#薦書#清潔能源的世界
以往對于可再生能源與傳統能源的比較，主要關注是發電成本，而忽略了電網成本和電網大規模接入的技術可行性。如果沒有儲能技術，由于風能和太陽能都具有的波動性和間歇性，電網難以大規模消納可再生能源，而“儲能+可再生能源”建立獨立微電網（分布式），可以擺脫并網對可再生能源的約束，還可以解決中國城市分布式能源發展的物理和產權約束；由清潔能源提供電力的電動汽車將在消費側進行大規模能源替代。這一清潔能源系統中，儲能技術是核心，鑒于儲能對于未來人類能源發展的重要性，中國不能落后于其他國家，政府應把對儲能技術發展的重視程度提高到至少與可再生能源相等同的地位。
可再生能源發展
中國政府的目標將2020年非化石能源占一次能源消費比重提高至15%，為滿足這一目標，政府近年內還將從政策上大力支持可再生能源發展。太陽能最具發展潛力，經過政府與太陽能相關行業十余年的努力，2014年光伏發電累計裝機達到28GW，僅次于德國的38GW，居世界第二位；并網發電250億千瓦時，相當于三峽的1/4的電量。
可再生能源的固有缺陷，使得大規模接入電網將會影響到電網的穩定性和安全性，因此大規模接入將大幅度提高電網成本。可以說，制約可再生能源大規模發展的主要因素已經不是發電成本，而是電網對其的接納能力和電網成本，而儲能技術是破解這個難題的關鍵。
中國太陽能發展還是面臨許多困難。首先是收益問題，據測算，2014年中國西部集中式光伏收益率與德國同期光伏發電收益相當，而東部分布式收益則不到一半，這與目前太陽能發展“集中熱、分布冷”的實際情況相印證。西部集中式光伏日照小時數高，規模成本更低，雖然并網和送出成本高，但是并網成本基本上由電網承擔。中東部分布式光伏發展動力不足，需要更高的上網電價，或是更高的終端電價來刺激分布式光伏。另外，國外居民屋頂是分布式主要的安裝形式，中國城市分布式光伏面臨安裝的物理限制和產權問題，而中國農村則缺乏分布式發展所需的投資。
儲能是可再生能源發展大規模發展的關鍵
曾幾何時,儲能技術還只是科學家們的討論，美國的特斯拉（Tesla Motors）一下子把儲能技術和大眾拉近了。特斯拉于今年4月份推出了幾款商業化的鋰電池，涵蓋了從家用級一直到電網級的不同產品，對應的存儲規模從7千瓦時一直到10千千瓦時以上。雖然特斯拉電池從技術上似乎沒有太多創新，但其最大的特點在于電池平衡系統和成本上的優勢。以特斯拉電池的成本為例，在6%的貼現率下，當充放電的價差在1元千瓦時以上時，電池投資就可以收回成本。中國許多地區峰谷電價差都已經大于1元千瓦時，這些地方的儲能投資已經能夠帶來收益，雖然還不是很好的回報。電池儲能已經具備經濟上的吸引力。
鋰礦的稀缺性可能制約鋰電池發展。根據特斯拉的數據，全球每年生產的鋰電池僅夠50萬部電動汽車，鋰資源儲備滿足電動汽車已經很困難，更不要說用來支持大規模分布式和微網儲能。因此，未來鋰資源的地位，有可能相當于今天的石油。目前鋰資源相對豐富的國家，如智利、玻利維亞、中國和澳大利亞等，則將有可能掌握全球能源的命脈。如何保護鋰資源也是政府應該政策上提前布局的重要方面。
電池生產和使用過程中會涉及到環保和回收。對于環保問題，鋰電池可能帶來的危害的主要是其正極材料中含有鈷、鎳等重金屬，及電解液中含有的氟。但這些物質都是封裝在電池里，正常使用不會帶來環境影響，即使發生破損泄露也只是電解液流出，不會造成重金屬污染，而且目前有成熟工藝能夠使用無毒的磷酸鐵鋰電極。對于電池回收，鋰電池外殼是金屬或塑料，電極含有鋰、重金屬和石墨，電池內部還有銅、鋁等材料，這些都具有較高的回收價值。最近有報道Jay Whitacre的團隊為了證明他們開發的鹽水電池安全環保，創始人Whitacre甚至吃了一塊電池的電極。
擺脫可再生能源發展約束：微電網
真正擺脫可再生能源的電網約束和分布式能源物理約束是微電網。“儲能+可再生能源”建立的獨立微電網本身是一個完整的自我控制系統，可以與電網分離運行。由于其能夠徹底擺脫對于傳統能源和大電網的依賴，可以實現靈活按微小區域劃分的電力自足系統。
“儲能+可再生能源”的獨立微電網代表能源行業發展和人類能源供需的未來。一方面，應對氣候的低碳發展將迫使人類發展清潔的可再生能源。另一方面，由于保證供電可靠性和供電質量要求解決可再生能源的穩定性問題；以及由于解決目前可再生能源嚴重的市場消納困難和遠距離輸電成本，需要盡可能在靠近負荷中心設立電源，微電網可以減少分布式能源的種種缺陷和約束（如物理空間和產權），更具有經濟性。
由于概念簡單，“儲能+可再生能源”的獨立微電網的可行性主要是成本約束，就是儲能成本和可再生能源的成本。一般說，只有儲能成本加可再生能源成本小于傳統能源成本加輸配電成本時，這種模式才具備基本的經濟驅動力，還需要多年的技術進步。由于對能源行業帶來的可能沖擊巨大，傳統的能源企業務必要小心。
舉一個簡單例子。根據廈門地區的光照數據、光伏發電15%的效率、2014年廈門人均生活用電，和廈門大學本部光伏發電可利用面積，采用光伏發電每年可發電量約為5000萬千瓦時；如果師生4萬人和人均年用電量1250千瓦時，光伏發電+儲能技術+微電網可以滿足教學與生活用電需求。
可再生能源消費側大規模替代：電動汽車
從2005到2014年的十年間，中國汽車消量年均增長16.9%。國際上一般的經驗是：從汽車開始進入家庭到普及大致需要20年的時間。從人均GDP進入1000美元開始；當人均GDP達到3000美元的時候，汽車消費開始成為一種時尚；當人均GDP達到4000和5000美元之間，每千戶居民汽車擁有量可以超過200輛，進入汽車大眾消費時代。中國2014年人均GDP接近7600美元，但是每千人擁有汽車約為113輛，汽車增長的依然潛力巨大。從存量和增量角度說，在消費側，可再生能源替代潛力最大的是電動汽車。
為什么需要替代？中國石油對外存已經超過60%，由于國內石油產量已基本達峰值，石油需求增量主要依賴進口，需要通過石油替代保障能源安全。另一方面，中國的城市汽車尾氣排放正成為城市最重要的污染源之一，電動車的發展對改善城市環境有重要作用，有益于霧霾治理；電動汽車還是低碳轉型的重要一環，與傳統燃料汽車相比，電動汽車提供了通過能源結構改變（減少煤炭，增加清潔能源）減少碳排放的可能性。
粗略計算，按電動汽車綜合效率85%，2014年汽油柴油消耗換算起來需要電力1.35萬億千瓦時。如果由光伏供電，根據國土部2008年的數據，全國土地中居民點及獨立工礦用地面積為26.9萬平方公里，其中只需要利用2.6%就可以滿足電動汽車的電力需求。
電動汽車發展的問題很多，發展相對緩慢。除了充電設施和其他支持政策問題，儲能技術(電池)是主要發展障礙。電動汽車和儲能技術將是石油強有力的替代品，長期而言，油價的最大威脅可能來自于電動汽車和儲能技術。儲能技術將使風電太陽能對傳統化石燃料的大規模替代成為可能，因此，電動汽車、儲能技術和風電太陽能的結合，可以形成對石油的清潔有效替代，而且同時滿足保障能源安全、霧霾治理和低碳發展等多重目標。雖然電動汽車和儲能技術的發展目前還沒有對石油替代產生實質性影響，但近年來電動汽車和儲能技術進步迅速，作為石油替代的威脅越來越明顯，長期而言電動汽車發展的石油替代是中國減少石油對外依存的最重要方面。
國際儲能技術發展現狀和國內政策支持
“可再生能源+儲能+微電網”離實現大規模應用，可能還有一定的距離，但并非遙不可及。目前中國已投入運行的儲能裝機容量大約為23.6GW，排在世界的第二位，當中絕大部分都是抽水儲能，但是電池儲能的裝機容量僅相當于美國的1/6。中國也是一個電池生產大國，鋰電池產能占全球的27%。但是，與國外的先進水平還存在差距，就是通常說的整體“大而不強”。電池的上游原材料及下游的系統集成和應用方面，處于相對較低的水平；高附加值的隔膜主要從美國和日本進口；由于電池性能與日本和韓國仍有差距，導致了高端市場的占有率持續萎縮。國內儲能發展的技術路徑似乎不清晰和缺乏整體規劃，今年1-7月僅動力鋰電池項目就吸引了超過400億元的投資，而另一方面，電池行業的虧損面在擴大。
對儲能的發展需要有清晰的戰略規劃和政策措施。政府多個部門已經啟動了儲能“十三五”規劃課題研究，也出臺了相關的支持政策。但是，基于目前儲能技術發展現狀，政府可能需要加大力度，包括考慮對儲能投資(包括儲能研究)給予直接補貼或稅收抵免，以及由政策性銀行提供優惠利率的貸款。
政府還需要營造一個支持儲能發展的市場環境。目前市場機制存在不足，比如儲能的價值沒有得到合理的補償，雖然一些地區實行峰谷電價，但峰谷時間段的劃分及相應電價的制定還缺乏經濟合理性。因此，政府可以結合目前的電力市場化改革，采用更加靈活的電價機制，用市場化的手段促進儲能發展，如擴大峰谷電價實施的范圍和優化電價，設定儲能電價，允許儲能作為電源接入電網等，以及對儲能的電網調頻給予合適補償，等等。
在微觀層面政府也可以大有作為。對于儲能產業鏈中具有規模經濟效應的鏈條，集中資源做大做強幾家優勢國有公司。逐步提高可再生能源的接入標準，要求企業必需配置一定的儲能容量等方式，來滿足供應的穩定性；還可以通過促進微電網的發展來間接促進儲能技術發展。此外，在儲能技術的研發與應用上，支持企業和高校聯手，重視系統集成等薄弱環節的支持力度。鼓勵更多的儲能投資將有益于推動儲能技術突破，降低儲能成本。
本文摘編自林伯強編著《清潔能源的世界》（北京：科學出版，2016.09）一書“前言”部分。
由于風能和太陽能都具有的波動性和間歇性，電網難以大規模消納可再生能源，而"儲能+可再生能源“建立獨立微電網（分布式）可以擺脫并網對可再生能源的約束，還可以解決中國城市分布式能源發展的物理和產權約束；由清潔能源提供電力的電動汽車將在消費側進行大規模能源替代'這一清潔能源系統中，儲能技術是核心，鑒于儲能對未來人類能源發展的重要性，中國政府應把對儲能技術發展的重視程度提高到至少與可再生能源同等的地位'本書提出清潔能源的人類遠景，并對國內外現階段發展的相關問題進行綜合比較和細致梳理。
本書供能源和環境經濟學學者(工作在能源環境領域第一線的工作者以及社會各界對能源環境問題和政策感興趣的廣大讀者分析解讀。?
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