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能源转型到储能革命
从新能源消纳的角度来看，在能源转型的下一个阶段，储能技术无疑会是未来能源系统的关键。传统的电力系统，因为发电可以根据需求进行调整，不需要太多的储能容量。随着更多的可再生能源的并网利用，情况发生了戏剧性的变化，因为风力涡轮机和太阳能光伏发电系统的发电量对于天气的依赖性较强，加上分布式发电系统的多元化，各种电力并网的协调控制也越来越动态化，要想大力发展清洁能源，大容量储能必不可少。除了能够保障大量可再生能源电力的消纳以外，储能技术还能完美的起到供给侧的行业耦合的作用。所谓行业耦合，就是通过相关基础设施和储能将交通行业、工业和建筑行业的供能整合在一起，以方便各行业的能源供应，同时减少各行业的碳排放。下图列出来储能的各种应用：
但由于投资和运营成本的问题，在未来的几十年里，大规模的储能设施只能在一些示范项目中慢慢摸索。但如果换一种思路，把无数的小型家用储能设备和电动汽车电池作为储能设备，是不是也能保证未来的大容量储能需求呢？此外，可再生能源的份额不断上升，整个能源系统的趋势也是从一个高度集中的能源系统向分散、灵活和可再生的分布式能源系统进行转变，家用储能设备和电动汽车的分布式储能恰恰可以提供这种转换所需的灵活性。这种想法在德国催生了一个独特、充满活力储能行业，甚至可以说是加速德国能源清洁化的关键。
家用和电动汽车的电池所能做到的仅仅是间歇性的储能，通过电价或等补贴，或者其他的激励措施，鼓励用户在可再生能源富余的时候，消耗多余的电量。但仅仅是这么一小步，就被称为了德国能源转型下的一次壮举，甚至被称为“能源消纳的圣杯”。根据媒体的报道，德国的现在的可再生能源份额已经超过了三分之一，多数是得益于各种十分新颖的创新储能项目，很多时候储能设施都是由家用电器和电动汽车来代替，每个项目的独特点都在于那些新颖的创新商业模式。这种间接性储能的商业模式，很有可能颠覆能源领域现有的一些商业模式。
特别是最近在电池价格大幅下跌的推动下，德国家用储能设备的需求剧增，截止到2018年夏末，德国安装了10万个家用太阳能电池，电动汽车数量的更是不断增加，这两点意味着，一波更大的电池储能革命浪潮正向德国袭来。
户用储能系统的爆发
锂电池在电子产品以及在电动汽车中越来越多的应用，使得锂离子电池价格的大幅下跌。在不到5年的时间里，德国的电池成本下降了一半以上，未来还将继续下降。户用储能电池的主要作用有：
光伏储能：由于光伏发电的不可控性，其特性曲线是：仅在白天尤其是午间发电，利用电池将白天发的电储存起来。尤其是对于住宅光伏客户，储能系统能大大提升自身的光伏发电量使用效率。PV储能系统的主要经济性体现在他们自身的电力消耗比率较低，从而能减少从公共电网获取的电量。通过添加电池，理论上该比率可以上升到100%，但由于经济性原因很少能够真正实现。目前在欧洲，单个光伏系统的自耗率平均为35％，电池价格占整个储能系统费用的50%以上。
户用调峰及需求侧响应：另外，户用储能电池还可以用于用户需求侧响应，用户可在电网负荷较小的情况下，利用电池充电；在电网负荷较大的时候，利用电池进行供电，能够大大降低电网负荷，同时节约电力成本。能起到这样作用的电池主要是户用光伏储能电池和家用电动汽车电池。根据研究显示，未来电动汽车电池在该方面的应用前景十分可观。未来超过70% 的电动汽车电池可用作户用电池调峰。
据麦肯锡预测:“到2035年，基于设计的进步、规模经济和流程的简化，储能系统的总成本将下降50%至70%。”IRENA甚至预计，到2030年，安装电池的价格将下降50%到66%。
欧洲经济研究中心(ZEW)的德国能源行业专家预计，鉴于市场力量，以及能源转型在交通和供暖领域的不断扩张，未来几年对电力存储的需求将大幅增加。超过70%的人表示，他们相信电池将是未来10年增长最快的领域，而蓄热能力的增长潜力排名第二。
德国的私人家庭对户用光伏储能的接受程度也越来越高。目前，大约一半的新住宅太阳能光伏系统都配有储能电池系统。据亚琛工大的研究显示，越来越多的家庭表示，电价越来越高，为了削减电力支出，降低对电网的依赖性，更愿意使用光伏储能系统，目前德国在户用光伏储能方面做得最好的两家企业是Sonnen和Solarwatt。
太阳能行业协会BSWSolar预计，未来几年，家用电池将继续迅速普及，价格进一步下跌将使经济形势向更有利于户用储能系统普及的方向转变，德国最早将在2020年突破20万个系统的门槛。
除此之外，因为本世纪初建造的数十万个屋顶光伏系统在运行了20年之后，将达到支持费用(即所谓的上网电价)的终点，这些系统将继续以接近于零的成本发电，而从电网获取的电力每千瓦时的成本约为28欧分。这使得家用电池的普及可能会进一步加速。
传统能源企业面临挑战
德国住宅储能的迅速普及，一方面加速了可再生能源的消纳，另一方面也加速了能源数字化转型，这无疑对德国传统的公用事业企业构成了一定的挑战，许多德国传统能源企业因为来不及面对这么迅速的能源转型和数字化转型而陷入了一定的混乱。此外，家用储能系统的发展，使得家用光伏能源提供的能源占比大大提高，目前已可以达到70%的户用电力需求。也就是说，对于那些传统售电公司来说意味着，每10个客户里会损失掉7个客户。
此外，以后的趋势是，一些户用光伏的业主能够在虚拟社区与其他业主共享他们自己产生的电能，比如我们曾经介绍过的Design Netz的项目。按照那些户用电池制作商（比如：Sonnen）的愿景，这种商业模式在以后甚至可以使家庭用户完全脱离对传统公用事业的依赖。Sonnen就是这项技术在德国和海外的知名的倡导者。Sonnen计划在澳大利亚建设世界上最大的户用储能社群网络，将4万户家庭连接在一个“虚拟发电厂”中。
据麦肯锡报告，电池的普及，将会导致能源市场洗牌，催生大量的赢家和输家，和传统的能源行业易于垄断的特质不同，以后的能源系统一定是多元化的，是否能够占有市场份额的因素，将取决于成本下降的速度。存储时代的到来，对于Sonnen等这些专门从事分布式能源的公司、科技制造商和金融企业来说，毫无疑问是一个创造历史的绝佳机会。而公用事业公司也必须学会适应未来能源系统的灵活发展，加强风险管理和应对能力，其中关键的一点就是发展更多的创新商业模式，目前发展得比较成熟的一种就是合同能源管理商业模式，即：能源服务商可以为业主提供设备管理和交易管理，在保障业主的收益最大化的情况下，收取一定量的服务费或者按比例提成。
有一些德国比较大的公用事业公司，比如EnBW，能够发展的商业模式就更多了。他们自己会向用户便宜出售或租赁自己的家用光伏+储能设备，以获取管理那些设备的权限，这样就完美的创造了完全属于自己的能源社区，占据当地的能源服务市场。
EnBW发言人Heiko Willrett在接受《清洁能源电线》采访时曾表示，未来能源系统向分布式的转变是能源领域的主要趋势之一，而储能会是未来稳定能源系统、保障供电可靠性的核心角色，公用事业公司需要重新思考出应对分布式能源系统的新商业模式。
储能如何能做到能源转型的过渡
德国的储能行业人员已经超过12000人(其中约5000人从事电池行业)，和国内相比，这个数字当然少得可怜，但是考虑到市场体量，这个人数目前已经超过了德国的褐煤行业工作岗位的一半。根据德国能源存储协会BVES的预测，2018年储能行业的总销售额预计将增长10%，达到51亿欧元。德国政府和煤炭委员会(coal commission)希望在目前计划的脱碳期间，通过将电池生产商吸引到煤炭开采地区，一方面充分利用该地区资源，另一方面保障该地区的人口就业问题。目前德国脱碳的最大障碍，其实已经不是技术上的问题，最大的争论是，能源转型导致传统煤炭行业人员失业的问题，如果通过上述措施能够保证人口失业问题得到解决，那么德国脱碳之路上的最大障碍也会消失。
据德国媒体的报道，一个千兆级的电池工厂创造的新就业岗位与褐煤采矿的旧岗位相似。鉴于在德国这些工作的薪资水平类似，受影响的工人也不需要搬家。目前德国正在考虑建造多个巨型电池工厂，并在积极招商引资，吸引德国海内外的投资机构，下面是今年的几个比较轰动的例子：
·德国国家经济秘书长Bareiß在2018年8月底表示，波兰和德国将宣布在德国东部的褐煤矿区Lusatia和波兰西部开展电池生产合作。
·不久之后，德国经济部长彼得•阿尔特迈尔(Peter Altmaier)在9月又宣布，德国将开始在国内自主大力生产电池，但没有透露更多细节。
·特斯拉创始人埃隆•马斯克(Elon Musk)也曾公开发言，特斯拉可能会在法德边境附近开设自己的电池工厂，而该地区靠近德国的雷尼什(Rhenish)矿区。
·对于国内电池行业的技术人员，可能已经了解到宁德时代CATL已于2018年7月计划在东部的图林根州(Thuringia)建造一个巨型工厂，为德国汽车制造商提供低成本的动力电池，助力德国汽车行业向低排放的转型，因为德国汽车公司迄今不愿投资电池生产。
除了电池之外的其他可能
储能的原理早在几十年前就不是什么新鲜事。“经典”的抽水蓄能技术就是在电力富余的时候，利用水泵将电力转化为势能，在需要的时候，又把水放出来，将势能转化为电力。但在德国，适合建造抽水蓄能电站的空间非常小，因为那里的山区很少，而且公众对这种会破坏环境的新项目有强烈的抵制。这就是为什么德国人还在努力寻找其他方式来储存可再生能源。目前人们对电池的热情有时掩盖了这样一个事实，即世界第四大经济体的脱碳需要许多其他技术，因为电池根本无法储存更长时间的能量，也无法储存足够的能量。这就是为什么除了完成煤炭开采到电池生产的转变之外，以热能的形式储存，或者以气体或液体燃料的形式储存可再生能源(比如Power-to-Gas技术)的技术，对于大量或者长时间储能也很重要的原因。
热储能目前正在研究当中，德国航空航天中心(DLR)提出了一种利用煤炭行业现有储热设备来缓解脱碳计划的替代方法。研究人员建议将可再生能源产生的热量储存在废弃燃煤电厂装满液态盐的大水箱中，并利用现有的蒸汽发生器和涡轮机将热量转化为电能。德国政府已经表示，将研究“使用不再需要大规模蓄热的发电厂”的可能性。DLR称，如果这些项目得以实现，目前约有一半的燃煤电厂员工可以保住工作。
至于Power-to-Gas技术储能的案例，在德国目前有非常多，其中比较有名的是德国的MEKS项目。MEKS“是施普伦贝格多能互补集成发电系统（Multi-Energie-Kraftwerk Sperenberg）的缩写，项目坐落于德国东部小市阿姆梅伦塞的小镇施普伦贝格。这个多能互补集成发电系统利用先进智能系统集成技术将风力发电和光伏发电结合，所发电量可以实时馈入电网；多余的电量又可以结合制氢装置，制得的氢气可以储存或馈入当地天然气管道。MEKS项目将该地区的创新发电和存储技术结合起来，充分利用该地区的新能源资源，同时为当地现有发电厂提供了可持续利用潜力。
电池在电动汽车上的应用
电池产业的繁荣发展的主要推动力就是政府决策。作为汽车大国，德国政府希望在汽车零排放时代到来之前确保德国最重要的汽车行业的未来。发展电动汽车对于电力行业来说无疑是个福音，电动汽车之于电力行业的意义就是“装在车轮上移动电池”，而且其飞快的发展速度对于储能行业的意义可能会是住宅储能无法比拟的。
气候、能源和运输国际顾问Diaz-Bone举过这样一个例子：“100,000个家用储能系统的数量可能听起来已经可以令人印象深刻，但如果对比电动汽车的规模，这个数字也只能相形见绌了。我们正在研究数百万辆电动汽车，每辆汽车的电池容量为40到100千瓦时，是一般家用电池储能系统的五到十倍”。
与固定式家用电池一样，通过充电桩连接到电网的电动汽车不仅可以存储电力，还可以根据需要将其送入电网。例如，下午从工作中回到家的电动汽车车主可能会告诉他的充电系统，希望他的车在第二天早上之前可以充满电。然后，系统可以分配充电所需的时间，并利用剩余部分帮助调节电网稳定。电池的核心优势是，可以在短时间内吸收和释放大量电力，这使其成为为电网提供辅助服务的理想工具。它们可以保证电力通畅以稳定电网，充当备用电源以提高可靠性，并且能够在供电充足且因此便宜的时间再充电。德国著名的虚拟发电厂运营商Next Kraftwerke与荷兰智能充电供应商Jedlix合作，已经把这种双向充电模式应用到试点项目当中。
但电动汽车能否如上面所说为电网提供这些服务还有待观察，这取决于车主和汽车制造商是否配合。为了解决这一问题，德国能源智库AgoraEnergiewende的储能专家MatthiasDeutsch参考了一些关于向电动车车主支付辅助服务的费用的商业模式，得出了结论称：“能否说服电动汽车车主参与电网辅助服务，根本上只是一个补偿金额高低的问题。相比之下，汽车制造商所带来的阻碍可能更大 – 例如，汽车制造商会要求：如果车主把汽车电池用于电网辅助服务，他们就会撤回对电池的质量保证。”
据麦肯锡称，电动汽车不会在2030年之前大幅增加德国的电力需求，但人们通常会在下班后给电动汽车充电，这一用电行为可能会增加夜间高峰负荷，电力负荷曲线将有所不同。虽然电力系统受到影响不大，但在一些电动汽车普及的热点地区（如郊区等），由于峰值负荷会显著增加，当地的变压器也需要升级。
德国储能行业也表示，储能产品可以减少电网扩建的投入。例如，大量电动汽车投入市场，大规模的充电会给电网带来过重的负担，此时，有储能设备作为缓冲，扩建的需求也就没有那么迫在眉睫了。
展望未来，电网可用的电动汽车数量看起来并不是那么确定。如果私人汽车保有量下降，自动机器人出租车等新商业模式投入使用，人们现在所想象的电动汽车在电网中的美好应用可能会大打折扣。
电池对人类和地球的危害
电池市场的规模已经引起了人们关于电池原材料以及电池生产和处理对人和环境的副作用的关注。
根据德国交通转型智库AgoraVerkehrswende的一项研究表明，虽然锂和钴等关键电池成分的资源储备足够支撑当前电池的发展，但它们的开采制作过程，本质上还是会造成一定的社会问题和环境问题。这个领域所产生的问题是多方面的，包括采矿作业的高能耗，酸性矿山排水，采矿公司与当地居民之间的用水冲突，以及矿山的恶劣工作条件等等。尤其是刚果小型钴矿的不人道开采条件，工人们赤手空拳地挖掘原材料的情况，引起了媒体的广泛关注。“可持续性不仅仅意味着'长期可用性'。它还意味着确保整个供应链中工人的环境标准和可行条件。”
另一方面，镍和锂的开采也带来了高昂的环境成本。二手车电池的处理也可能造成严重的环境问题，但二手电池处理这个新行业正在逐渐兴起，将会成为一个十分必要的售后市场。
在这里举一个典型的例子就是汽车制造商通过二次利用电池来赋予电池新生命。各种德国汽车制造商已经将数百个二手电动汽车电池组合在一起，形成电力系统的大型储能装置，以帮助保持电力供需平衡。梅赛德斯汽车制造商戴姆勒在2018年7月开设了第三个由二手电动车电池组成的大型电池储能设备，总容量约为10兆瓦时。同为德国著名汽车制造商的宝马公司也参与了类似的项目。
大型电池提供电网服务
无论是二手还是全新电池，它们的价格正在不断下降。目前，大型电池已经成为电网稳定的重要工具。德国储能协会BVES的数据显示，德国大型商用电池的总容量将在2018年几乎翻倍至约320兆瓦，而所有家用电池的总容量将增加到380兆瓦左右。
在一些地理位置比较孤立的国家，例如英国和澳大利亚，大型电池提供电网服务的使用需求更加显著。气候、能源和运输国际顾问Diaz-Bone认为：“作为一个岛国，英国几乎没有与国际互联的电网，却拥有巨大的风力发电潜力。因此，它应该受益于其电网中的电力存储部分，而德国对大型电网储能的需求不那么明显，因为德国有一系列可能更便宜的灵活性替代方案 - 例如跨境电力贸易。因此，德国不会像英国那么依赖电化学储能。”与英国相比，德国的电网可以利用阿尔卑斯山的水电站来储存电力，并且很快可以使用目前正在建设中的水下电缆Nordlink，将风力涡轮机产生的电力输送到挪威水电站。在德国风力发电量较低的时候，挪威水坝可以将电力输送回德国电网。
大型电池储能项目也成为绿化远程住宅能源供应的关键工具，让住宅供能不依赖于集中式电网。德国在北海的岛屿为这些涉及储能的智能小型电网提供了完美的试验场。例如，欧盟支持博尔库姆岛的一个试点项目，旨在用太阳能电池板发电和配备有一系列储能技术的连接到智能电网的风力涡轮机发电取代化石燃料发电。
储热和季节性储能
电池并不是解决能量转换后所需的大规模储能的唯一灵丹妙药。这是因为电池不适合长时间储存电力，并且电池的容量远远不能满足风力和日照较少的长时间需要。从尺寸上看，世界上最大的电池拥有129兆瓦时容量，由特斯拉在2017年在澳大利亚建造，可能仅能为上海提供大约几分钟的电力。因此季节性的大规模储能往往需要人们考虑到如何将整个夏季的太阳能发电量储存几个月，供冬季使用。
许多德国专家认为，在没有风或太阳的较长时期内稳定的能源供应是德国能源转型的核心挑战。在能源转型的背景下，一个新的德语词语应运而生：Dunkelflaute，一种黑暗、平静期，正是描述这种无风或者无阳光的天气情况。
大规模储能的问题仍然存在争议。经济学家Hans-Werner Sinn认为：由于储能需求巨大，无法全面过渡到间歇性可再生能源。但德国经济研究所（DIW）的经济学家反驳说，Sinn的假设是不现实的 - 例如，他们认为不是每一瓦的可再生能源都必须投入使用。 也仍有许多能源专家认为，几十年内都不需要大规模储能技术，因为还有其他更便宜的灵活性选择，例如需求响应和电力交易。
但对于大规模储能技术的现阶段发展来说，德国德国工程师协会（VDI）表示，已有能够较好解决这一问题的技术。“已经存在完成能量转换所需的储能技术。它们处于不同的发展阶段，但从技术角度来看，储能问题可以得到解决。”具体有以下两种比较成熟的解决方法：
1. Power to Gas：电可用于制造可无限期储存的氢气或其他气体，然后在常规燃气发电厂中燃烧气体发电，或用于给家庭供热。但该技术目前价格昂贵，因为在转换过程中会损失大量能源。具体内容请关注交能网稍后推出的Power to Gas专题文章。
2. 储热：以热量的形式大规模储存能量。储热的方法有很多种，例如以大型地下含水层储能的形式储能-这实际上是一个巨大的保温瓶。德国汉堡市已经完成了一个大型地下含水层蓄热系统的试验阶段，该系统应该取代一个燃煤电厂，可以为冬季的8000户家庭提供热能。将水加热至80摄氏度并泵入地下以保持温度，以便在城市的区域供暖中使用。
德国政策制定者对“Made in Germany”的储能技术的态度
政策对于许多能源细分行业的发展至关重要，技术的未来在很大程度上取决于政策，储能行业也不例外。
欧洲经济研究中心调查的能源行业专家一致认为，目前德国的政治框架对促进储能行业的发展几乎没有好处。尽管德国的可再生能源在全国范围内迅速推广，但电池大力推进的同时其实是没有政策激励的，政策仍需要迎头赶上。首先，能源税制就需要进行根本性的改革，目前高电价是德国电气化进程的严重阻碍，许多储能专家认为：降低能源税才能更好地利用Power to Gas等关键技术。“储能行业被挤进一个过时且狭窄的监管框架，现状是许多技术无法盈利 ，因为他们必须多次支付税款，”储能行业协会专家Gottke 解释道。“这一切都是因为监管框架落后于技术发展。”
在这样的行业情况下，主要由中小型企业组成的德国储能行业表示，他们现在已经高度以出口为导向，并坚信这有利于全球市场增长，例如应对美国和澳大利亚大型电网电池、以及非洲小型电网和离网电池等需求。
当然，德国政府也意识到需要进行改革以促进国内储能的发展，这也是德国储能行业目前依然是世界市场的一块基石的原因，但德国政府依然想尽量避免进行复杂的税制改革。“我们需要新的商业模式和价格，以提供电力储存的动力，”德国国务秘书Bareiß说。他表示，政府将在未来几年变得“非常活跃”，以帮助储能行业保持竞争力。
德国联合政府已经在其最新预算中大幅增加了电池研究的资金，Bareiß表示还会有更多的预算。“能源转型也是一个技术项目。我们希望知道，在未来几年，我们可以在德国使用哪些技术来促进新的增长和繁荣。”
结语：德国的政策发展及先进的技术使其目前保持着'可再生能源2.0技术领导者的地位，但德国是否能长期保持这种领导地位还是一个未知数，让我们一起在这场变革中看个究竟。
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