德國(guó)近日再現(xiàn)“負(fù)電價(jià)”的消息一度在社交媒體上引起熱議，2024年歐洲多國(guó)更是多次出現(xiàn)類(lèi)似情況。美國(guó)《華爾街日?qǐng)?bào)》分析稱(chēng)，造成歐洲“負(fù)電價(jià)”頻現(xiàn)的根本原因，是不穩(wěn)定的太陽(yáng)能和風(fēng)能等可再生能源沒(méi)有匹配的儲(chǔ)能設(shè)備支持。這也為各國(guó)發(fā)出明確警告：未來(lái)必須大規(guī)模發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)，才能為可再生能源的推廣“保駕護(hù)航”。

　　電動(dòng)汽車(chē)也能“儲(chǔ)能”

　　路透社稱(chēng)，由于風(fēng)能發(fā)電量遠(yuǎn)超需求，1月2日德國(guó)隔夜市場(chǎng)出現(xiàn)4小時(shí)通俗意義上的“負(fù)電價(jià)”，發(fā)電商需向用戶(hù)付費(fèi)消耗過(guò)剩電力。據(jù)統(tǒng)計(jì)，此前歐洲已經(jīng)多次出現(xiàn)類(lèi)似情況：2024年德國(guó)“負(fù)電價(jià)”時(shí)長(zhǎng)達(dá)468小時(shí)，同比增60%;法國(guó)為356小時(shí);西班牙去年也首次出現(xiàn)“負(fù)電價(jià)”，總計(jì)247小時(shí)。然而與“負(fù)電價(jià)”狀況頻出對(duì)應(yīng)的，是歐洲多國(guó)也多次出現(xiàn)電價(jià)飛漲的情況。報(bào)道稱(chēng)，出現(xiàn)這種局面的根本原因是歐洲清潔能源快速增長(zhǎng)對(duì)于當(dāng)前電網(wǎng)格局的沖擊。例如去年12月歐洲經(jīng)歷持續(xù)多日的無(wú)風(fēng)天氣和陰天，導(dǎo)致太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電陷入停滯，但轉(zhuǎn)眼又出現(xiàn)強(qiáng)風(fēng)天氣，使發(fā)電量激增。由于歐洲配套的儲(chǔ)能設(shè)施遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法應(yīng)對(duì)如此大規(guī)模的電能，導(dǎo)致新增發(fā)電量出現(xiàn)“用不掉又存不下”的困境。

　　為應(yīng)對(duì)這種局面，新建儲(chǔ)能設(shè)施被認(rèn)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(chǔ)能市場(chǎng)展望2024-2028》行業(yè)報(bào)告顯示，2023年歐洲儲(chǔ)能市場(chǎng)新增裝機(jī)容量為17.2吉瓦，累計(jì)裝機(jī)達(dá)35.9吉瓦。但該報(bào)告預(yù)計(jì)，2030年歐洲可能需要超過(guò)100吉瓦的儲(chǔ)能裝機(jī)容量才能平衡電力供需，目前差距非常巨大。

　　當(dāng)前歐洲主要依靠電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)施，利用具有較高能量密度的儲(chǔ)能電池將太陽(yáng)能或風(fēng)能發(fā)電設(shè)備產(chǎn)出的電能存儲(chǔ)起來(lái)，需要時(shí)再穩(wěn)定釋放，或者作為電網(wǎng)的調(diào)峰負(fù)荷平衡工具。據(jù)介紹，儲(chǔ)能電池針對(duì)不同應(yīng)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(chǔ)能市場(chǎng)展望2024-2028》報(bào)告顯示，歐洲電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)施中，大部分都屬于小型的住宅儲(chǔ)能系統(tǒng)，例如德國(guó)儲(chǔ)能市場(chǎng)將從2023年的8吉瓦時(shí)快速增長(zhǎng)到2030年的38吉瓦時(shí)，其中住宅儲(chǔ)能超過(guò)一半。但相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，為滿(mǎn)足個(gè)人用戶(hù)需求而設(shè)計(jì)的住宅儲(chǔ)能系統(tǒng)電池受成本限制，容量相對(duì)較小，例如個(gè)人用戶(hù)的光伏發(fā)電系統(tǒng)在太陽(yáng)升起后的幾小時(shí)就會(huì)充滿(mǎn)配套的住宅儲(chǔ)能系統(tǒng)，無(wú)法真正起到“白天充電、夜晚放電”的電網(wǎng)調(diào)峰作用。為擺脫這種困境，歐洲正在興建大規(guī)模電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能設(shè)施，在降低儲(chǔ)能成本的同時(shí)，也能更好地發(fā)揮調(diào)峰的作用。

　　目前全球其他國(guó)家也在建造類(lèi)似的大規(guī)模電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)施。美國(guó)特斯拉公司首席執(zhí)行官馬斯克曾多次表態(tài)稱(chēng)，“從長(zhǎng)遠(yuǎn)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(dāng)?？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(chǔ)能超級(jí)工廠(chǎng)項(xiàng)目通過(guò)竣工驗(yàn)收，該廠(chǎng)將生產(chǎn)超大型商用儲(chǔ)能電池Megapack，后者是迄今為止世界最大的電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)備，每臺(tái)機(jī)組可存儲(chǔ)超過(guò)3.9兆瓦時(shí)的能源，200臺(tái)Megapack可組成儲(chǔ)能電廠(chǎng)，能儲(chǔ)存100萬(wàn)度電。

　　2025年1月7日，中國(guó)最大灘涂光伏儲(chǔ)能電站——華電萊州大型鹽堿灘涂光儲(chǔ)一體化項(xiàng)目在渤海灣畔投產(chǎn)發(fā)電，它的裝機(jī)容量達(dá)1000兆瓦，配套建設(shè)200兆瓦/400兆瓦時(shí)電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目，可將多余的電能儲(chǔ)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，隨著電動(dòng)汽車(chē)的普及，歐美還提出了“車(chē)網(wǎng)互動(dòng)”的設(shè)想。因?yàn)殡妱?dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池本質(zhì)上就是一套容量數(shù)十千瓦時(shí)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，將數(shù)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(diào)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(chǔ)能設(shè)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(yùn)營(yíng)中也發(fā)現(xiàn)，由于電動(dòng)汽車(chē)的出行和充電習(xí)慣差異很大，使得聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)的數(shù)量波動(dòng)明顯，再加上現(xiàn)有電池技術(shù)存在反復(fù)多次充電的損耗問(wèn)題，因此“車(chē)網(wǎng)互動(dòng)”的大規(guī)模普及還需要進(jìn)一步研究。

　　抽水蓄能電站：適合大規(guī)模存儲(chǔ)

　　《歐洲儲(chǔ)能市場(chǎng)展望2024-2028》行業(yè)報(bào)告中提到，目前較為成熟的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)路線(xiàn)還包括抽水蓄能電站。通常它由上水庫(kù)、下水庫(kù)和可逆式水泵水輪機(jī)組成。用電低峰期時(shí)，將可逆式水泵水輪機(jī)作為水泵，利用低價(jià)值電能將水從下水庫(kù)抽至上水庫(kù)，儲(chǔ)存水的勢(shì)能;用電高峰期時(shí)則將可逆式水泵水輪機(jī)作為水輪機(jī)，在上水庫(kù)開(kāi)閘放水，將水的勢(shì)能轉(zhuǎn)換為高價(jià)值電能。相比其他儲(chǔ)能技術(shù)路線(xiàn)，抽水蓄能電站具備損耗小、總存儲(chǔ)量大、可存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，而且啟停迅速的特點(diǎn)，使它可對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷的急劇變化作出快速反應(yīng)，針對(duì)風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源發(fā)電存在的隨機(jī)性、波動(dòng)性、間歇性問(wèn)題非常有效，能快速響應(yīng)電網(wǎng)靈活調(diào)節(jié)的需求，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

　　抽水蓄能電站很早就開(kāi)始得到應(yīng)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(guó)在上世紀(jì)80年代投產(chǎn)的巴斯康蒂抽水蓄能電站是當(dāng)時(shí)世界上最大的抽水蓄能電站，裝機(jī)容量達(dá)300萬(wàn)千瓦。而隨著中國(guó)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(kù)一次蓄滿(mǎn)可儲(chǔ)存新能源電量近4000萬(wàn)千瓦時(shí)，同時(shí)創(chuàng)造了“裝機(jī)容量世界第一”“儲(chǔ)能能力世界第一”“地下廠(chǎng)房規(guī)模世界第一”“地下洞室群規(guī)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(shè)周期長(zhǎng)、施工工程量大、對(duì)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(bào)告預(yù)計(jì)，到2030年歐洲需要部署裝機(jī)容量為108吉瓦的蓄能系統(tǒng)，但其中抽水蓄能的裝機(jī)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(shè)水力發(fā)電設(shè)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(xiàn)有水力發(fā)電站改為抽水蓄能電站，也面臨投資巨大、回報(bào)不明確的風(fēng)險(xiǎn)。

　　“空氣充電寶”：靈活補(bǔ)充

　　與抽水蓄能的思路類(lèi)似，壓縮空氣儲(chǔ)能以壓縮空氣的方式儲(chǔ)存能量，也被戲稱(chēng)為“空氣充電寶”。在儲(chǔ)能時(shí)段，壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)利用電能帶動(dòng)壓縮機(jī)，將電能轉(zhuǎn)化為空氣壓力能，隨后高壓空氣被密封存儲(chǔ)于報(bào)廢的礦井、巖洞、廢棄的油井或人造的儲(chǔ)氣罐中;釋能時(shí)段，通過(guò)放出高壓空氣推動(dòng)膨脹機(jī)，將存儲(chǔ)的空氣壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或者電能。

　　1978年，德國(guó)建成全球第一座投入商業(yè)運(yùn)行的壓縮空氣儲(chǔ)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(chǔ)能項(xiàng)目——山東肥城300兆瓦壓縮空氣儲(chǔ)能示范項(xiàng)目并網(wǎng)發(fā)電。該電站利用當(dāng)?shù)靥烊畸}穴作為壓縮空氣儲(chǔ)能的儲(chǔ)氣庫(kù)，儲(chǔ)氣容量超過(guò)50萬(wàn)立方米，氣壓達(dá)到100個(gè)大氣壓。需要發(fā)電時(shí)，電站釋放高壓空氣驅(qū)動(dòng)透平膨脹機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，連接發(fā)電機(jī)發(fā)電，平均儲(chǔ)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(chǔ)能電站效率僅略低于抽水蓄能電站，平均每度電的成本遠(yuǎn)低于電化學(xué)儲(chǔ)能。同時(shí)相比抽水儲(chǔ)能電站需要有較大規(guī)模才具備經(jīng)濟(jì)可承受性，壓縮空氣儲(chǔ)能站更為靈活，相對(duì)較小的裝機(jī)容量即可投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。

　　據(jù)介紹，除了天然鹽穴以外，中國(guó)還在甘肅酒泉、寧夏中寧、河南信陽(yáng)等地建設(shè)以人工硐室為儲(chǔ)氣庫(kù)的新型儲(chǔ)能試點(diǎn)示范項(xiàng)目。這些項(xiàng)目最大特點(diǎn)就是采用人工挖掘建設(shè)儲(chǔ)氣庫(kù)，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(chǔ)存超大容量的常溫高壓空氣。相比鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能電站，人工硐室的儲(chǔ)能容積擴(kuò)展不受限制，系統(tǒng)壓力、溫度等參數(shù)也可以提高一倍以上。

　　氫儲(chǔ)能：前景廣闊

　　除了電化學(xué)儲(chǔ)能、抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能等方式外，近年受到高度關(guān)注的還有氫儲(chǔ)能。2024年中國(guó)工業(yè)和信息化部發(fā)布《新型儲(chǔ)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(chǔ)能等超長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)，鼓勵(lì)結(jié)合應(yīng)用需求探索開(kāi)發(fā)多類(lèi)型混合儲(chǔ)能技術(shù)。

　　據(jù)介紹，氫儲(chǔ)能的最合理應(yīng)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(chǔ)和運(yùn)輸。氫儲(chǔ)能不像抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能那樣對(duì)地質(zhì)條件有較高要求，因此對(duì)于中國(guó)西北沙漠戈壁地區(qū)來(lái)說(shuō)，利用風(fēng)力或太陽(yáng)能發(fā)電制氫并存儲(chǔ)起來(lái)，可以為該地區(qū)發(fā)展帶來(lái)諸多發(fā)展機(jī)遇。

　　此前日本與澳大利亞在氫儲(chǔ)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(shè)大型綠氫電解廠(chǎng)。但氫儲(chǔ)能仍需要克服一定的技術(shù)困難，例如氫儲(chǔ)能重新轉(zhuǎn)化為電能時(shí)效率偏低，同時(shí)氫氣的大規(guī)模儲(chǔ)存需要專(zhuān)用設(shè)施，成本也相對(duì)昂貴。

　　環(huán)球時(shí)報(bào)特約記者 晨 陽(yáng)