歐陽明高院士談儲能：儲存“風光”，路在何方？

“十四五”降碳成為戰(zhàn)略重點，能源革命、謀篇布局把握綠色發(fā)展機遇。風電光伏增長迅猛，棄風棄光困擾發(fā)展，究竟是何原因？牽一發(fā)而動全身，如何突破儲能瓶頸，打通新能源最后一公里。2022年6月19日《中國經濟大講堂》減碳在行動 特邀中國科學院院士、清華大學教授為我們講述儲存“風光”，路在何方？

歐陽明高，中國科學院院士、 清華大學教授，長期致力于新能源動力系統(tǒng)研究，連續(xù)十多年擔任國家新能源汽車科技專項首席專家，建立了動力電池熱失控科學與技術體系。他主持突破了商用車氫燃料電池動力技術核心技術，發(fā)明了多能源一體化混合動性，成果轉化經濟效益超過百億元，在中國節(jié)能與新能源汽車戰(zhàn)略規(guī)劃、技術研發(fā)、國際合作及產業(yè)發(fā)展等方面作出了重要貢獻。

歐陽明高指出，風電光伏技術很成熟，一個核心的問題就是儲能。

01 新能源還不是“三好生”

大家知道，鋰離電子電池的發(fā)明，使電動汽車發(fā)生了突飛猛進的變化，帶動了可再生能源的大發(fā)展，新能源革命來了，前景無限地美好。但是很遺憾，當前新能源還當不了“三好生”。

什么叫“三好生”呢？就是既要供應安全，又要價格便宜，還要綠色環(huán)保，這就是我們經濟學上的概念，所謂的“不可能三角”。就是說經濟可行、綠色低碳、安全可靠，很難同時滿足。比如說我們的煤炭，安全可靠吧 ，經濟可行吧， 但是它綠色低碳不太好，而我們的新能源恰恰相反 ，綠色低碳 ，但是其他兩個又不完全滿足，這就是現(xiàn)在我們遇到的一個困境。

02 “靠天吃飯”，影響電網安全穩(wěn)定

我們現(xiàn)在講的新型電力學，它就是以風電和光伏為主體的電力系統(tǒng)，大家通常說風電光伏這個價格已經比煤電價格還低， 這個指的是發(fā)電的價格，實際上我們真正要用的時候，還會遇到一系列的問題。

比如說風電光伏，它是靠天吃飯，一會兒多，一會兒少，不可能24小時發(fā)，每天供需不平衡，整年也是不平衡的，區(qū)域是不平衡的。電網有一個原理：就是時時要平衡，它才能穩(wěn)定。所謂穩(wěn)定性問題，比如說負荷變大，發(fā)電的電功率不夠，一般交流電的頻率是50Hz，如果出現(xiàn)這個問題，交流電頻率會下降。我們在發(fā)電側，比方說燃氣輪機、蒸汽輪機、它的鍋爐的運行可能就不正常了；比方說變電站，它的變壓器就有可能也運行不正常了，它會發(fā)熱等。

那么這樣一來，我們電網就會要斷電了，它會引起我們電網的波動，頻率的波動帶來電網穩(wěn)定性的喪失，就會導致停電的事故。美國的德州大停電同樣也是因為頻率下掉過于厲害，中國的湖南省在2020年冬季也遇到這個問題。那個時候，正好冬天比較冷，所以我們的電力負荷達到的歷史新高，受到汛期光照極寒天氣的影響，我們風電光伏發(fā)出來的電達不到預期。它的出力變小，而火電機組又裝機不足，所以導致無法滿負荷運作。好在我們中國各省區(qū)有國家電網系統(tǒng)，全國協(xié)同一致，抑制這個問題沒導致大停電。

03 風電光伏發(fā)電成本低，但電價卻不便宜

還有我們電網的穩(wěn)定性，需要附加的調頻、調壓、調峰等，也需要付出成本。還有電網由于波峰波谷特別大，那么我們要按照波峰最大功力來設計電網的話，那我們成本也要增加。

因為不平衡，我們就要給他配套一些東西來補償它。它沒有的時候，我們就得頂上去，所以這三部分成本，我們就叫上消納成本，我們這個風電光伏發(fā)電的成本是可以平價上網，但是并不等于平價利用，因為消納成本會導致電價上升，如果加上這個成本，那么我們可再生能源比煤發(fā)電還是要高的。

德國是率先實現(xiàn)可再生能源的發(fā)電比例超過50%的國家，按道理風電光伏發(fā)電應該也是比較便宜。但是，他原先的那些火電廠、煤電廠、燃氣輪機組都還要，并沒有拆。因為這些機組作為靈活性調節(jié)正好是來做補償這些風電光伏的波動和隨機性 還有用來調頻調峰，所以這些成本加上來之后，那么實際上總的電價是上升了，不是下降了。

04 儲能是新能源革命的瓶頸

新能源革命的主要的瓶頸是什么呢？

我們中國新能源的主要瓶頸不是風電光伏，風電光伏技術很成熟，我們光伏的效率在不斷的提高，成本在不斷的降低。因為我們光伏的原材料就是硅，這個不存在資源的問題，一個核心的問題就是儲能， 我這里說的儲能是廣義的儲能。那就是我們針對可再生能源的隨機性和波動性，將富余的可再生能源它存起來。當可再生能源不足的時候，把這種能量通過時空變換，再把它補回去，這就叫儲能技術。

我們光伏的產能極大，想增加產能非常簡單，但是你大規(guī)模推廣的時候，必須要配儲能，全世界認同的新能源革命有五大之柱，第一項可再生能源轉型，尤其是光伏風電；第二個就是集中式轉向分布式，讓每一棟建筑都變成發(fā)電廠、微型發(fā)電廠；第三條就是用氫氣電池來儲存間歇性能源；第四就是發(fā)展能源互聯(lián)網技術。

還有一個就是電動汽車作為用能、儲能回饋能源的終端，我們可以儲能為抓手來推動能源轉型和新型電力系統(tǒng)發(fā)展。這是我們面向碳中和，中國新能源革命的一個重要的技術路徑。

05 提升電池循環(huán)壽命，可以有效降成本

目前，中國隨著電動汽車的普及，我們電池的產業(yè)規(guī)模越來越大。預計2025年，中國的電池產能會達到年產30億千瓦時，要注意我們儲能要的連3億千瓦時都不要，所以我們儲能所需要的電池的量跟電動汽車比大概差一個數，那就是1/10，對儲能就夠了。

同時我們從整個需求來看，實際上我們2025年從電動車的角度，也就是10億千瓦時就夠了。我們總的產能規(guī)?，F(xiàn)在占了全球70%，是全球最大規(guī)模的，而且我們的質量也是位居前列的。

所以隨著我們規(guī)模的上升，我們的車用動力電池的成本也將會不斷的下降，壽命也會不斷的提升。比如說我們現(xiàn)在的儲能電池循環(huán)壽命大概是在5000次到8000次，我們五年之后，我相信超過循環(huán)壽命1萬次是非常容易的，未來循環(huán)壽命可能會到15000次也是完全做得到的。所以隨著壽命的上升，其實對于單次儲能的成本當然也是下降的 。

06 制造鋰離子電池的資源有充分保障

當然大家會擔心一個問題：這個材料夠嗎？最近碳酸鋰不是價格猛漲，漲了十倍， 從過去的4萬多漲到了40多萬。這個問題實際上是一個由于近期產能大規(guī)模上升，所以導致的一個近期的波動，并不代表長期的趨勢。

從資源的角度看，我們資源是足夠的，而且我們新發(fā)現(xiàn)的資源還在不斷地提升。2020年相比2015年，我們可采資源的探明儲量提升了四倍，下面還會繼續(xù)提升。如果按照目前的資源，我們可以做多少電池呢？我們可以做2270億千瓦時的電池，如果做電動車，一輛車100度電，我們也可以做22億輛，這是足夠的，我們其實總體看資源是有保障的。當然供應的安全、偶爾的波動也是我們需要關注的問題，這是國家將來的材料安全必須采取措施的地方。

07 避免電池事故，要靠技術水平與安全規(guī)范

鋰離子電池是一個非常好的儲能裝置，用途很廣，性能也很優(yōu)異，但是它有一個問題，那就是它會出現(xiàn)熱安全安全事故。電池熱安全事故的一個共性特征，我們叫電池熱失控。電池需要在一個正常的溫度范圍內才能進行正常的充放電，一般來講 這個溫度范圍是零下二三十度到零上三五十度，超過這個一般來說就有風險。到了多少度會出現(xiàn)問題呢？一般來說，接近100攝氏度的時候就會開始有一些非正常的副反應。國家監(jiān)控平臺是對電動汽車安全全監(jiān)控的，從這幾年的數據來看，發(fā)生事故的概率大概是萬分之0.5。其實這個跟傳統(tǒng)車——燃油車燒車事故是大體相當的。

相反，我們電動車實際上是比較簡單的，反倒是死亡的人數比較多。統(tǒng)計表明， 2021年發(fā)生了1.8萬起的事故，死亡了57人，傷了157人 。這個問題形成了一個社會關注的熱點問題，是政府重點抓的一件事情。

那么從技術角度來講就說明技術水平、安全規(guī)范是起決定作用的。至于集中式儲能電站，它的電池容量的規(guī)模就是非常大的，一般都在1萬度電以上，我們對儲能電站要有更好的技術水平，更完善的技術保障體系才能防止它的事故發(fā)生。

08 三大“法寶”保障儲能電站的安全

對于儲能電站的應用安全性怎么解決呢？

我們主要有三條途徑，一個就是針對在使用過程中的各種各樣的誘因，比如說過充慢慢電池中間有一些顆粒，會造成內短路，熱管理系統(tǒng)不好，過熱了，比方說夏天一般燒車的事故會增加。對于這樣一些問題，我們要通過主動監(jiān)控預警的方式來發(fā)現(xiàn)它，這就叫主動安全技術。

第二個我們本質安全就是電池本身的安全性要好，要從電池的正負極材料的選擇、電解液的選擇、隔膜的選擇以及整個設計制造過程來保證它。

第三個就是一旦我們本質安全出了點問題，由于各種誘因它沒扛住，就像我們人一樣它感染了，那怎么辦呢？我們最好不要讓它傳染，電池系統(tǒng)是由很多個電池組成的，那么最好不能讓它蔓延，這是最后一招來阻斷他的蔓延，保證你就算是有誘因 就算是有一個電池發(fā)生的問題，但是整個系統(tǒng)沒問題，這就要靠我們的隔熱散熱 還有消防來解決。（這就是被動安全技術）

09 電動汽車能變成電網的充電寶

我們一般的時候是電網給車充電，我們現(xiàn)在也可以用車給電網充電，把車變成電網的充電寶，這不就雙向了嗎？也就是說，這個車既可以充電又可以往回放電，這就叫車網互動。比如說大家都在下班的時候六點鐘來充電，那這電網是受不了的，但如果我們后半夜充電，我們反倒是把后半夜那個波谷給它填了，而我們的波峰還沒有，所以這就叫削峰填谷。這個還不是車網互動，只是有序充電，也就是我們用一個后臺來調度大家充電，我們叫廣義的車網互動，有序充電到車網互動，有序叫V1G單向的，車網互動是叫V2G雙向的。

10 車網互動能為多方贏得收益

那么我們還可以擴展到什么呢？就是車跟車充電，車跟房子、車跟建筑、車跟微網 都可以互動，不一定非要只是跟大電網互動，所以這個靈活性非常非常的大，我們這個用戶是有收益的，而且可以創(chuàng)造很多就業(yè)機會。大家這么多車，他要聚合起來 有很多人會辦這個公司。而且政府也可以參與建立后臺，國家電網也會參與調動，大家都有收益。

那我們比較一下我們電動汽車儲能，跟前面說到的像現(xiàn)在的這種固定式儲能電站相比有什么特點呢？第一成本低，我們電動車本來就是買來的，已經是買了出了錢的；第二呢風險低，因為我們電動車的安全事故不會有特別大的事故，因為它電池比較少，當然技術難度有提高。

大家會疑問呢？我這個車又開車又儲能，那個電池就廢了對吧，實際上，我們現(xiàn)在的電池壽命是富余的。如果每次滿電跑500公里的電動車，你要是1000次（滿充滿放）循環(huán)的壽命，你能開多少呢？50萬公里。你要2000次的循環(huán)壽命，100萬公里。而一般來講，私家車一年也就開1萬多公里，我們十年，也就是一二十萬公里，所以我們電池的壽命是富余的。

另外我們90%的時間車都是停著的，所以在90%這個時間是可以用來進行車網互動賺取收益的。我們一輛車的力量是很小的，如果把所有的車合起來就大了。

11 2030年后車網互動儲能總量將超過儲能電站

我們現(xiàn)在預計2040年，中國大概會有三億輛電動車，如果每輛車平均是65度電，那3億輛車是200億度電，我們車上可以裝200億度電。200億度電是什么概念？我們今天全國每天的用電量就是200億度，也就是說我們車上電池能裝的電夠我們全國用一天。當然了，我們并不能把所有這些拿過來出來，但至少一半是可也就是100億度這也很大很大了，100億度已經是我們現(xiàn)在儲能，當前來看那是幾十倍。

另外，從調節(jié)功率來看，如果每個充電樁15個千瓦，那么最后就會有30億千瓦。30億千瓦什么概念？我們2040年的非化石能源裝機的一半，大概也就是30億千瓦，這個也是足夠大的。關鍵是我們怎么把它能夠聚合起來，那么大家會問，這玩意好不好裝進去啊？其實很好裝，我們現(xiàn)在的國家標準、規(guī)范都有，那也就是電動汽車接入電網，參與能量互動已經具備良好的電網硬件基礎和設計方法。

大家會說這個成本多少啊？其實成本并不高，只是把充電樁由單向變成雙向就可以了，所以其他都是軟件升級。2030年之前，我們預測儲能電站還是一個主體，在總量上一定會比車網互動要多，因為車網互動我們還需要一個發(fā)展的時期。那么到2030年的之后，首先是我們電動車的數量會極大的增加，另外，我們新基建經過一段時間的發(fā)展，它也會發(fā)展起來。所以由于它的成本低、安全性好、量大，它在儲能中，尤其是我們用戶側儲能中占有很大的比例。所以逐步的會在總量上超過儲能電站。

12 車網互動離不開電池技術的創(chuàng)新

隨著今后的發(fā)展，我們還有不斷的電池技術的創(chuàng)新，比如說大家現(xiàn)在寄予厚望的固態(tài)電池。從固態(tài)電池目前的研發(fā)看，有三種技術路線，氧化物、硫化物和聚合物。硫化物是我們車用全固態(tài)電池的主要選擇。因為硫化物是在中間離子導電率最好的一種電解質，現(xiàn)在還有很多的技術難題需要克服，我們預計到2030年全固態(tài)電池占整個電池的量不會超過1%；在2030-2060年，我們現(xiàn)有的鋰離子電池仍然會繼續(xù)發(fā)展。

目前用的儲能電站的電池，比方說磷酸鐵鋰電池本身就是一種非常好的低成本、安全、長壽命的電池，所以我們對它也寄予了很大的希望，磷酸鐵鋰電池是完全中國自主的、不要鎳不要鈷，仍然是最佳選擇之一。

13 除了交通，氫儲能還有更廣闊的的應用

我們現(xiàn)在基本上都是純電路轎車，那么燃料電池轎車會不會來取代它呢？我個人的觀點還會是純電動轎車是轎車的主體，燃料電池轎車要想取代是有難度的，關鍵的是使用的成本和方便性。因為我們純電路轎車已經能滿足轎車所有的需求，成本很低、直接用電。你用氫，如果用可再生能源制氫，能源利用效率只有25%，但是我用電我們可能是75%，這兩者就差別非常大。

那么這種差別就會導致成本的增加，另外加氫的方便性跟充電比的話，大家可能覺得現(xiàn)在充電不是很方便，我相信今后充電會越來越方便，比大家加油還方便。至于我們的壽命，我們的續(xù)航，這已經都不是問題。

當然，燃料電池在轎車上不一定是最好的選擇，并不等于其他方面也不行，我們將來遠洋貨輪，它一定是用氫的，我們的飛機也是會用氫燃料，另外我們還有重型卡車，還有很多無人機也都是它好的應用方面。

所以我們看氫能以前都局限在交通，事實上，氫能是一個更大的概念，不僅僅是交通，氫能交通只是氫能的先導，燃料電池轎車只是氫能交通的先驅，所以我們一定要搞清楚，這是一個氫能戰(zhàn)略，是一個大戰(zhàn)略。

14 氫生產成本比電高，儲存成本比電低

氫儲能也是一種非常重要的長周期大規(guī)模儲能方式，那么這里的關鍵我們前面說了還是成本，氫經濟性不是很好，電是直接就儲了。你這個氫還要電電解水制成氫，效率大打折扣。但是我們要記住，氫能講究的或者說可再生能源講究的是全鏈條經濟性，包括制備、儲運、運輸、加充、使用全鏈條。

發(fā)電我們是生產的成本低，但是我們儲電的成本是高的，比如說我們1公斤氫可以儲33度電，就算你電池儲1度電500塊錢，你儲33度電也得15000塊錢了，但是我們儲1公斤氫， 如果在地上儲，那1000塊錢都不要，所以它儲能的成本只是儲電的1/10不到。電池不能長期儲能，因為它有自放電，也不能大規(guī)模儲能，因為儲能電池的成本太高，所以在電池不適合的這些地方，氫能就有它的優(yōu)勢。

因為我們儲能有高頻的、有低頻的，有小功率、有大功率，有短周期、有長周期，不同的應用場合，需要不同的儲能方式，電池和氫能正好互補，形成一個主流的儲能方式。而其他的各種儲能方式，會跟他配合互補，形成我們總的一個儲能生態(tài)。

15 多種氫儲能儲運方式各顯神通

我們有各種各樣的氫能的儲運技術，比如說西部過來的長距離幾千公里，一個靠管道，另外一個我們也可以用特高壓先輸電，輸完電到東部再制成氫，也是可以的。因為我們現(xiàn)在特高壓輸電1000公里每度電只要幾分錢，它是很便宜的。我們貴的是配電網比較貴，這個特高壓長途輸電是比較便宜的，所以我們在特高壓下到配電網的時候，在那個地方制氫，其實是有競爭性的。

當然，我們還有其他的方式，比如說我們把它變成液氨，液氨什么東西？我想大家都明白，我們很多縣里面都有化肥廠，它就是用氨水做的嘛，味道不太好聞，但是呢，它整個的基礎設施、制作方法都是成熟的，它最大的優(yōu)點就是儲氫密度極高 。高達什么程度呢？大家知道，豐田的燃料電池轎車用的700個大氣壓的氫瓶。100公斤的瓶子儲多少氫呢？5公斤氫如果我們把它變成液氨，100公斤可以處17 .8公斤氫，所以它有絕對的儲氫密度的優(yōu)勢，而且運輸便利、產業(yè)技術好，使用方式靈活。

16 氫燃料代替煤，讓火電廠實現(xiàn)低碳排放

我們最后要把它用于發(fā)電來完成從電到氫，再從氫回到電，把電多余的存起來，電少的時候，我們再放回去，這就叫儲能。那么我們怎么放回去呢？我們可以用各種方式發(fā)電發(fā)回去，我們也可以把它制成氨水到煤電廠，但知道我們說碳中和并不一定是要把火電廠消滅，我們是要把碳減下來，比方說火電廠，現(xiàn)在很多火電廠它都是熱電聯(lián)供的，關鍵的問題它的燃料是煤，你可以把碳捕捉下來，你也可以把煤，變成氨或者氫，它就不會碳排放了。所以這也是一種將來我們火電廠改造的方式 。

17 人人都是能源的消費者，也是能源的生產者

在未來中國的電力和儲能市場，會出現(xiàn)新的業(yè)態(tài)，那就是人人都是能源的消費者，也同時是能源的生產者。比方說用電動汽車儲能，充電的時候要花錢，放電的時候要賺錢，花錢的時候我用低價的電，那么我賣電的時候是高價賣電，這樣來賺出收益，這就是未來的能源生態(tài)圈。

大家會說你究竟怎么運營？各式各家的，我們這是一個運營的模式，就是從上自下，我們電網公司會有調度來進行指令下達，下達之后，我們有很多個聚合商會響應這個指令來進行聚合，那么我們物業(yè)的綜合體就取電售電，最后到我們各個車主 分成的網絡。

再打一個比方，我們怎么聚合呢？相當于開一個炒電的股市，或者說炒電的期貨，那就是我們每一個車主都是散戶，你可以開戶，而我們的聚合商來撮合這個供需 。你就入市交易，就跟賣股票一樣，逢低買、逢高賣，我買那就是充電，我賣就是放電，這實際上跟我們炒股是一樣的。

我們要方便的實施，我們需要建立集能源互聯(lián)網的全國虛擬電廠，我們把它聚合起來相當于是一個聚沙成塔的過程。該什么情況下賣、什么情況要買，不需要你天天來干這個事，你只需要把這些想法規(guī)則告訴它，會自動的進行，不需要你做太多的事情。所以我們將分布式的電力交易會完全的市場化來進行實時的交易。那么，在這種情況下，我們預計會形成萬億級的車網互動的智慧能源的市場規(guī)模。

18 加強關鍵技術研發(fā)，讓儲能從配角變成主角

我作一個儲能市場發(fā)展的綜合建議：首先，我們要明確主流儲能技術的戰(zhàn)略地位，是實現(xiàn)碳中和的關鍵之一；第二我們要明確儲能在新能源中間的角色定位；第三就是要加強儲能相關的關鍵技術研發(fā)；第四就是建設車網互動V2X的基礎設施；最后就是要健全多層次統(tǒng)一電力市場體系。

我想我們最終的愿景就是迎接第三次能源革命和第四次工業(yè)革命，就是綠色化和智能化。謝謝各位！

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