储能成本下降：实现100％可再生能源发电的路径

孙一琳

众所周知，实现100%可再生能源发电要求电网具备很大的灵活性，需要用多种方式去平衡风电和太阳能发电的波动。目前来看，有多种提升电网灵活性的有效途径，增加储能设备是其中之一。但就现有的储能技术而言，高成本是其在可再生能源领域发挥作用的巨大掣肘。未来，储能有希望通过新材料、新技术、新形式等的研发，成本达到预期水平，从而推动100%可再生能源的实现。

一项新的研究

近日，麻省理工学院研究人员Jessika Trancik带领他的团队为此展开了一项研究。传统的建模方法一般考虑特定的需求并假设一个技术成本，而该研究的创新之处在于，Trancik的团队首先构建了一个场景，即100%可再生能源，然后反推要想成为最经济的选择，储能的成本需要降至多少。

团队选择了四个地点：亚利桑那州、爱荷华州、马萨诸塞州和德克萨斯州，并收集了20年的数据。在一个较长的时间跨度内测试可再生能源是很有必要的。太阳能和风能除了每天和每周的波动，还可能有每年甚至多年的波动。事实上，通过回顾过去20多年，研究团队发现了几个罕见的现象，其中风能和太阳能都在异常长时间内处于较低的水平。这些罕见的事件导致了所需存储量的激增。对这部分的规划会使纯可再生能源系统的成本大大增加。

对于这四个州，Trancik的团队模拟了一个可再生能源+储能系统，其“等效可用性系数”（EAF）为100%。这意味着该系统将精确地匹配供求关系，在20多年的时间里，每天每小时都能提供基本负载、中间负载和峰值功率。

这是一个很高的标准：该系统能提供足够的存储空间，以适应未来20年风能和太阳能的任何可能波动。

该研究表明，可再生能源+储能系统的储能成本必须降至20美元/千瓦时左右，才能在为美国提供100%可再生能源的任务上具有成本竞争力。现实比理想更乐观

这些都是极其艰巨的成本目标——不是超出了可能的范围，而是远远超出了大多数主流预测的边缘。从表面上看，该系统依赖于技术成本近乎“梦幻”般的下降，这似乎证实了一个完全的可再生能源+储能系统是不现实的。但是再进行深入探讨，这个结果远比看上去的更加乐观。

研究团队设定了一个极高的标准：一个完全由可再生能源构成的系统，完全由存储来灵活处理，以满足20年来每天每时每刻的需求。只要稍微放宽这些限制，储能必须达至0的成本目标就会上升到更容易控制的水平。

首先，必須明确的一点是，没有一个电力系统是百分之百可靠的，电力管制和调峰任何时候都存在。100%的等效可用性系数是不切实际的。Trancik团队发现，如果等效可用性系数的目标从100%降低到95%，那么储能的成本目标就能降低到150美元，千瓦时。在现有技术的范围内，这个数字更容易实现。

为什么降低一点点等效可用性系数能缓解如此大的储能压力？主要是由于那些罕见的长时间低风速、低光照的气象事件。在20年的时间里，它们不会经常发生，但是当它们发生时，预备足够的储能系统来处理它们，导致成本加倍。实际上，有一些其他的手段可以处理那些罕见的事件。

其次，该团队正在为一个系统建模，其中储能几乎承担了所有的灵活性需求。事实上，电网灵活性还有其他来源，比如负载的灵活性。这是一种能够及时转移、分散电力需求侧需求的模式。来自电网的长距离输送也可以增加电网灵活性，将可再生能源从生产地区输送到需要的地区。另一种是可调度的可再生能源，如顺流而下的水力和先进的地热等。所有这些措施都能有效增加电网的灵活性，推动可再生能源的发展。

再次，随着可再生能源的成本下降，实现可再生能源+储能系统也会变得更容易。Trancik的团队对数据的选择非常保守。例如，他们研究选取1美元，千瓦时的电价数据。这个电价并不符合实际情况。因此，如果可再生能源能大幅降低成本，那么扩大可再生能源的规模将变得更便宜、更容易，进而将缓解储能压力。

简而言之，储能系统的20美元/千瓦时成本目标肯定比现实世界的要求更为严格。即使是95%的等效可用性系数所需的150美元，千瓦时也过于苛刻。在现实世界中，储能将得到其他提高电网灵活性形式的帮助，成本可能会比任何人预测的都要低。不同储能技术的安装成本

储能技术的发展也有力地推动着可再生能源+储能系统的成本下降。国际可再生能源署（IRENA）于2017年发布了一份报告，预测到2030年，定置型锂离子电池的总安装成本将下降到145～480美元，千瓦时，中间的波动取决于电池的化学成分。锂离子电池仅仅是研究人员通常选取的一个参考，将存储技术的原材料成本作为其总成本的下限。除此之外，还有很多其他种类的储能方式可供选择。

该报告称，2016年，两种主流电池技术，即全钒氧化还原液流电池和锌溴液流电池的总安装成本在315～1680美元/千瓦时之间。预计到2030年，成本将降至108～576美元，千瓦时。目前有液流电池公司声称现有技术已经可以做到。

钠硫电池和钠，氯化镍电池已经出现了一段时间。报告数据显示，至02030年，钠硫电池的安装成本将下降到120～330美元，千瓦时，钠，氯化镍电池的安装成本可能会达到130～200美元，千瓦时。

压缩空气蓄能设备的基本安装成本约为50美元/千瓦时，如果现有水库可用，则会降到40美元，千瓦时。

此外还有蓄热方案，比如越来越受欢迎的将电以热能形式储存在熔融盐中的方案，据称其成本将低至50美元，千瓦时。

有一个比较有意思的设想是，未来将会有数百万千瓦的电动汽车电池被废弃，人们可以将这些废旧电池收集起来搭建一个储能网络，这部分储能的成本是极低的。

储能正在迅速发展，技术呈现多样化，成本也在下降。其与太阳能发电、风电的结合推动着可再生能源系统开始在成本上与化石燃料展开直接竞争。随着可再生能源和储能成本的降低，这套系统将具备更大的竞争力。只要价格足够低，100%可再生能源将成为现实。