德國近日再現“負電價(jià)”的消息一度在社交媒體上引起熱議，2024年歐洲多國更是多次出現類(lèi)似情況。美國《華爾街日報》分析稱(chēng)，造成歐洲“負電價(jià)”頻現的根本原因，是不穩定的太陽(yáng)能和風(fēng)能等可再生能源沒(méi)有匹配的儲能設備支持。這也為各國發(fā)出明確警告：未來(lái)必須大規模發(fā)展儲能技術(shù)，才能為可再生能源的推廣“保駕護航”。
電動(dòng)汽車(chē)也能“儲能”
路透社稱(chēng)，由于風(fēng)能發(fā)電量遠超需求，1月2日德國隔夜市場(chǎng)出現4小時(shí)通俗意義上的“負電價(jià)”，發(fā)電商需向用戶(hù)付費消耗過(guò)剩電力。據統計，此前歐洲已經(jīng)多次出現類(lèi)似情況：2024年德國“負電價(jià)”時(shí)長(cháng)達468小時(shí)，同比增60%;法國為356小時(shí);西班牙去年也首次出現“負電價(jià)”，總計247小時(shí)。然而與“負電價(jià)”狀況頻出對應的，是歐洲多國也多次出現電價(jià)飛漲的情況。報道稱(chēng)，出現這種局面的根本原因是歐洲清潔能源快速增長(cháng)對于當前電網(wǎng)格局的沖擊。例如去年12月歐洲經(jīng)歷持續多日的無(wú)風(fēng)天氣和陰天，導致太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電陷入停滯，但轉眼又出現強風(fēng)天氣，使發(fā)電量激增。由于歐洲配套的儲能設施遠遠無(wú)法應對如此大規模的電能，導致新增發(fā)電量出現“用不掉又存不下”的困境。
為應對這種局面，新建儲能設施被認為是最有效的辦法。歐洲光伏產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì )發(fā)布的《歐洲儲能市場(chǎng)展望2024-2028》行業(yè)報告顯示，2023年歐洲儲能市場(chǎng)新增裝機容量為17.2吉瓦，累計裝機達35.9吉瓦。但該報告預計，2030年歐洲可能需要超過(guò)100吉瓦的儲能裝機容量才能平衡電力供需，目前差距非常巨大。
當前歐洲主要依靠電化學(xué)儲能設施，利用具有較高能量密度的儲能電池將太陽(yáng)能或風(fēng)能發(fā)電設備產(chǎn)出的電能存儲起來(lái)，需要時(shí)再穩定釋放，或者作為電網(wǎng)的調峰負荷平衡工具。據介紹，儲能電池針對不同應用場(chǎng)景，又分為功率型、容量型、備用型和能量型等不同類(lèi)型?！稓W洲儲能市場(chǎng)展望2024-2028》報告顯示，歐洲電化學(xué)儲能設施中，大部分都屬于小型的住宅儲能系統，例如德國儲能市場(chǎng)將從2023年的8吉瓦時(shí)快速增長(cháng)到2030年的38吉瓦時(shí)，其中住宅儲能超過(guò)一半。但相關(guān)研究發(fā)現，為滿(mǎn)足個(gè)人用戶(hù)需求而設計的住宅儲能系統電池受成本限制，容量相對較小，例如個(gè)人用戶(hù)的光伏發(fā)電系統在太陽(yáng)升起后的幾小時(shí)就會(huì )充滿(mǎn)配套的住宅儲能系統，無(wú)法真正起到“白天充電、夜晚放電”的電網(wǎng)調峰作用。為擺脫這種困境，歐洲正在興建大規模電網(wǎng)側儲能設施，在降低儲能成本的同時(shí)，也能更好地發(fā)揮調峰的作用。
目前全球其他國家也在建造類(lèi)似的大規模電化學(xué)儲能設施。美國特斯拉公司首席執行官馬斯克曾多次表態(tài)稱(chēng)，“從長(cháng)遠來(lái)看，特斯拉能源部門(mén)將與特斯拉汽車(chē)部門(mén)大致相當?？傮w來(lái)說(shuō)，能源業(yè)務(wù)比汽車(chē)業(yè)務(wù)更大。”2025年1月3日，特斯拉上海儲能超級工廠(chǎng)項目通過(guò)竣工驗收，該廠(chǎng)將生產(chǎn)超大型商用儲能電池Megapack，后者是迄今為止世界最大的電化學(xué)儲能設備，每臺機組可存儲超過(guò)3.9兆瓦時(shí)的能源，200臺Megapack可組成儲能電廠(chǎng)，能儲存100萬(wàn)度電。
2025年1月7日，中國最大灘涂光伏儲能電站——華電萊州大型鹽堿灘涂光儲一體化項目在渤海灣畔投產(chǎn)發(fā)電，它的裝機容量達1000兆瓦，配套建設200兆瓦/400兆瓦時(shí)電化學(xué)儲能項目，可將多余的電能儲存起來(lái)，以便在光照不足或夜間電力需求高峰時(shí)釋放。
此外，隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)的普及，歐美還提出了“車(chē)網(wǎng)互動(dòng)”的設想。因為電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池本質(zhì)上就是一套容量數十千瓦時(shí)的儲能系統，將數十萬(wàn)輛停放狀態(tài)的電動(dòng)汽車(chē)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)聯(lián)入電網(wǎng)，再進(jìn)行智能化調控，理論上就可以將這些電動(dòng)汽車(chē)看作是一個(gè)超大型的靈活儲能設施，在用電低谷時(shí)電網(wǎng)給電動(dòng)汽車(chē)充電，在用電高峰時(shí)電動(dòng)汽車(chē)給電網(wǎng)放電。但另一方面，歐美在試點(diǎn)運營(yíng)中也發(fā)現，由于電動(dòng)汽車(chē)的出行和充電習慣差異很大，使得聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)的數量波動(dòng)明顯，再加上現有電池技術(shù)存在反復多次充電的損耗問(wèn)題，因此“車(chē)網(wǎng)互動(dòng)”的大規模普及還需要進(jìn)一步研究。
抽水蓄能電站：適合大規模存儲
《歐洲儲能市場(chǎng)展望2024-2028》行業(yè)報告中提到，目前較為成熟的大規模儲能技術(shù)路線(xiàn)還包括抽水蓄能電站。通常它由上水庫、下水庫和可逆式水泵水輪機組成。用電低峰期時(shí)，將可逆式水泵水輪機作為水泵，利用低價(jià)值電能將水從下水庫抽至上水庫，儲存水的勢能;用電高峰期時(shí)則將可逆式水泵水輪機作為水輪機，在上水庫開(kāi)閘放水，將水的勢能轉換為高價(jià)值電能。相比其他儲能技術(shù)路線(xiàn)，抽水蓄能電站具備損耗小、總存儲量大、可存儲時(shí)間長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)，而且啟停迅速的特點(diǎn)，使它可對電網(wǎng)負荷的急劇變化作出快速反應，針對風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源發(fā)電存在的隨機性、波動(dòng)性、間歇性問(wèn)題非常有效，能快速響應電網(wǎng)靈活調節的需求，保障電網(wǎng)的安全穩定運行。
抽水蓄能電站很早就開(kāi)始得到應用。世界上第一座抽水蓄能電站是瑞士于1879年建成的勒頓抽水蓄能電站。美國在上世紀80年代投產(chǎn)的巴斯康蒂抽水蓄能電站是當時(shí)世界上最大的抽水蓄能電站，裝機容量達300萬(wàn)千瓦。而隨著(zhù)中國在可再生能源方面的高速發(fā)展，目前“全球最大抽水蓄能電站”的桂冠已經(jīng)落到河北豐寧抽水蓄能電站頭上——2024年12月31日，該電站全面投產(chǎn)發(fā)電，其上水庫一次蓄滿(mǎn)可儲存新能源電量近4000萬(wàn)千瓦時(shí)，同時(shí)創(chuàng )造了“裝機容量世界第一”“儲能能力世界第一”“地下廠(chǎng)房規模世界第一”“地下洞室群規模世界第一”4個(gè)“世界第一”。
但抽水蓄能電站也存在投資大、建設周期長(cháng)、施工工程量大、對周?chē)h(huán)境要求高等技術(shù)難點(diǎn)，在一定程度上影響了它的普及程度。歐盟的研究報告預計，到2030年歐洲需要部署裝機容量為108吉瓦的蓄能系統，但其中抽水蓄能的裝機容量只有15吉瓦。造成這種局面的原因是歐洲已經(jīng)開(kāi)發(fā)了符合建設水力發(fā)電設施條件70%的地點(diǎn)，因此新建抽水蓄能電站的余地不多。而即便是將現有水力發(fā)電站改為抽水蓄能電站，也面臨投資巨大、回報不明確的風(fēng)險。
“空氣充電寶”：靈活補充
與抽水蓄能的思路類(lèi)似，壓縮空氣儲能以壓縮空氣的方式儲存能量，也被戲稱(chēng)為“空氣充電寶”。在儲能時(shí)段，壓縮空氣儲能系統利用電能帶動(dòng)壓縮機，將電能轉化為空氣壓力能，隨后高壓空氣被密封存儲于報廢的礦井、巖洞、廢棄的油井或人造的儲氣罐中;釋能時(shí)段，通過(guò)放出高壓空氣推動(dòng)膨脹機，將存儲的空氣壓力能轉化為機械能或者電能。
1978年，德國建成全球第一座投入商業(yè)運行的壓縮空氣儲能電站，它利用地下廢棄礦洞，釋能功率為290兆瓦。2024年4月30日，全球最大壓縮空氣儲能項目——山東肥城300兆瓦壓縮空氣儲能示范項目并網(wǎng)發(fā)電。該電站利用當地天然鹽穴作為壓縮空氣儲能的儲氣庫，儲氣容量超過(guò)50萬(wàn)立方米，氣壓達到100個(gè)大氣壓。需要發(fā)電時(shí)，電站釋放高壓空氣驅動(dòng)透平膨脹機轉動(dòng)，連接發(fā)電機發(fā)電，平均儲存1度電能放出0.72度電。
從發(fā)電效率看，如今壓縮空氣儲能電站效率僅略低于抽水蓄能電站，平均每度電的成本遠低于電化學(xué)儲能。同時(shí)相比抽水儲能電站需要有較大規模才具備經(jīng)濟可承受性，壓縮空氣儲能站更為靈活，相對較小的裝機容量即可投入商業(yè)運營(yíng)。
據介紹，除了天然鹽穴以外，中國還在甘肅酒泉、寧夏中寧、河南信陽(yáng)等地建設以人工硐室為儲氣庫的新型儲能試點(diǎn)示范項目。這些項目最大特點(diǎn)就是采用人工挖掘建設儲氣庫，可以充分利用地下100多米深人工硐室牢固的地質(zhì)條件，儲存超大容量的常溫高壓空氣。相比鹽穴壓縮空氣儲能電站，人工硐室的儲能容積擴展不受限制，系統壓力、溫度等參數也可以提高一倍以上。
氫儲能：前景廣闊
除了電化學(xué)儲能、抽水蓄能和壓縮空氣儲能等方式外，近年受到高度關(guān)注的還有氫儲能。2024年中國工業(yè)和信息化部發(fā)布《新型儲能制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)方案(征求意見(jiàn)稿)》，其中就明確提出，適度超前布局氫儲能等超長(cháng)時(shí)儲能技術(shù)，鼓勵結合應用需求探索開(kāi)發(fā)多類(lèi)型混合儲能技術(shù)。
據介紹，氫儲能的最合理應用模式就是利用可再生能源，通過(guò)電解水方法生產(chǎn)氫氣或者含氫燃料，然后加以存儲和運輸。氫儲能不像抽水蓄能和壓縮空氣儲能那樣對地質(zhì)條件有較高要求，因此對于中國西北沙漠戈壁地區來(lái)說(shuō)，利用風(fēng)力或太陽(yáng)能發(fā)電制氫并存儲起來(lái)，可以為該地區發(fā)展帶來(lái)諸多發(fā)展機遇。
此前日本與澳大利亞在氫儲能方面展開(kāi)合作，利用澳大利亞地廣人稀、風(fēng)能和太陽(yáng)能資源豐富的特點(diǎn)，在昆士蘭州開(kāi)設大型綠氫電解廠(chǎng)。但氫儲能仍需要克服一定的技術(shù)困難，例如氫儲能重新轉化為電能時(shí)效率偏低，同時(shí)氫氣的大規模儲存需要專(zhuān)用設施，成本也相對昂貴。
環(huán)球時(shí)報特約記者 晨 陽(yáng)
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