能源发电“靠天吃饭”，太阳会落山，风的“脾气”难以捉摸，其随机性、波动性和间歇性，使风电、光伏等新能源电力不稳定、不连续，容易引发电网波动，造成安全风险。风电、光伏如何并入电网、顺利消纳，已经成为一个世界性难题。新能源能否成为安全、经济、绿色的“三好学生”？如何突破弃风、弃光的困境，让反复无常的风电、光伏循规蹈矩，为我所用？

新能源革命的主要瓶颈

锂离子电池的发明使电动汽车发生了突飞猛进的变化，带动了可再生能源的大发展。新能源革命来了，前景无限的美好，但是很遗憾，当前新能源还当不了“三好学生”，什么是“三好学生”呢？就是既要供应安全，又要价格便宜，还要绿色环保。这就是经济学上的概念——不可能三角，就是说经济可行、绿色低碳、安全可靠很难同时满足。比如说煤炭，安全可靠，经济可行，但是很难实现绿色低碳。而新能源恰恰相反，绿色低碳，但是其他两个条件又不能完全满足，这就是现在我们遇到的一个困境。

中国新能源的主要瓶颈不是风电、光伏。我们风电、光伏技术很成熟，光伏的效率也在不断地提高，成本在不断地降低。光伏的原材料就是硅，不存在资源的问题，一个核心的问题就是储能。这里说的储能是广义的储能，就是针对可再生能源的随机性和波动性，将富余的可再生能源储存起来，当可再生能源不足的时候，通过时空变换，再把它补回去，这就是储能技术。现在光伏的产能极大，想增加产能非常简单，但是大规模推广的时候必须配储能。全世界认同的新能源革命有五大支柱：第一是可再生能源转型，尤其是光伏、风电；第二是集中式转向分布式，让每栋建筑都变成发电厂；第三是用氢气、电池来储存间歇性能源；第四是发展能源互联网技术；第五是电动汽车作为用能储能回馈能源的终端。我们可以以储能为抓手推动能源转型和新型电力系统的发展，这是中国实现碳中和新能源革命的一个重要技术路径。

如何破解储能成本偏高的现实难题

目前有效的储能方式，首先是以抽水蓄能、压缩空气储能等为主的物理储能，其中抽水蓄能在我国储能中占比最大，约占90%以上份额；其次是以锂离子电池等为主的电化学储能，其应用范围和场景不断扩大，能够与电力系统、通信基站、数据中心、轨道交通、电动汽车、智能电网等有机融合发展；另外，还有将过剩电力用来制氢，把氢存储起来作为储能的方式。截至2021年底，我国已投运电力储能项目累计装机规模46.1吉瓦，占全球市场总规模的22%，同比增长30%。现阶段我国储能存在的现实问题是成本偏高，电化学储能每度电成本在0.5元以上，光伏发电成本虽然可以做到每度电0.1元到0.2元，但是加上消纳成本，储能比发电要贵得多。

2021年，中国用于储能的锂离子电池产量32吉瓦，增长了146%。除了用电池建电站来储能外，还有一种新型的储能方式，就是把电动汽车作为电力系统的一个储能装置来储能，在用电低谷时，电力系统给电动汽车充电；在用电高峰时，让电动汽车给系统放电，这被称为车网互动。截至2021年底，中国新能源汽车保有量784万辆，其中纯电动汽车保有量640万辆，占新能源汽车总量的81.63%。如果成千上万大规模的电动汽车都参与进来，将电动汽车、充电桩与电网进行有机融合与协同，形成巨大的“电力海绵”网络，便能实现大规模、跨时空、低成本和高安全性的灵活储能。但是，车网互动是否技术可行、有利可图、机制可靠，也面临质疑和挑战。从中长期来看，有潜力、有空间，但是规模化应用还有待时日。

氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，具有能量密度大、零污染、零碳排等优点。氢储能是将太阳能、风能等清洁能源发出的电能，或夜间电网的过剩电能，通过电解水制取氢气，用储氢罐存储，需要的时候，利用燃料电池或氢燃气轮机发电返回电网的一种储能方式。它是电站调峰的有效方式，可以有效助力新能源并网，缓解区域能源分配不均问题。据统计，我国目前在建和筹建的风电、光伏制氢项目超过了40个，被专家认为发展前景广阔。

氢储能也是一种非常重要的长周期、大规模储能方式，这里的关键还是成本。氢经济性不是很好，电是直接储，氢还要电解水制成氢，效率大打折扣。但是我们要清楚氢能讲究的或者说可再生能源讲究的是全链条经济性，包括制备、储存、运输、加气、使用，全链条。发电，生产的成本低，但是储电的成本高。比如说一公斤氢可以储多少度电呢？储33度电，就算电池储1度电500块钱，储33度电也得16500块钱，但是储一公斤氢，如果在地上储，那1000块钱都不要，所以它储能的成本只是储电的1/10不到。

电池不能长周期储能，因为它有自放电，也不能大规模储能，因为成本太高，所以在电池不适合的这些地方，氢能就有它的优势。因为储能有高频的、有低频的；有小功率、有大功率；有短周期、有长周期；不同的应用场合需要不同的储能方式。电池和氢能正好互补，形成一个主流的储能方式，而其他的各种储能方式会跟配合互补，构成一个总的储能生态。

绿色化和智能化是最终目标

我国东北、华北北部、西北、西南地区是主要的风电、光伏、煤电、水电的能源基地，适宜通过建设电化学储能电站，配合特高压输电，将电送到东部沿海经济发达地区。东南部、中东部和南部，火电厂密集，适宜抽水蓄能，配合高压输电网进行输送。东部人口密集地区，适宜分布式光伏、低压配电网配合车网互动来储能和发电。未来，在新型储能关键核心技术方面，我们还要加强大数据、云计算等电网智慧调控技术攻关；电解水和燃料电池的核心材料，高效氢气制备、储运、加注等关键技术也需要取得实质性突破。

2022年3月21日，国家发展改革委、国家能源局印发的《“十四五”新型储能发展实施方案》提出，到2025年，新型储能由商业化初期步入规模化发展阶段，具备大规模商业化应用条件。在这种情况下，预计会形成万亿级的车网互动的智慧能源的市场规模。

对于储能市场未来的发展我有如下建议：第一，要明确主流储能技术的战略地位，储能是实现碳中和的关键之一；第二，要明确储能在新能源中的角色定位；第三，要加强储能相关的关键技术研发；第四，建设车网互动V2X的基础设施；第五，要健全多层次统一电力市场体系。我们最终的愿景就是迎接第三次能源革命和第四次工业革命，就是绿色化和智能化。