九評：我國電網谷電大規模儲能調峰技術路線

楊瑞瑜

（深圳市老科技工作者協會深圳518033）

人類正在被能源枯竭、溫室效應所困擾，尋覓“清潔低碳新能源”是擺脫困擾的唯一選擇。比較而言，“中國式電力能源困擾”顯得尤為突出。

1 一評：有人會問，中國式電力能源困擾嚴重嗎？回答是：很嚴重！

隨著我國經濟發展的快速增長，對白天“峰電”的需求越來越高，全國大面積“缺電趨勢”也越來越嚴重。由此帶來我國電力產業的連鎖病態反應。

1）關于病態困惑。

反應一“峰谷差”越來越大。“極端冷熱氣候”及“世界工廠”兩個因素，導致我國對電力供應需求陡增的同時，也為“峰谷差”的加大埋下了伏筆。據報導，近幾年我國的“峰谷差”徘徊在38%-48%之間。“峰谷差”可比喻人得了高血壓病，收縮壓與舒張壓之間壓差越來越大。

反應二、夜間“谷電”浪費越來越大。2010年我國平均每天發電114億千瓦。2011年7月26日，全國日發電量首次突破150億千萬kW·h。為方便計算理解，保守評估我國的“峰電平均負荷”為100億千萬kW·h。如果我們取“峰谷差”38%-48%的中間值43%，那就意味著，我國每天約有43億千瓦的“谷電無效負荷”電能白白流掉，相當于三峽18天發電量（2010年，三峽平均每天發電2.3億千瓦時）。或者講，我國電網運行20天累積浪費的“谷電無效負荷”電能，相當于三峽一年的發電量。這是一個令人無比震驚的數據。“谷電無效負荷”可比喻人得了拉肚子病，進到肚子的營養沒有被吸收就“瀉掉”了。

反應三、“峰谷差”越來越大對電網的“安全”及“電能質量”負面影響也越來越大。可比喻人的血壓波動大對人健康的負面影響。

2）關于治病困惑。

反應四、治療以上病態的處方是——在國家總發電裝機容量中，安排30%的電力板塊扮演調峰角色。據有關專家講，實際我國調峰板塊欠賬八成左右。可比喻人的“高血壓病”和“拉肚子病”到了需要抓緊治療的時候了。

3）關于成本困惑。以上由“因果關系”造成的病態連鎖反應，是由“峰谷差”概念引申出“儲能調峰”命題。在此，首先提請大家注意“大規模調峰”概念。因為，作為“大規模調峰”電源來說需要夠資格：資格一，自身或者通過移動，能夠設置在電網某一區域“負荷中心”的一定半徑內（超出范圍則調峰功效大打折扣）；資格二，要有一定的“大規模”電容量，才能匹配“被調峰的電網”。

美國電力儲能協會負責人近期說：雖然在過去的幾年內，國際上儲能技術成本已經得到了顯著下降，但總體看來，離商業化要求依然有很長的距離。美國目前每千瓦的儲能成本依然高達1211美元，但我們可接受的目標是400美元。

從近半個世紀電力技術發展歷史來看，科學家一直在尋找“把谷電大規模儲存起來實施經濟、有效調峰”的解決方案，但“物理儲能方式”往往被“資格一”約束而不能扮演“大規模調峰”的角色；而“化學儲能方式”始終被“資格二”約束而不能扮演“大規模調峰”的角色。前者屬于“地理資源客觀性質障礙”幾乎不可逾越；后者屬于“技術水平主觀性障礙”有可能逾越。既然如此，科學家們就把“化學儲能方式”作為主要的攻克對象。于是，全世界的相關科學家們始終在不懈的追逐這一目標，但始終與“山頭”還有一定的距離。原因就是4個字：成本障礙。

一評結論：我國“調峰板塊”欠賬引起電網“峰谷差越來越大”并引起“夜間谷電浪費越來越大”的程度在不斷在加大，到了需要深度治療的時候了。為了擺脫人類困擾，為了拯救“谷電”，不論什么性質的“儲能障礙”都不會阻擋科學家的探索步伐。

2 二評：有人會提問，利用“儲能調峰板塊”處方治療“病態峰谷差”后的效果是什么？回答是：提高電網“電能質量”！

2.1 “峰谷差”是什么

“峰谷差”也稱為“峰谷差率”、“負載率”。主要反映電網最大負荷與最小負荷之間的關系。具體算式是：峰谷差=（峰電負荷—谷電負荷）/峰電負荷 。結果用百分數表達。百分數越大意味“峰谷差”病態越嚴重。

2.2 電能質量是什么

通過公用電網供給用戶端的電力產品的品質。

2.3 “病態峰谷差”對“電能質量”負面影響是什么

“電力產品”不能儲存，以光的速度傳送到各個負載，不斷保持“電力五恒狀態”（恒壓、恒流、恒頻、恒波、恒相）為社會提供電能服務。當然，“電力五恒狀態”只是個理想目標，實踐運行當中，由于系統中的阻抗負荷、容抗負荷、感抗負荷性質不一且多變，加之調控手段有限，這種理想的狀態并不存在，五個要素的狀態始終在波動。

當電網峰電與谷電的差值越大，電網“電力五恒狀態”波動就越大，電網調整的能力就越困難，進而對供電側、用戶側不同設備的負面影響也越大。當電網兩側之間林林總總不同性質負載的相互影響，就容易進一步反饋積累，導致電網出現諸如電磁瞬態沖擊振蕩、短時電壓變動、長期電壓變動、電壓不平衡、電波畸形、直流偏移、諧波、間諧波、陷波、噪聲、工頻變化等異常現象。由此，對一些敏感用電客戶影響很大。比如，計算機系統、微電子技術控制的自動化生產流水線、新興的IT產業、微電子芯片制造等企業，對電能質量的要求和敏感程度比一般電力設備要高得多。因此，任何暫態和瞬態的電能質量問題，都可能造成設備的損壞或運行異常，影響正常的生產，給用戶造成嚴重經濟損失。又比如，由于“短時失電”后又重合閘，致使電壓突然跌到零或接近零。電壓中斷將致使一些用戶生產停頓，造成重大的經濟損失或產生嚴重的后果。又比如，高爐停電超過30分鐘，鐵水就要凝固，造成爐體報廢，引起重大損失。例如，突然發生的停電更會威脅人身安全：煤礦礦井突然停電時，使風機停轉，井下風量不足，空氣中瓦斯氣體含量過高，引起窒息的人身事故。

造成以上林林總總令人生僻難解的故障的主要原因就是五個字：病態峰谷差。

2.4 “儲能調峰板塊”是如何降低“峰谷差”的？

根據：峰谷差=（峰電負荷—谷電負荷）/峰電負荷。假設，儲能調峰之前，峰電負荷為100千瓦，谷電負荷為50千瓦，那么“峰谷差”就是50% ；儲能調峰之后，“儲能電源”儲存了谷電負荷時段的30千瓦，然后在峰電時段上網，“峰谷差”就會降低為20%。

二評結論：“電能質量”不佳會對用戶側造成非常大的直接經濟損失和間接經濟損失。降低“峰谷差”是決定“電能質量”的前提因素。“調峰”是降低“峰谷差”的唯一手段。“大規模儲能調峰”是關乎我國“電網安全”、“谷電浪費”及“電能質量”的重大的命題。

3 三評：有人會提問，“儲能調峰板塊”對電力產業的功效性意義大嗎？回答是：非常凸顯！

不斷增長的“電力需求”迫使國家拿出大量的資金進行電力建設，而“電力高峰需求”往往是幾十分鐘、幾個小時的“階段性需求”，“高峰”過后大量的電源和電網容量閑置。由此，不僅是浪費建設資金，并且，越來越大的“峰谷差”帶來越來越大的電能浪費及“電能質量”的下降。解決這一矛盾的最佳手段就是構建“儲能調峰板塊”。

中國“一石二鳥”成語說的是，辦“一件事”影響帶動另外“兩件事”的功效。如果這里要創造“一石九鳥”成語，你肯定說太不靠譜！天下哪有這么好的事。

現實的“儲能調峰板塊”還真是這石破驚天的“一石”，它在執行“挖掘谷電價值”任務的同時，影響帶出了“九鳥功效”：

一鳥功效是：可支撐“電網端”削峰、填谷、調頻、調壓、抑制諧波等；

二鳥功效是：可幫助“配電端”輸配能力增強、電力增容；

三鳥功效是：可協助“發電端”電網負荷調節自如；

四鳥功效是：可捆綁“上網端”間歇電平滑上網；

五鳥功效是：可幫助“用電端”用電時間自由并節省電費；

六鳥功效是：可配合“控制端”隨主變負荷變化而變化、實現對主變負載的節能控制；

七鳥功效是：可促進構建“分布式電網”發展步調；

八鳥功效是：可證明“微域電網”在“廣域電網”的生存價值；

九鳥功效是：可支撐“傳統電網”朝“智能電網”升級的發展進程。

當然，以上九鳥各個端點，要被影響具體介入“儲能”才能名至實歸。比如，四鳥功效說的是“間歇電”捆綁“儲能”后，就可無障礙平滑上網。如果不與“儲能”捆綁會怎么樣呢？2010年底，全國風機吊裝容量4 182萬千瓦中，并網容量3 107萬千瓦，有1 075萬千瓦未能并網發電。去年上半年，我國風電發了電但無法被人們所用的“棄風”達27.76億kW·h。今年上半年，甘肅風電基地發生了多起風機脫網事故，給電網平穩運行帶來風險。專家指出，如果風電通過“儲能”之后上網，以上矛盾就迎刃而解。這就是所謂的“四鳥功效”。

再比如，九鳥功效說的是：“儲能”可支撐“傳統電網”朝“智能電網”升級的發展進程。我國《十二個五年規劃綱要》中指出，“依托信息、控制和儲能等先進技術，推進智能電網建設”。顯而易見，“信息”、“控制”和“儲能”三要素是建設智能電網的前提因素。也就是說，通過提高“傳統電網”的“信息”和“控制”的軟技術水平和“儲能”的硬技術水平（兩軟一硬），智能電網建設規劃才能循序漸進的推進。

綜上所見，“儲能”與“間歇電上網”的關系、“儲能”與“智能電網”的關系，不僅僅是互為依托、互為支撐關系，更是“捆綁共生”關系。

三評結論：為“儲能調峰板塊”創建“一石九鳥”成語名副其實。“儲能調峰板塊”對電力產業供應鏈的每個端點都有積極的功效作用。

4 四評：有人會提問，“儲能調峰”對電力產業的經濟性意義大嗎？回答是：非常凸顯！

4.1 “大規模儲能調峰”是如何“挖掘谷電價值”的呢

“大規模儲能調峰”把“峰谷差”降下來后，經濟性體現在兩個方面：直接經濟效益是峰電時段可以少發電；間接經濟效益是電網“安全性”及“電能質量”提高。

讓我們再通過峰谷差=（峰電—谷電）/峰電公式假設一個案例來分析：儲能調峰之前，峰電為100千瓦，谷電為50千瓦，那么“峰谷差”為50%；儲能調峰之后，“儲能電源”儲存了谷電時段的30千瓦，然后在峰電時段輸電上網，“峰谷差”降低為20%。

這里需要注意的是，很多人都會誤認為，這里只挖掘30千瓦電能；而正確的理解應該是挖掘了60千瓦電能。為什么？用一個小故事解答其中的道理。

大家都知道，抽水儲能發電具有“用4發3”的特征。由此，有業內人抱怨：“抽水儲能發電”用4度電才發出3度電，不合算！前國家能源局局長張國寶解釋：“表面看4度電換3度電浪費了1度電，但“調節峰谷差”用的電和一般發電性質不同”。部長對“抽水儲能發電”經濟價值定性很到位，但缺乏定量分析。

4.2 定量分析以上案例：峰電時段發電1 00千瓦是最高限制指標

當“儲能調峰板塊”在峰電時段把之前儲存的30千瓦輸電上網后，原來的峰電發電機組就可以減少發電30千瓦。由此我們可以看到，“儲能調峰板塊”的經濟效益是體現在下游身上。

因此，抽水儲能發電具有“用4發3”的特征，應該修正為具有“用4削3填3”特征。即，用4瓦電達到了削峰3瓦填谷3瓦的目的，或者，最簡單理解為“儲能1貢獻2”。

顯然，如果相關決策者對以上定量分析認同的話，今后勢必對“儲能調峰板塊”政策支持力度及優惠政策也會有所“調峰”。

四評結論：“儲能調峰板塊”對電力產業供應鏈每個節點都具有明顯的直接、間接經濟意義。應該為“儲能調峰板塊”的“虧損概念”正名為“儲能1貢獻2”。

5 五評：有人會質疑，既然我國電網調峰板塊欠賬巨大，為什么電網運行也還算正常？回答是：調峰三個子版塊中“拉閘限電調峰子板塊”貢獻最大！

專家指出，在電網大板塊中，“發電板塊”與“調峰板塊”合理的比例是7比3的關系。我國電力“調峰板塊”的構成與眾不同、別具中國特色：由“發電側調峰子板塊”、“儲能調峰子板塊”、“拉（掉）閘限電調峰子板塊”組合構成。也就是說，我國電網的“調峰任務”是由這三個子板塊的合作承擔。為什么說三個子版塊中“拉閘限電調峰子板塊”貢獻最大呢？

5.1 原因一、“發電側調峰子板塊”形同虛設、無能為力

關于小電站調峰。由于我國“抓大放小”政策，一些本來可為“調峰”起作用的小型煤電站、燃油電站大多被淘汰。從環保的角度出發，這個政策是英明的。

關于大電站調峰。基于我國以“煤”為主的能源資源稟賦特點，決定了我國以“煤電為主”的電源結構。我國煤電裝機中大型“供熱機組”占大比重，一方面冬季調峰能力受到限制，另一方面，用高溫、高壓、高效率、高投資的大機組來“調峰”經濟上是不合算，而且對機組的安全、壽命有負面影響；在水電裝機中，徑流式水電站基本沒有能力參加調峰，而大型水利樞紐電站受灌溉、航運、防洪等綜合利用影響，調峰能力受很大制約；核電出于安全性和經濟性考慮一般不參與調峰。顯而易見，造成我國電力系統“調峰板塊”持續欠賬局面的主要原因，是中國國情下電源結構所決定的。

關于間歇電站調峰。本來指望被賦予“新能源、再生能源、清潔能源美譽”的風電、光伏等間歇電，多多承擔調峰的作用，但實際情況倒轉身賦予它們“棄電、窩電、垃圾電、電網不安全因素電”的貶譽了。有時，風電的反調峰特性反而增加了電網調峰的難度。由此，間歇電“泥菩薩過河自身難保”，根本不可能為調峰出力了。

5.2 原因二、“儲能調峰子板塊”政策不明、倍感吃力

其中，對唯一可商業化運作的“物理抽水儲能”而言：由于受地理客觀因素的約束，并且受“抽水儲能調峰電力投資大沒有效益”錯誤觀念的影響，本方式的調峰總能量發展的不是太理想；其中，對“化學儲能”而言：由于“成本因素”的約束，更重要的是政策支持不到位（國家對“新能源發電”給予了一定的補貼政策，但對“儲能技術”卻未有相關政策出臺。而美國已于2010年正式通過了《儲能法案》，其中對儲能技術提出了明確的補貼標準），導致我國“化學儲能調峰”產業化的雛形階段，就顯得負擔重重、方向不明，商業化道路走得倍感吃力。

5.3 原因三、“拉（掉）閘限電調峰子板塊”立竿見影、歪打正著

關于“拉閘限電”做法引起的“各方損失慘重而怨聲載道”不屬于這里討論的話題。這里只探討“拉閘”和“電網掉電”背景事宜。

“電網掉電”是對“峰谷差太大”的自動保護性行為；“拉閘限電”是各地政府為了完成“節能減排目標”的人為行為。然而，不論是“掉電”還是“拉閘限電”，動機不同但動因都是“電網負荷太大”。也就是說，即便不“拉閘限電”也可能“掉電”。總之，本事態的本質原因就是“我國調峰板塊欠賬太大”，即，我國電網“發電板塊”與“調峰板塊”比例失調造成的。原水利電力部辦公廳主任沈根才曾經公開講過：“拉閘限電在很多時候并不是發電機組不夠用，而是缺少調峰電源造成的”。最近，韓國首爾“拉閘限電”和墨西哥首都“電網掉電”影響近千萬人的正常生活就是類似的緣故。

至此，如果有人單純認為“拉（掉）閘限電調峰子板塊”屬于“虛擬怪胎調峰子板塊”那就冤枉它了。其實，正是由于這個子板塊的“超值貢獻”，使得國家電網“發電板塊”與“調峰板塊”的比例基本處于安全狀態，使得“調峰板塊欠賬矛盾”被緩解。顯然，在“調峰板塊”欠賬矛盾解決之前，我國電網調峰的重擔，還得靠“拉（掉）閘限電調峰子板塊”實施“歪打正著”的調峰路線。實屬無奈也！

五評結論：造成我國調峰板塊欠賬的主要原因是我國電力系統“結構先天失衡”造成的。既然“發電側調峰子板塊”無能為力，既然“拉（掉）閘限電調峰子板塊”屬于過渡形式，那么，加快增強我國“儲能調峰子板塊”實力，是解決“欠賬矛盾”及“結構先天失衡矛盾”的必然選擇。

6 六評：有人會提問，為什么“物理儲能方式”不適合扮演我國“谷電儲能大規模調峰板塊的主要角色”？回答是：客觀局限！

目前，物理儲能主要包括：抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、超導儲能等方式。

6.1 抽水蓄能

利用電力負荷低谷時的電能抽水至“上水庫”，在電力負荷高峰期再放水至“下水庫”發電上網參加調峰。優點：商業化程度高，技術成熟；可儲存谷電，適于調頻、調相，穩定周波和電壓；缺點：建設周期較長、投資較大、規模受地貌影響、轉換效率為65%～75% ；客觀局限：不能夠任意設置在電網“負荷中心”的一定半徑內。

6.2 壓縮空氣儲能：利用電網負荷低谷時的剩余電力制造“壓縮空氣” ，然后將“壓縮空氣”密封在容器中（諸如報廢礦井、山洞、過期油氣井或新建儲氣井），然后在電網負荷高峰期，釋放壓縮的空氣推動汽輪機發電

優點：其燃料消耗比調峰用燃氣輪機組可以減少1/3；建設投資和發電成本低于抽水蓄能電站；安全系數高，壽命長；缺點：其能量密度低。客觀局限：受巖層等地形條件的限制，不能夠任意設置在電網“負荷中心”的一定半徑內。總體而言，目前尚處于產業化初期階段，技術及經濟性有待觀察。

6.3 飛輪儲能：利用電動機帶動飛輪高速旋轉，將電能轉化成機械能儲存起來，在需要時飛輪帶動發電機發電

優點：效率在90%以上，循環使用壽命長，無污染，維護簡單，可連續工作；缺點：能量密度低。保證系統安全性方面的費用很高，小規模無法體現其優勢。客觀局限：總體而言，目前尚處于產業化初期階段，技術及經濟性有待觀察。

6.4 超導儲能：利用超導體制成的線圈儲存磁場能量

具有響應速度快，轉換效率高、比容量大等特點。總體而言，目前尚處于產業化初期階段，技術及經濟性有待觀察。

六評結論：已經商業化或即將商業化的各種物理儲能方式，均存在不同形式、不同程度的客觀性局限，從經濟性、有效性、產業化步調等因素綜合分析來看，物理儲能方式僅僅適宜扮演“儲能調峰的輔助角色”。

7 七評：有人會問，哪一種“化學儲能方式”適合扮演我國“谷電儲能大規模調峰板塊的主要角色”？回答是：燃料電池！

前面提到，“化學儲能方式”被“規模儲電容量”所約束，而“規模儲電容量”被“一致性技術障礙”所約束，而“一致性技術障礙”被“成本障礙”所約束。言下之意，能夠掙脫這“因果關系約束鏈條”的電池類型，就會成為“主要角色”。根據目前國內外業內主流觀點來看，非“燃料電池”莫屬。

關于燃料電池的比較優勢：1、潔凈、安全的發電裝置；2、多燃料系統；3、高效率的發電裝置；4、分散型的發電裝置；5、與“谷電”捆綁后，可實現大規模商業發電；6、規模稍小的可以建在住宅小區、辦公樓、廠區甚至城市的中心地帶，可以減少因長距離輸送電力而產生的損耗；7、可面向個人用途的超小型燃料電池，可以作為筆記本電腦和移動便攜電話的電源；8、常規物理發電能源效率只有30%～40%；而燃料電池可以將能源利用效率提高到70%～80%。

關于“儲電容量一致性”的重要性：眾所周知，儲能系統規模電容量，是通過各單元電池的串并聯之后獲得。因此，各單元電池電容量的“一致性”指標至關重要。大家都有“電池短板效應”的生活經驗：如果你把2節新電池和1節舊電池放到A手電筒里；把3個稍微舊但屬于一批次的電池放到B手電筒里，此時，A手電筒三個電池加起來的電容量比B手電筒三個電池加起來的電容量要大。然而，往往A手電筒還不如B手電筒可照明的時間長。為什么呢？原因是：A手電筒電源的“一致性”不如B手電筒，內因是A手電筒“能量內耗”比B手電筒大。顯而易見，“儲電容量一致性”屬于“儲能技術”的根本性指標，也屬于技術難點；“儲電容量”規模越大，“一致性”技術難點就越大。

關于“二次電池”與“燃料電池”的擂臺賽：從使用方法分類來看，化學儲能電池有“一次電池”、“二次電池”、“燃料電池”三種分類。“一次性電池”屬于使用一次就廢棄的電池（應用在手電筒等），不屬于我們討論的范疇。“二次電池”屬于“可反復充電使用的電池”，“燃料電池”屬于“通過不間斷輸入燃料持續放電使用的電池。我們通過對“二次電池”和“燃料電池”進行打擂臺比賽，看看“燃料電池”是如何勝出的。

比賽一、“規模儲電容量一致性”指標：從化學原理來看，“二次電池”與“燃料電池”是類似的：它們的單體電池都是由正負兩個電極及電解質組成。從工作原理來看，“二次電池”的“電容量”是“定量”儲存在電池內部，放電完了之后通過“充電”恢復電容量；而“燃料電池”的“電容量”是“不限制電容量”儲存在電池外部，通過不斷輸入“燃料”連續放電。因此，“燃料電池”就是發電機，“二次電池”就是儲電機，這是兩者之間本質的區別。正是這個區別，帶來兩者在解決“規模電容量一致性”技術難點的分道揚鑣，以及連帶出“承受原材料成本”的分道揚鑣。

“燃料電池”通過“結構層面”保證一致性：一是基于正極是“無形空氣”，不牽扯“有型原材料”尺寸、工藝和原材料本身等因素一致性的約束；二是基于活性物質的固相及形貌不發生變化，不一致性概率大大降低。

“二次電池”儲存活性物質的固相及形貌必然發生非線性變化；工藝過程保證有型原材料尺寸等因素的“一致性”有很大的難點。因此，只有被動從“技術層面”力爭一致性（往往很難保持一致），只有通過后期被動均衡手段去彌補，當然，由此往往要額外付出較高的成本代價。

比賽二、“工作溫度”指標：大家都知道，蓄電池在充電和放電過程產生的高溫，一直是難以逾越的技術癥結。近幾個月內，深圳混合動力雙層大巴、上海雙電（電池＋超級電容）公交車和杭州電動出租車相繼發生“動力電源”自燃事件。這3輛車的“動力電源”就是由“二次電池”技術制造。由此，我們理解了儲能電源的“工作溫度”技術指標也是很重要的。顯然，也正是兩者之間工作原理的不同，也帶來兩者在解決“安全工作溫度”技術難點的分道揚鑣，以及連帶出“承受控制部件成本”的分道揚鑣。

一般來講“二次電池”的工作溫度比“燃料電池”高40%左右，“承受控制部件成本”也明顯高許多。原因是什么呢？

我國著名化學教授艾新平解釋了“二次電池”發生自燃或爆炸現象的原因。“二次電池”屬于一個密閉的反應體系，在其內部存在系列電化學和化學反應。除了用于儲存和釋放電能的正常電極反應外，還存在許多潛在的副反應，如電解質溶液的還原和氧化分解、正極的熱分解等。當電池處于正常溫度范圍和正常電壓范圍時，這些副反應不會發生，電池內部僅發生正常的充電和放電反應，此時電池是安全的。但當電池溫度過高，或者充電電壓過高時，這些副反應被觸發，產生大量的熱，并釋放出有機小分子氣體。由于反應劇烈，產生的熱量不能有效傳遞到電池體外，引起電池內部溫度和壓力的急劇上升。而溫度的上升又會極大地加速副反應的進行速度，產生更大量的熱和氣體產物，此時電池進入無法控制的自加溫狀態，即俗稱的“熱失控狀態”，這種情況下，電池有可能發生自燃或爆炸。由此，我國著名汽車工程教授王秉剛認為，在“二次電池”的安全問題徹底解決之前，把它作為公交車的動力電源應該慎之又慎。以此推理，“二次電池”作為儲能用途來講，同樣存在“潛在的熱失控狀態風險”及“內在的成本壓力”。

比較而言，“燃料電池”屬于半密閉的反應體系，其中一半的反應任務是在體外完成的，因此，基本不存在潛在的副反應。

比較而言，“燃料電池”是微容量化學瞬間反應，工作溫度不存在累計升高的背景；“二次電池”是總容量化學累計反應，工作溫度容易累計升高。

另外，衡量電池優劣的技術指標非常多。比如，比能量、比功率、轉化率等。如果都撇開“成本障礙”因素，除了“比功率”指標外，“燃料電池”都會顯出比較優勢，由于篇幅有限這里不再贅述。總之，兩者之間最主要的幾個技術指標屬于“結構層面”與”技術層面“的區別，“二次電池”也只有甘拜下風了。比賽就到此為止。

七評結論：通過對“二次電池”與“燃料電池”幾個重要技術指標的比較，“二次電池”許多“先天不足”的秉性，只適宜承擔儲能的輔助角色。

8 八評：有人會提問，哪一種燃料電池能夠逾越“成本障礙”，并適合扮演我國“谷電儲能大規模調峰板塊的主要角色”？回答是：液流—鋅粉—燃料電池！

前面提到，“化學儲能方式”的“成本障礙”離“山頭”還有一定的距離。從世界范圍來看，最接近“山頭”的有“氫—燃料電池”、“釩—燃料電池”、“鋅—燃料電池”三種技術路線。言下之意，哪一種技術路線率先逾越“成本障礙”就是勝者。下面，我們還是通過比賽做出裁決。

8.1 關于“氫—燃料電池”

“氫—燃料電池”即以“氫”為燃料的電池。工作原理是：將氫氣送到燃料電池的陽極板，經過催化劑(鉑)的作用，氫原子中的一個電子被分離出來從而在外電路中產生電流。

“氫—燃料電池”是出道最早、技術最成熟、最環保清潔的電源。從各項技術指標來講，幾乎是盡善盡美。但軟肋有三點：其一、氫是高度易燃品，“安全存儲和運輸”的成本極高；其二、陰極與陽極之間的質子交換膜造價極高；其三、參與化合的“鉑金”價格極高。由此，“三個極高”使得它很難逾越“成本障礙”。難怪，美國總統奧巴馬上臺伊始，就終止幾十年一直對“氫—燃料電池”的聯邦科研預算，轉撥給其他技術路線的新能源項目。目前，氫電池單元部件的成本是磷酸鐵鋰電池的5倍多。

8.2 關于“釩—燃料電池”

“釩—燃料電池”即以“釩”為燃料的電池。工作原理是基于金屬釩元素的氧化還原電池儲能系統。

“釩—燃料電池”是出道較晚就初露鋒芒、技術成熟、環保清潔的電源。與其它化學電源相比，釩電池具有明顯的優越性，主要優點如下：1、功率大；2、容量大；3、效率高；4、壽命長；5、安全性高；6、選址自由度大。國內某企業對該技術的開發水平已進入國際先進行列。

但軟肋有三點：其一、能量密度低引起的建設、空間成本較高。比如，能量密度是鋰電池的十分之一。這意味著儲同樣的能量體積則是鋰電池的10倍；其二、陰極與陽極之間的質子交換膜造價也比較高；其三、系統構成較復雜，對工作環境溫度要求較高（溫度太高太低都不行）造成配套成本較高；由此，“三個較高”使得它也很難逾越“成本障礙”。目前，釩電池單元部件的成本是磷酸鐵鋰電池的2倍多。

8.3 關于“鋅—燃料電池”：

“鋅—燃料電池”即以“鋅”為燃料的電池。工作原理是：利用空氣中的氧氣和金屬鋅在催化劑的作用下進行反應而產生直流電。

“鋅—燃料電池”是出道很早的清潔電源、技術難點較多。與其他化學電源相比，主要優點如下：1、比能量大；2、容量可大可小；3、效率高；4、安全性高；5、價格低。

但軟肋有三點：其一、“鋅”的氧化過程容易結晶，并容易導致電池內部短路引起電池壽命的衰減；其二、“鋅”反應過程極易“鈍化”，從而導致化學反應衰減；其三、“鋅”反應過程易“自放電”，從而導致電容量衰減。由此，“三個衰減技術難點”使得它商業化道路上產品路子比較窄、生存壓力較大。

在此，提請大家注意的是，“鋅—燃料電池”是三種電池中唯一不是受“成本障礙”所約束，而是受“技術難點”所羈絆。言下之意，“技術難點”如果被征服它就可能成為優勝者。

實際上，“三個衰減技術難點”都是由“鋅—燃料電池”中的“鋅板”惹的禍。“鋅板”是由鋅粉粘合壓制而成。“鋅板”是在靜態電解液的腔體中，按照既定的化學反應程式工作。隨著時間推移，其表面被一層氧化鋅逐漸附著包裹，正常的化學反應被抑制，負極活性物質并沒有真正的充分反映，電壓電流隨之逐步衰減，直到無電可放。由此造成了“三個衰減”。

獨辟蹊徑往往帶來柳暗花明又一村。國內某企業解決矛盾手段是：把靜態電解液改為“液流”動態后，相關技術指標開始好轉；之后，再創新再升級的手段是：將“鋅板”改為“鋅粉”后，單位時間“被氧化”的效率陡然提高，相關技術指標奇跡般產生飛躍。當然，伴隨二次升級換代過程出現的新矛盾也被一一化解。解決了諸如抗腐性碳用于空氣電極基體、新氧電極催化劑、新鋅電極等業內世界技術難點，并開辟了一些新技術分支，申報了若干國際、國內專利。該技術經法定部門檢測顯示，眾多指標達到世界先進、領先水平。

這就是“鋅—燃料電池”演繹成“液流—鋅粉—燃料電池”故事。目前，該電池單元部件的成本是二次電池—磷酸鐵鋰電池的80%左右；是“釩—燃料電池”成本的25%左右。

8.4 關于“液流—鋅粉—燃料電池”主要技術指標

衡量電池優劣的技術指標非常多。通過橫向、縱向與其他類型電池比較，該電池具有“五高一低”特征：即高比能量、高能量轉化率、高性價比系統、高安全穩定、高循環利用、低碳零污染六個方面。具體解釋如下：

高比能量——比能量可做到400～1 000 kw/kg，國際領先，如果作為電動汽車動力電源續航里程達400公里以上（另外，“比功率”達到60～180W/kg，超美國同類技術。）。

高能量轉化率——轉換率達83%（1公斤鋅粉發1度電，還原1公斤鋅粉需要1.2度電）。

高性價比系統——“鋅”材料比鋰、釩等成本低很多；循環利用燃料；設備簡練；運行環境友好等因素，造成系統成本較低。

高安全穩定——體現在三個方面：

一是應用安全方面。該技術“燃料電池”的物理、化學安全性能，遠超出其他類似產品。鋅的運輸、作業過程，不存在高溫爆炸問題，也沒有化學污染現象；零下20度到50度及高海拔情況下性能基本不受影響；

二是運行穩定方面。眾所周知，電池總容量是通過各單元電池的串并聯之后獲得，因此，各單元電池勢能“一致性”指標至關重要。該技術是通過“結構層面”保證一致性：第一、系統的存儲容量與額定功率相互獨立，存儲的電量取決于氧化鋅的數量。由此，根據工藝用途，放電和充電既可以是兩個相互獨立的系統、又可以交替進行、又可以同時進行；第二、基于正極是“無形空氣”，不牽扯“有型原材料”尺寸、工藝和原材料本身等因素一致性的約束；第三、基于活性物質的固相及形貌不發生變化，不一致性概率大大降低。而其他類型電池的活性物質的固相及形貌發生非線性變化，并且克服“有型原材料”尺寸、工藝等因素一致性的約束有很大的難點，只有被動從“技術層面”力爭一致性（往往很難保持一致），或通過均衡等方法實現。由此，往往要付出較高的成本代價。

三是資源安全方面。鋅是我國第四儲量金屬，僅次于鐵，達9 384萬噸，居世界第四位。假如中國以“鋅”替代“石油”作為汽車動力能源，不會存在“石油對外依賴程度不斷升級后的國家能源安全問題”。

高循環利用——該技術的正極是“空氣“，取之不盡用之不竭；負極“鋅粉”只是作為燃料循環使用，被封閉循環利用的介質而已。而其他技術“二次電池”所用鋰、鎳、鐵、鉛等介質載體屬于“不可逆”。因此，該技術不存在“二次電池”早充電、過充電、過放電、淺度放電、電極板遇熱變形等顧慮。

低碳零污染——該技術所牽扯的全產業鏈，除上游鋅礦采掘、冶煉環節屬于傳統環境狀態外，下游各個環節均可駕馭在“優良環境指數”狀態——零污染，不存在任何化學污染現象；不像有的電池技術的作業過程污染環境；也不存在諸如“鉛酸充電電池”生產過程及報廢后屬于重度污染物的傷腦筋事宜。

8.5 關于“液流—鋅粉—燃料電池”問世的社會意義

至此有人會問，我國誕生了“性價比國際領先”的液流—鋅粉—燃料電池意味著什么呢?

眾所周知，電力產業是國民經濟重要的支柱產業，也是體現國家競爭力的標志性產業。當下，“清潔新能源”世界競賽是關乎世界工業格局、能源格局的最重要的賽事。國際上多種技術路線及我國個別“大容量化學儲能”技術路線，都在緊鑼密鼓的推進，都想搶先一步攀登目前“世界上最有社會、經濟價值之一的珠穆朗瑪”。顯而易見，重視“谷電大規模化學儲能調峰板塊”產業的快速推進，對中國電力產業乃至整體產業升級來講，都是百年難遇的歷史機遇。

近期召開的“中國儲能技術峰會”上某院士指出：中國的儲能技術決定著新能源的未來發展。國務院專家委員會主任徐錠明說：儲能是中國新能源革命中的重要一環，不能再與世界的發展失之交臂。

鋅，兒童缺了發育不好，成人缺了生育不好，化妝缺了效果不好，輪胎缺了質量不好，然而，把它變成“新能源”真還是新鮮事。“鋅與氧氣結伴可以放電”人類已經知道一百多年了，可把“鋅”變成具有商業化價值的“能源”，可是中國人辦的事。其演繹過程的辛苦曲折堪比當年玄奘西天取經；其歷經5840個日日夜夜磨礪及數百次試驗的“鋅史”，值得令國人肅然起敬。如果“鋅”的夢變為現實，其“減碳價值”與“干干凈凈”特點可與“核電”媲美；而其“燃料長生不老”特點與核電的“核廢料難處理”特點比較卻是冰火兩重天；而其“平平穩穩安安全全”特點與核電的“意外事故難處理”特點更是陰陽兩重天。如果“鋅”有機會擔當中國電網的“儲谷電調峰”的主要角色，其用20天時間就能發出三峽一年的電量來，且兩者之間“投入產出之比”會是天壤之別。顯而易見，“鋅的儲能與發電”是當下眾望所歸的“低碳清潔新能源”，把它賦予“中華新能源”當之無愧！八評結論：“中華新能源”世界首創，主要技術指標國際領先，性價比優勢明顯，適合扮演我國“谷電儲能大規模調峰板塊的主要角色”。

9 九評：有人會提問，利用“中華新能源”構建我國“谷電大規模化學儲能調峰板塊”可操作的商業模式有嗎？回答是：有！

關于發現“中華新能源”的背景：“哲學史剃刀定律”富有啟迪意義：簡單問題復雜簡單；復雜問題簡單復雜。中國儲能發展軌跡，正印證了這樣的邏輯演繹路徑。顯然，任何新事物，最終要把復雜的問題簡單化，才具有可操作性。

解國家之困擾匹夫有責。筆者當過電工，學燃油發動機工科專業，熱衷于環保、新能源發展趨勢的研究，對我國電力產業調整與發展的困局跟蹤關注由來已久。對如何把“由技術、政策、市場等多因素相互糾葛的復雜困局簡單化處理”頗感興趣。筆者經多年的調查研究、多次參觀國際、國內專業展覽會，以“儲能調峰”為介入點，橫向、縱向比較了國內外數種技術后，并認真分析了我國“儲能調峰”困局的前因后果。

本文是筆者在2009年深圳高交會了解后、跟蹤二年多后的心靈觸動及有感而發。由此，筆者深刻意識到，新的產業“失之毫米”的非理性開端，就會有“差之千里”經濟后果。兩者之間社會資源的有效利用與無效浪費有天壤之別。作為一個有良知的老工程人員，應該發揮余熱盡匹夫之責！于是，就有了這樣的“九評”與大家見面。本事態是由技術密集爭鳴、政策密集波動、市場密集或然三大因素糾結在一起，試圖“講清楚”都不是一件容易的事。為了能讓“外行人看得懂、內行人能接受、決策人能理解”，經反復揣摩就形成了類似“形勢評論＋科普讀物＋報告文學”的“九評”特殊文體。期待大家笑納！

關于“中華新能源”項目基本背景。很幸運！該技術知識產權完全屬于國內一家公司。該技術是該公司十七年潛心研究的成果。該技術最早主要圍繞“小轎車動力電源”的研究。十年前該技術曾引起江總書記親臨關注、前科技部部長曾八次考察、十多個院士曾親臨指導。基于該公司清楚認識到“充電式純電動車”不適應中國國情，就下定決心研制“類似加油動力電源”。經過數年嘔心瀝血、心甘寂寞的潛行，終于在第三代動力電源技術身上具備了“類似加油”功效。盡管“動力電源”不論從應用角度還是技術要求，比“儲能電源”要求更高一些，但重要的是，該公司發現該技術如果應用在“儲能”領域，更能體現它的價值，可解中國電力調峰燃眉之困惑。因此，該公司三年前專門組織技術力量實施“儲能計劃”。

關于“中華新能源”世界首創的儲能技術：今年6月，筆者現場考察了在秦嶺峽谷中，用該技術實踐的“風光儲發電自動化系統”示范基地。該系統把風電和光電作為“中華新能源”燃料循環的能源，不斷把“氧化鋅”還原為“鋅”，“中華新能源發電機”就有了持續不斷的發電能力。基于該系統“風電、光電、儲電、發電四者有效的捆綁”與“燃料循環過程的有效自動化控制”兩個特征，加上“極少人工管理”及“長年后僅僅更換小材料”兩個因素，“中華新能源發電機”具有了“準永動機電源”屬性。本示范基地同時也證明了“七鳥功效”的“分布式電網”及“八鳥功效”的“微域電網”可操作性。重要的是，該系統展現了儲存電能——轉換效率——成本控制——自動化控制全過程的世界首創。

下面通過與其他技術的比較，來闡釋那一節點屬于世界首創。

與“二次電池”儲能技術的特征比較：

新能源1號：“儲能發電—雙體系—單容量—燃料閉循環自動化控制”特征。

二次電池：“儲能發電—單體系—雙容量—充電非閉循環自動化控制”特征。

通過“分解對比”更好理解：

其一、“中華新能源”的“雙體系”指——“發電”與“儲電”在各自的容器中工作，“發電功率”與“儲電容量”通過各自容器空間尺寸的變化而變化，可滿足用戶的任意細分需求。“二次電池”的“單體系”指——“發電”與“儲電”在一個容器中工作，“發電功率”與“儲電容量”已經被容器極板面積格式化定型，不能滿足用戶的任意細分需求。即，“儲能”與“發電”時間坐標是不同區間的獨立操作。本區別是“中華新能源”的性能優勢核心要素之一。

其二、“中華新能源”的“單容量”指“調峰目標容量”等于“儲能裝置容量”；“二次電池”的“雙容量”指“調峰目標容量”等于“二倍儲能裝置容量”。比如，“調峰目標容量”是 1兆瓦，“儲能裝置容量”等于2兆瓦。造成如此分野的原因正是以上“雙體系”與“單體系”之別。即，“雙體系”結構配“單容量儲電裝置”就滿足儲電調峰目標；“單體系”結構一般要配“雙容量儲電裝置”才能滿足儲電調峰目標。本區別是“中華新能源”的成本優勢之一。

其三、“中華新能源”的“燃料閉循環自動化控制”指作為“儲能”介質的“燃料”被自動化循環利用，“燃料”始終處在“被氧化又被還原又被氧化”的電化學閉循環反應狀態，“鋅”永遠存在。“二次電池”的“充電非閉循環自動化控制”指作為“儲能”介質的“活性物質”被充電次數所約束，“活性物質”始終處在“逐步衰減”的電化學閉循環反應狀態。這是“中華新能源”的成本優勢之二。

與“液流—釩—燃料電池”儲能技術的特征比較。

“液流—鋅—燃料電池”：“儲能發電—雙體系—單容量—單電堆單循環—燃料閉循環自動化控制”特征。

“液流—釩—燃料電池”：“儲能發電—雙體系—單容量—雙電堆雙循環—燃料閉循環自動化控制”特征。

可以看出，兩者之間只有“單電堆單循環”與“雙電堆雙循環”的區別，其他特征是一致的。

“液流—鋅—燃料電池”的“單電堆單循環”指“發電”和“還原”由一個循環體系實施；“液流—釩—燃料電池”的“雙電堆雙循環”指“發電”和“還原”由兩個體系實施。比較而言，從設備配置、設備空間、運行流程、系統成本等因素來看，前者具有比較優勢。另外，從燃料成本比較，“鋅”是“釩”的三分之一左右。再有，作為燃料的“鋅粉”與“釩電堆”比較，前者的“比表面積”遠遠優于后者，因此，前者的“能量轉化率”是轉換率達83%，后者“能量轉化率”是65-75%；另外，前者的“比功率”也高于后者。

關于商業模式基本原則：任何優秀的技術項目，要靠制定符合國情的政策路線、市場路線合力構建“可操作商業模式”去推動，否則多好的項目也只有鎖在抽屜里。

其一、政策路線基本原則：

1）我國電力體制改革“打破壟斷”被列為第一目標。“儲能調峰板塊”屬于技術密集、投資密集的新增加空間，沒有歷史沉淀的包袱，“打破壟斷”在這個范疇實施應該比較簡單。

2）我國電力體制改革“形成激勵清潔電源發展的新機制”被列為目標之一。“儲能調峰板塊”具有“自己虧損盈利整體”營業特征，應該理解它的系統經濟價值，制定相適應的優惠政策。

3）我國電力體制改革“開展發電企業向大用戶直接供電的試點工作”被列為目標之一。“儲能調峰板塊”屬于“再生能源”范疇。根據我國《可再生能源法》確立的“可再生能源發電全額保障性收購制度”，落實“儲能調峰板塊上網電即為賣出”（國家電網規定賣出價）操作模式是完全符合政策的，也能體現“本改革目標之一”邁出實質的性一步。

4）業內專家認為，“儲能”分三個環節：第一個是技術開發環節，第二是設備制造環節，第三是終端利用（上網）環節。政府應該去貼第一和第三個環節，而非中間環節。

5）“儲能調峰板塊”符合“合同能源管理”認定，應該享受相關稅負政策。

其二、市場路線基本原則：

首先，要斟酌如何與國家電網的谷電資源如何有效整合？其次，要斟酌如何與“九鳥各個端點”緊密的結合？再次，如何推廣“燃料電池”技術路線，避免更多的社會資源浪費；再次，諸如新技術的標準制定、知識產權的保護與推廣、新生產設備研制與定型、人力資源的整合培訓、成本價格的優化等等很多事宜要做，很長的路要走。

前面八個評論的八個結論，是八個復雜問題簡單化的結果。如果把這八個結果進一步簡單化，就演繹出推動本事態發展的“最簡單解決方案”——九評總結論：我國電網“峰谷差越來越大”對“電能質量”負面影響也越來越大，并且，相伴引起我國電網運行20天累積浪費的“谷電無效負荷”電能，相當于三峽一年的發電量。我國電網峰谷差的病態程度，已經到了需要深度治療的時候了。加快構建我國“谷電大規模化學儲能調峰板塊”是深度治療的唯一主要手段。

降低“峰谷差”是解決“電能質量”、“浪費谷電”矛盾的前提因素；而“調峰”是降低“峰谷差”的唯一手段。因此，“谷電大規模燃料可循環化學儲能調峰”是關乎我國電力產業的重大的命題。

造成我國“調峰板塊欠賬”的主要原因是電力系統“結構先天失衡”。加快增強我國“儲能調峰板塊”實力，是解決矛盾的必然選擇。然而，“儲能調峰板塊”所扮演的直接經濟效益為“儲能1貢獻2”、間接經濟功效為“一石九鳥”的角色被很多人所忽略，應該從政策層面為其正名并發揚光大。

物理儲能方式的客觀性局限及“二次電池”的“先天不足”秉性，可定性它們只適宜承擔儲能調峰的輔助角色。“中華新能源”世界首創，主要技術指標國際領先，性價比優勢明顯，適合扮演我國“谷電儲能大規模調峰板塊”的主要角色。

構建我國“谷電大規模化學儲能調峰板塊”可操作的商業模式＝到位的優惠鼓勵政策＋上網即賣電＋推廣“中華新能源”技術路線。

縱觀世界“儲能技術大賽”現狀，如果按照本商業模式啟動并健康發展，中國有實力成為優勝者！

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