面臨比較低的電力需求和比較大的棄風(fēng)棄光率,可再生能源產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展將受到挑戰(zhàn)。隨著可再生能源快速發(fā)展,棄風(fēng)棄光困局依然存在。2015年棄風(fēng)率可能達(dá)到20%,一些地區(qū)可能達(dá)到40%甚至60%。今年1—9月全國棄光率大約為10%。棄光主要發(fā)生在甘肅和新疆地區(qū),其中,甘肅省棄光率為28%,新疆棄光率為20%。這主要是市場需求問題,但也有技術(shù)問題。今年電力需求增長疲弱,火電利用小時數(shù)大幅度下降,雖然新能源受到政策保護(hù),但也的確受到市場需求的影響。中國西北、華北擁有大規(guī)模的新能源,棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象也特別突出,原因在于新能源雖規(guī)模大,但當(dāng)?shù)厥袌鲂∏宜筒怀觥?/p>
破解這一困局,需要通過政府協(xié)調(diào)解決輸送與消納;除此之外,政府在新能源戰(zhàn)略規(guī)劃上需要更好地協(xié)調(diào)新能源發(fā)展速度與合理布局,使得新能源電源建設(shè)與電網(wǎng)建設(shè)盡可能同步。此外,需要通過技術(shù)創(chuàng)新和改變可再生能源發(fā)展模式,才能真正最低成本地解決棄風(fēng)棄光問題。
以往對于可再生能源與傳統(tǒng)能源的比較,主要關(guān)注其本身發(fā)電成本,而忽略電網(wǎng)成本和技術(shù)可行性。如果沒有儲能技術(shù),由于成本和技術(shù)問題,電網(wǎng)難以大規(guī)模消納可再生能源,就是說,沒有儲能技術(shù)配合,單獨靠可再生能源走不遠(yuǎn)。所以“儲能+可再生能源”建立獨立的微電網(wǎng)(分布式)的模式,是人類能源未來發(fā)展的方向。
關(guān)于“儲能+可再生能源+電網(wǎng)”的模式,目前要做到盈利比較困難。影響儲能投資收益的主要有兩個因素:一個是儲能每個充放電循環(huán)能夠帶來多少的經(jīng)濟(jì)價值,另一個是儲能系統(tǒng)的充放次數(shù)。其中,充放次數(shù)受到電池性能的制約,一般變化不大。因此影響儲能投資收益的關(guān)鍵,就在于每次循環(huán)過程中充電的成本與放電的收益之間的差值。如果根據(jù)特斯拉電池的成本來測算,在6%的貼現(xiàn)率下,考慮到充放電的電量損失及電池容量的衰減,只有當(dāng)充放電的價差在每度電1元左右,電池投資才能收回成本。
居民分布式光伏發(fā)電的補(bǔ)貼政策是對于發(fā)出電力補(bǔ)貼每度電0.42元。假設(shè)分布式光伏發(fā)電成本約為每度電1元,補(bǔ)貼后成本相當(dāng)于每度電0.58元,而峰值電價較高的江蘇省其在峰期的電價也僅為每度電1.46元,充放電的價差僅為每度電0.88元,低于盈虧平衡點。而且光伏發(fā)電的補(bǔ)貼額度在未來將有可能逐年下降,這就使得結(jié)合光伏發(fā)電的家用儲能投資要獲得經(jīng)濟(jì)效益還是比較困難的。
對于可再生能源發(fā)電企業(yè)來說,要靠儲能獲得收益也十分困難。目前風(fēng)電的上網(wǎng)電價約為每度電0.51—0.61元,光伏發(fā)電的上網(wǎng)電價為每度電0.8—1.1元。由于電網(wǎng)的接納能力有限,在很多地區(qū)出現(xiàn)了大面積棄風(fēng)棄光。于是有方案設(shè)想使用儲能系統(tǒng)存儲過剩電力。雖然將棄風(fēng)和棄光的這部分電力進(jìn)行儲電,其邊際充電成本接近于零,但是,由于儲能系統(tǒng)的使用成本需要每度電1元,在現(xiàn)有的上網(wǎng)電價情況下,想實現(xiàn)盈利的確還相當(dāng)困難。
理論上只要微電網(wǎng)的成本能低于終端電價,經(jīng)濟(jì)上就應(yīng)該是可行的。根據(jù)國際可再生能源署發(fā)布的《2014年可再生能源發(fā)電成本》,獨立風(fēng)電項目最低發(fā)電成本僅為每度電0.32元,公用事業(yè)規(guī)模的光伏最低發(fā)電成本約為每度電0.52元,按目前儲能成本每度電為1元,那么,根據(jù)可再生能源和儲能技術(shù)近年來成本降低率來看,從成本上說微電網(wǎng)離實現(xiàn)應(yīng)用似乎已經(jīng)不遠(yuǎn)了。當(dāng)然現(xiàn)實不會這么理想,比如說,風(fēng)和光在全年的分布不均衡,存在季節(jié)性的差異,使得微電網(wǎng)需要投資一定的冗余,會增加一部分成本。因此,微電網(wǎng)離實現(xiàn)應(yīng)用可能還有一定的距離,但并非遙不可及。
在儲能的技術(shù)路徑選擇上,目前最有潛力的還是鋰電池。抽水儲能和壓縮空氣儲能受到地理條件的限制,無法應(yīng)用于獨立的微電網(wǎng)。而且這兩種儲能技術(shù)的能量轉(zhuǎn)化效率不高,使用過程會有很高的電力損失。飛輪儲能的儲電能力有限,無法實現(xiàn)長時間輸出。電池儲能從規(guī)模和使用環(huán)境上都有很強(qiáng)的靈活性,具備應(yīng)用優(yōu)勢。在幾種電池儲能的技術(shù)中,鋰電池得益于能量轉(zhuǎn)化效率高,使用過程中負(fù)外部性最低,其它類型電池的能量密度和轉(zhuǎn)換效率很難高過鋰電池。因此,在儲能技術(shù)的路徑選擇上,鋰電池具有較為明顯的優(yōu)勢。
未來制約鋰電池發(fā)展的關(guān)鍵在于鋰礦的稀缺性。從鋰電池的成本構(gòu)成看,含鋰的正極和電解液兩部分的成本要占到電池成本的55%以上,鋰礦的價格是影響電池價格的重要因素。稀缺性從鋰礦企業(yè)的毛利潤率也可以看得出來,目前鋰礦的冶煉成本大概在2000-2500美元每噸,而市場價則在4000-7000美元每噸,毛利潤率比較高。根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局2015年的數(shù)據(jù),全球鋰礦的經(jīng)濟(jì)儲量僅為1350萬噸,而2013年全球鋰礦的產(chǎn)量為3.4萬噸,其中約有1.05萬噸用于生產(chǎn)可充電電池。根據(jù)特斯拉的數(shù)據(jù),全球每年生產(chǎn)的鋰電池僅夠50萬部電動汽車使用。所以鋰資源儲備用來滿足電動汽車發(fā)展就已經(jīng)很困難,更不要說用來支持大規(guī)模分布式和微網(wǎng)儲能。因此未來鋰資源的地位,有可能相當(dāng)于今天的石油,而鋰資源豐富的國家,如智利、玻利維亞、中國和澳大利亞等,則將有可能掌握全球能源的命脈。
最近,有報道澳大利亞的Cobre Montana公司采用濕法冶金的方法,能夠利用低質(zhì)的鋰礦石,如從云母中提取氧化鋰,其冶煉成本要比原先優(yōu)質(zhì)礦的冶煉成本還要更低。這一冶煉新方法可能將大大拓展全球可開發(fā)的鋰資源的范圍。單以云母石為例,其在全球范圍內(nèi)有著廣泛的分布,獲取成本相當(dāng)?shù)土?。根?jù)CobreMontana公司的資料顯示,僅在捷克的Cinovec礦區(qū),就有望獲得約1000萬噸鋰原料。因此,如果低質(zhì)鋰礦開采技術(shù)有大的進(jìn)展,其長遠(yuǎn)意義可能會遠(yuǎn)高于頁巖油開采的水力壓裂技術(shù)。
電池生產(chǎn)和使用過程中會涉及到環(huán)保和回收。對于環(huán)保問題,鋰電池可能帶來主要的危害是其正極材料中含有鈷、鎳等重金屬,及電解液中含有的氟。但這些物質(zhì)都是封裝在電池里,正常使用不會帶來環(huán)境影響,即使發(fā)生破損泄漏也只是電解液流出,不會造成重金屬污染,而且目前也有成熟工藝能夠使用無毒的磷酸鐵鋰電極。對于電池回收,鋰電池外殼是金屬或塑料,電極含有鋰、重金屬和石墨,電池內(nèi)部還有銅、鋁等材料,這些都具有較高的回收價值。此前由于鋰電池的產(chǎn)量較少,且使用分散,所以對于其回收不是很重視,相關(guān)的案例也不多。但是大規(guī)模儲能系統(tǒng)要集中使用數(shù)量龐大的電池,將有可能使回收利用具有規(guī)模上的經(jīng)濟(jì)效益。最近有報道JayWhitacre和他的團(tuán)隊為了證明他們開發(fā)的環(huán)保的鹽水電池安全環(huán)保,據(jù)說創(chuàng)始人Whitacre吃了一塊電池的電極。