如何实现可再生能源的供电替代？电池储能的发展会是新的重要迈进

摘要：我们现在面临的一大挑战就是如何储存能源，而电池储能技术的发展会是新的重要迈进。有许多种能源可以用锂电池的技术起步，比如甲醇燃料电池，这是一种电力储能的解决方式。

要实现能源转型，就要解决可再生能源的全天候供电问题。

化石能源堪称全球变暖的元凶，个中危害早已人尽皆知。但关键问题是，被视为气候变化解决方案的可再生能源，能否足以顶替前者在全球电力供应上的角色。

近日，在一场主题为“替代能源：驱动未来的潜能”对话活动上，阿尔伯塔大学校长杜文彬(David H. Turpin)在会后接受第一财经记者专访时表达了相似关切：“我认为全球所有国家都面临着同一种挑战，即如何在满足公众能源需求的同时做到可持续发展。”

国际能源署预测，到2035年前中国人均能源消耗量将超过欧盟，到2040年前中国家庭的平均用电量将达到目前的两倍。可再生能源能否满足巨大的全天候供电需求?

清洁能源是大势所趋

根据研究公司彭博新能源财经的报告，尽管转型速率不同，但全球各地区都在向清洁能源的方向发展。从2010年以来，全球可再生能源的容量翻了两番达到1650吉瓦，比美国的所有发电厂加起来还多。到2050年，欧洲发电能源来源中92%都将为清洁能源，化石能源几乎不见踪影，而印度与中国两大金砖国家的这一占比将分别为63%和62%，美国则只有43%。

不过，发展中国家往往仍需要碳密集型投资或项目以减少贫困。这一客观发展规律意味着，还处在工业化进程中的国家碳排放还未到顶，也并不会自然而然地下降。在世界的发展中地区，煤炭仍然占能源消费主导地位，未来25年预计印度尼西亚燃煤发电量将增加近一倍。

好在全球对可再生能源的持续投资有利于加速扭转这一局面。根据彭博新能源财经、联合国环境署和法兰克福财经管理大学的报告，仅2018年的这一投资就达到了近2730亿美元，是燃煤和天然气发电预计开支的三倍。在大力推进下，中国与印度的煤电发电量将分别在2027年和2028年达到顶峰，到2050年，太阳能、风能和水力发电在这两国的市场份额将超过60%。

清华大学低碳能源实验室主任、教授李政就此话题对第一财经记者表示：“发展中国家仍然处在较低的生活标准下，因此发展应是其优先点。老实说，你不能期待它们从一开始就完全使用可再生能源，因为这不可能奏效。他们可以从一些可承担的经济选择开始，而这在初始阶段只能是碳密集的。不过，我们可以展望的未来图景是，当它们充分发展之后，大部分能源体系都是绿色低碳的，这是我们可以追求的方向。”

杜文彬补充介绍称：“(国际能源署)至2040年的预测表明，能源强度(每单位GDP所消耗能源量)在中国的降低速度为全球最快。接下来几年内，中国的太阳能光伏项目成本将很快低于现有和新的燃气发电站。2030年前，中国的太阳能将比新的燃煤发电站更便宜。”

尽管转型速率不同，但全球各地区都在向清洁能源的方向发展。

全天候供电的关键是更灵活的电网系统

那么，什么样的能源消费结构才是理想的，哪种可再生能源应优先被选择?

以风能和太阳能为例，经过数十年的配额、减税和上网电价补贴等鼓励，这两种能源已在全球广泛部署并逐渐提高效率。彭博数据显示，自2010年以来，风电成本减少约50%，太阳能成本则大幅缩减了85%，这使它们比世界近70%的新建燃煤及天然气发电厂都实惠。

不过，专家们普遍认为，以较为单一的解决方案回答替代能源全天候供电的复杂问题是不可取的。据彭博新能源金融调查，到2025年，可再生能源发电站的数量将大大超过非可再生能源发电站的数量，但前者相比后者的发电量却仍不可同日而语。

杜文彬告诉记者：“这其中涉及非常多的考虑因素，事实上，不同种类的能源应该被联系起来。比如说，我们往往谈起太阳能，但有时候天会黑，我们还会提起风能，但有时候风并不吹(这意味着供电供能就并不稳定)，这样的例子还有很多。所以我认为，下一代的能源重点是涉及各种能源并能满足供应需求的复杂电网系统。”

阿尔伯塔大学工程学院电气与计算机工程教授李运帷提出，没有对所有人都适用的能源。他表示：“大家都希望尽快实现能源转型，但这实际取决于可再生能源供电的渗透率(实际功率与总的负荷功率的比)现在到底有多大。”譬如说，尽管风能或太阳能这样已经存在上千年的能源可以变为本地化方案，但目前这两种能源发电仅占全球供电比例的7%。

李运帷表示：“如果需要进一步发展，我们仍然需要更多技术创新与基础设施建设。比如，现在许多可再生能源发电产生的是直流电或更低频率赫兹的电，这与现存的电网规格并不相容，未来我们要做更多直流电和交流电的转换，才能扩大可再生能源的发电规模。此外，我们也需要更智能的电网，对替代能源产生的电能进行调控。”

李运帷对记者表示：“对于增强电网灵活性，也没有单一的解决方法。重要的是，在未来我们的能源转型重点之一，是实现从中心化发电到分散化发电，在当地产电在当地消耗。这样可以减少运输途中的能源浪费和消耗，让能源变得更有效率。”

杜文彬补充称：“每一种能源都有自己的缺点，所有这些能源都有很大代价。我们的挑战是看社会如何减缓以及最小化这些成本，而这也是我们正在做的。”

越来越低成本的储能电池投资将更加火热

在全天候供电的问题上，如果可再生能源产生的电量无法合理储存，如果电池的成本太高以至于发电厂不愿意一次储存几小时的发电量备用，清洁能源就很难替代化石能源。

在这样的背景下，今年的诺贝尔化学奖授予了古迪纳夫(John B. Goodenough)、威廷汉(Stanley Whittingham)以及吉野彰(Akira Yoshino)三位科学家，嘉奖他们在锂离子电池方面的研究贡献。这种电池可以储存太阳能和风能，让无化石燃料的世界成为可能。

杜文彬告诉记者：“这是能源转型讨论中很重要的一点，因为我们现在面临的一大挑战就是如何储存能源，而电池储存技术的发展会是新的重要迈进。”

根据彭博新能源财经报告，在过去不到十年的时间中，电池价格已经下降了84%，为储能需求的急速增长提供解决方案。据该机构预测，全球储能装置从2018年到2040年将增长122倍，这期间的规模跨越将需要大量投资才能得以实现。

好在越来越低的电池成本将激励投资者对公用规模电池的投入。彭博预测，到2030年每千瓦时锂离子电池的成本将进一步降低一半。这样一来，到2050年，公用规模电池接收的投资预计将达5210亿美元，而小规模电池相比之下则只有3220亿美元。此外，以吉瓦做单位衡量，近四分之三的全球储能装置市场正由10个国家占据。到2040年，中国和美国将遥遥领先，而目前的主要市场韩国将失去其地位。其余重要市场还包括印度、德国、拉丁美洲、东南亚、法国、澳大利亚和英国等。

李运帷也对第一财经记者补充道：“有许多种能源可以用锂电池的技术起步，比如甲醇燃料电池，这是一种电力储能的解决方式。但除此之外，你必须用一种聪明的方式控制负载量，让负载量是可调节的。总而言之，这里没有单一的解决方式，必须综合起来使用。”