能源互联下的储能

 特斯拉创始人埃隆马斯克提出，用一个太阳能光伏屋顶、一辆电动汽车和一块家用储能电池(Powerwall)实现每一个家庭的“能源独立”。这些家庭可以就近联网，互联互动互助，通过智能控制系统实现能源互联。马斯克要用这种方式实现全美4500个拥有屋顶的家庭联成一个新的智慧能源网络体系。那么，在当今能源变革的大背景下，能源互联的内涵是什么?储能在其中又扮演着什么角色呢?

纵观人类发展史，无论是文明的诞生还是现代文明的到来，都与能源革命息息相关。人类利用能源手段和效率的每一次提升，都将对社会和经济带来不可估量的改变。在人类对能源利用的历史长河中，从远古时代钻木取火至当下逐渐登上舞台的可再生能源，大概经历了四次能源变革。

第一次能源革命变革发生于第一次工业革命之前，以生物质能为主要能量来源，如薪柴、秸秆等，它使人类进入农耕文明时代;第二次能源变革发生于1820~1950，煤炭取代木材成为主导能源，人类进入了工业文明时代;第三次能源变革发生于1950年之后，油气取代煤炭称为主导能源，工业文明进入新高度;当下正在进行第四次能源转型，尽管处于初级阶段，但与前三次已有明显区别。第四次能源变革以风能、太阳能等可再生能源为主导能源，实现能源的生产、运输及利用的智能化和低碳化，它以合作共赢和政策引导为重要特征。

世界能源格局新变化

始于上个世纪90年代末的页岩油气革命，经过十多年的发展，已经开始改变美国乃至世界的能源市场格局。2000年美国页岩气的产量仅122亿立方米，到2017年全美页岩气的开采量已达4621亿立方米。美国原油产量也从2011年初约540万桶/天上升到目前超过1000万桶/天，原油净进口量从2011年900万桶/天降至600万桶/天。如今，天然气已成为美国能源中流砥柱，液化天然气(LNG)也成功出口到中国。美国能源署预计，2020年美国将成为世界第三大LNG出口国。

另外，美国于2017年退出巴黎协定，中国扛起了清洁能源革命的大旗。2017年11月《中国电力报》中的文章《坚持绿色发展推进新能源再上新台阶》指出，力争到2035年，我国能源需求的增量全部可由清洁能源提供，可再生能源发展进入增量替代阶段。2035~本世纪中叶，全面构建以可再生资源为主体的现代能源体系，可再生能源对化石能源进入全面存量替代的阶段。其实早在2015年7月，国务院在《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》中就已经提出建设以太阳能、风能等可再生能源为主体的多能源协调互补的能源互联网。

能源互联网：能源革命的重要支撑

何为能源互联网?

能源互联网，顾名思义，可理解为能源之间的互联、互通、互动和互助。能源互联网概念最早出现在美国著名学者杰里米˙里夫金的著作《第三次工业革命》(2011年版)中，2012年才被国内所关注。2012年6月，中信出版社翻译并出版了中文译本《第三次工业革命：新经济模式如何改变世界》。

里夫金在书中预言：以新能源技术和信息技术深入结合为特征的一种新的能源利用体系——“能源互联网”即将出现，以“能源互联网”为核心的第三次工业革命将给人类社会的经济发展模式与生活方式带来深远的影响。

从组成部门看，能源互联网主要由电力系统、交通系统、天然气网络及信息网络紧密耦合而成。它以电力系统为核心，融合交通系统、天然气网络，并进一步集成供热等其他二次能源网络，利用强大的信息网络实现各类能源的接入利用及能量在系统间双向对等的交换和共享。能源互联网的最终目的是实现集中式化石能源利用向分布式可再生能源利用转变。在他的框架下，能源互联网应当包含以下五个主要内涵：

1、 支持由化石能源向可再生能源转变

2、 支持大规模分布式电源的接入

3、 支持大规模氢储能及其他储能设备的接入

4、 利用互联网技术改造电力系统

5、 支持向电气化交通转型

能源互联网是能源革命的重要支撑

2014年，中央领导小组组长习近平同志强调推动能源生产和消费革命是长期战略，并提出能源生产和消费的“四个革命”——能源消费、能源供给、能源技术和能源体制，将能源消费放在了首位。能源正在发生着从需求侧逆向而来的颠覆，消费者正在借助能源互联网和各种新能源技术的创新，参与能源的投资、生产和互助共享。随着互联网理念、先进信息技术与能源产业深度融合，能源互联网将成为我国能源革命的重要支撑。

储能是能源互联网的核心环节

储能在能源互联网的角色——关键/核心环节

能源互联网是实现分布式可再生能源的利用，分布式能源是能源互联网的基础。目前分布式能源主要包括光伏、风电、生物质能、天然气等清洁能源，具有分散性、规模小等特点，可以实现就地发、配、控和用。分布式光伏发电遵循“自发自用、余电上网”的模式，大部分发电量用于用户的自我消纳。目前分布式能源在电网中的比重为2.3%，未来我国将分布式新能源纳入电力和供热规划以及国家新一轮配网改造计划，实现分布式新能源直供与无障碍入网。

而分布式新能源在入网时，发电系统能源输入端——太阳能、风能等可再生能源的输入具有间歇性、随机性，相当的不稳定。风能和光能资源多集中于西部地区、北部地区，远离东中部负荷中心，需要清洁和灵活有效的方法促进大规模可再生能源的送出和消纳。因此，在新能源并网中，储能显得尤为重要，它可以提高电网对间歇性可再生能源的接纳能力。此外，它还有助于电网削峰填谷等。

在能源生产端，储能起到了数据库功能;输配端，相当于缓冲器功能;用户端，相当于防火墙功能。整体上来说，从能源生产到利用的过程，储能实现了能源在时间、空间和数量上的解耦。

储能技术路线

根据能量转化介质的差异，储能本体技术可以分为：物理储能、电化学储能、电磁储能等。其中，电化学储能技术优势明显，锂离子电池前景广阔。

抽水蓄能发展了100多年，其技术最为成熟，应用规模最大;

锂电池作为电动汽车的主要动力源，KWh级别的应用以及频繁的充放电使得锂电池在技术和成本上有了显著的突破。随着电动汽车的发展，锂电池也已大规模商业化，锂电储能电站除使用全新锂电池外，也是车用动力电池梯次领域的主要出路之一;

铅蓄电池经历了从铅酸到铅碳的技术进化，目前铅碳电池在电化学储能制造成本方面具有优势。

储能技术路线对比

储能的应用场景

广义上来说，储能是采用某种装置或方法储存能量，并实现能量在空间维度移动后释放或者在时间维度滞留后释放。一般分为两类，一类是移动储能，如移动设备供能、电动车动力电池等;一类是静态储能，如UPS电源、通信基站电源、抽水蓄能电站等。

在传统发电领域，储能装置可以和火电机组共同按照调度的要求调整输出大小，尽可能使火电机组工作接近经济运行状态。储能技术的应用不仅提高了火电机组效率，同时也延缓了动态运行对火电机组的寿命损害。

在可再生能源领域，由于可再生能源的间歇性及随机性，会对电网产生冲击，储能的应用可解决可再生能源并网问题及电网的削峰填谷，并可以跟踪计划出力，从而使可再生能源的应用变得友好和可调度，从而保证电网的功率平衡和运行安全。

在电力系统辅助服务领域，储能可用于调频、调峰或作为备用容量。

在分布式能源领域，储能可以发挥关键作用。可以通过储能帮助用户达到分时电价管理和降低大型企业容量费用作用。

在新能源汽车领域，新能源汽车也被视作分布式储能设施，通过充放电与分布式能源、可再生能源等结合形成微网系统，实现能源互联网的切入。

在微电网领域，储能是其重要组成部分。微网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够自我实现控制、保护和管理的自治系统，既可以与大电网并网运行，也可以孤立运行。它是未来分布式发电系统的高级应用形式。储能设施的运用可提高微网电能的质量和稳定性，实现与大电网的并网运行，并在必要时向大电网提供削峰、紧急功率支持等服务。

在智能电网领域，智能电网简单来说，就是要求电网具有感应力、自愈性，利用信息、通讯、控制等技术与传统电力相融合，提高电力网安全、稳定、高效的运行能力。储能可以通过调峰、调频等方式实现智能电网的作用，此外，微网也是智能电网的重要组成部分。因此，储能在智能电网中扮演着重要作用。

目前主要的储能模式

储能在我国仍处于初级阶段，过去主要以示范项目的形式，现在拟建设的大型项目也是以示范项目为主。随着分布式光伏微电网政策、电力需求侧管理补偿电价政策等的落地，储能产业已基本具备商业化条件。但目前，储能产业并未形成成熟可靠的商业模式。

市场中存在的商业模式主要有用户侧储能、发电侧辅助及与可再生能源配套的储能服务。其中，工商业用户侧储能机电力辅助服务市场盈利模式相对直接清晰，有望率先实现商业化。

1、用户侧储能

目前最广泛应用的一种商业模式，据CNESA的统计，截止到2016年用户侧储能装机107.9兆瓦(不含抽水蓄能和除热项目)，占全部装机量的57%。安装于工商业用户端或是园区的储能系统是用户侧储能的主要形式。利润来源于峰谷价差套利和电费管理，其中峰谷价差套利是主要来源。

峰谷价差套利，即在谷价时充电，在峰价时将电售出。需要的条件为单位能源生产价格低、市场价格波动幅度大、终端价格相对高。根据业内人士测算，储能项目静态投资回收期在7-9年，峰谷价差大于0.75元/度时才有盈利的空间。目前实现盈利的空间还比较有限。

电费管理，是储能系统先持续记录并分析用户的用电行为，结合当地电价合理生成充放电策略，通过低谷蓄电、高峰放电行为削减用户高峰用电功率，达到削减需量电费的目的。储能企业从为用户省下的电费中收取部分作为自身的收入。

2、电力辅助服务

缺乏行业标准，规模还不大。根据CNESA数据，2000-2016年累计用于电力辅助服务的储能装机为6%。主要体现在利用电池储能系统响应快、控制精准的特性，在发电为电网调峰、调频、调压、事故备用等。

十三五以来储能厂商开始在辅助领域寻找大规模储能应用，如采用储能系统与火电机组捆绑参与电网调频服务，这类服务采取“按效果付费”的方式为储能企业带来收益。不过由于没有行业标准，调频市场规模不大，这种模式并未在全国进行推广。

3、配套可再生能源

该模式主要是储能设施与可再生能源(主要是光伏和风电)的配套解决大规模可再生能源并网问题，跟踪计划出力，作为峰值电站参与调峰。

最大的问题是储能设施谁来投资。根据《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》要求，按照“按效果付费、谁受益谁付费”的市场机制。但在发电侧受益主体一直没有定论，无论是新能源发电厂还是电网，都不愿意为增加昂贵的储能设备而付费。

欧美一些国家配套的储能会从电网中得到补偿，但目前我国还有形成这种模式。

4、其他模式：电动汽车储能等模式都在进行尝试

储能+充电桩

大力发展新能源汽车的同时，提升与电动汽车发展相配套的充电服务能力也是必然趋势。在充电站建设储能设施，可在进行削峰填谷的同时，降低用户容量电费。特别是有些充电站，在原有基础上升级变压器容量短时间内无法实现。“储能+充电桩”的应用模式会随着电动汽车产业的发展而发展。

离网储能

主要指微网系统储能，是部分无电或者不稳定电力地区的必须品。

2017年储能现状

据CNESA项目库不完全统计，截至2017年底，我国投运储能项目累计装机规模28.9GW，同比增长19%。其中，电化学储能项目的累计装机规模达389.8MW，同比增长45%。

从应用分布来看，用户侧领域的新增装机规模所占比重最大，为59%，其次是集中式可再生能源并网领域，所占比重接近25%。

从中国新增投运的电化学储能项目的技术分布上来看，2017年，锂离子电池和铅蓄电池基本平分中国市场份额;从各类技术的应用分布上看，新增投运的锂离子电池在集中式可再生能源并网领域中所占比重最大，接近40%;铅蓄电池主要分布在用户侧领域，所占比重超过90%。

2017年，中国新增投运电化学储能项目中，装机规模排名前五位的储能技术提供商，依次为：南都电源、双登、圣阳电源、中天科技和三星SDI。

2017年，中国新增投运的电化学储能项目中，功率规模排名前五位的储能系统集成商，依次为：南都电源、阳光三星、科陆电子、双登和中天科技;能量规模排名前五位的储能系统集成商，依次为：南都电源、双登、中天科技、阳光三星和科陆电子。