可再生能源发展困局怎解？试试独立微网

面临比较低的电力需求和比较大的弃风弃光率，可再生能源产业可持续发展将受到挑战。随着可再生能源快速发展，弃风弃光困局依然存在。2015年弃风率可能达到20%，一些地区可能达到40%甚至60%。今年1-9月全国弃光率大约为10%。弃光主要发生在甘肃和新疆地区，其中，甘肃省弃光率为28%，新疆弃光率为20%。这主要是市场需求问题，但也有技术问题。今年电力需求增长疲弱，火电利用小时数大幅度下降，虽然新能源受到政策保护，但也的确受到市场需求的影响。中国西北、华北拥有大规模的新能源，弃风、弃光现象也特别突出，原因在于新能源虽规模大，但当地市场小且送不出。

破解这一困局，需要通过政府协调解决输送与消纳；除此之外，政府在新能源战略规划上需要更好地协调新能源发展速度与合理布局，使得新能源电源建设与电网建设尽可能同步。此外，需要通过技术创新和改变可再生能源发展模式，才能真正最低成本地解决弃风弃光问题。

以往对于可再生能源与传统能源的比较，主要关注其本身发电成本，而忽略电网成本和技术可行性。如果没有储能技术，由于成本和技术问题，电网难以大规模消纳可再生能源，就是说，没有储能技术配合，单独靠可再生能源走不远。所以"储能+可再生能源"建立独立的微电网(分布式)的模式，是人类能源未来发展的方向。

关于"储能+可再生能源+电网"的模式，目前要做到盈利比较困难。影响储能投资收益的主要有两个因素：一个是储能每个充放电循环能够带来多少的经济价值，另一个是储能系统的充放次数。其中，充放次数受到电池性能的制约，一般变化不大。因此影响储能投资收益的关键，就在于每次循环过程中充电的成本与放电的收益之间的差值。如果根据特斯拉电池的成本来测算，在6%的贴现率下，考虑到充放电的电量损失及电池容量的衰减，只有当充放电的价差在每度电1元左右，电池投资才能收回成本。

居民分布式光伏发电的补贴政策是对于发出电力补贴每度电0.42元。假设分布式光伏发电成本约为每度电1元，补贴后成本相当于每度电0.58元，而峰值电价较高的江苏省其在峰期的电价也仅为每度电1.46元，充放电的价差仅为每度电0.88元，低于盈亏平衡点。而且光伏发电的补贴额度在未来将有可能逐年下降，这就使得结合光伏发电的家用储能投资要获得经济效益还是比较困难的。

对于可再生能源发电企业来说，要靠储能获得收益也十分困难。目前风电的上网电价约为每度电0.51-0.61元，光伏发电的上网电价为每度电0.8-1.1元。由于电网的接纳能力有限，在很多地区出现了大面积弃风弃光。于是有方案设想使用储能系统存储过剩电力。虽然将弃风和弃光的这部分电力进行储电，其边际充电成本接近于零，但是，由于储能系统的使用成本需要每度电1元，在现有的上网电价情况下，想实现盈利的确还相当困难。

理论上只要微电网的成本能低于终端电价，经济上就应该是可行的。根据国际可再生能源署发布的《2014年可再生能源发电成本》，独立风电项目最低发电成本仅为每度电0.32元，公用事业规模的光伏最低发电成本约为每度电0.52元，按目前储能成本每度电为1元，那么，根据可再生能源和储能技术近年来成本降低率来看，从成本上说微电网离实现应用似乎已经不远了。当然现实不会这么理想，比如说，风和光在全年的分布不均衡，存在季节性的差异，使得微电网需要投资一定的冗余，会增加一部分成本。因此，微电网离实现应用可能还有一定的距离，但并非遥不可及。

在储能的技术路径选择上，目前最有潜力的还是锂电池。抽水储能和压缩空气储能受到地理条件的限制，无法应用于独立的微电网。而且这两种储能技术的能量转化效率不高，使用过程会有很高的电力损失。飞轮储能的储电能力有限，无法实现长时间输出。电池储能从规模和使用环境上都有很强的灵活性，具备应用优势。在几种电池储能的技术中，锂电池得益于能量转化效率高，使用过程中负外部性最低，其它类型电池的能量密度和转换效率很难高过锂电池。因此，在储能技术的路径选择上，锂电池具有较为明显的优势。

未来制约锂电池发展的关键在于锂矿的稀缺性。从锂电池的成本构成看，含锂的正极和电解液两部分的成本要占到电池成本的55%以上，锂矿的价格是影响电池价格的重要因素。稀缺性从锂矿企业的毛利润率也可以看得出来，目前锂矿的冶炼成本大概在2000-2500美元每吨，而市场价则在4000-7000美元每吨，毛利润率比较高。根据美国地质调查局2015年的数据，全球锂矿的经济储量仅为1350万吨，而2013年全球锂矿的产量为3.4万吨，其中约有1.05万吨用于生产可充电电池。根据特斯拉的数据，全球每年生产的锂电池仅够50万部电动汽车使用。所以锂资源储备用来满足电动汽车发展就已经很困难，更不要说用来支持大规模分布式和微网储能。因此未来锂资源的地位，有可能相当于今天的石油，而锂资源丰富的国家，如智利、玻利维亚、中国和澳大利亚等，则将有可能掌握全球能源的命脉。

最近，有报道澳大利亚的Cobre Montana公司采用湿法冶金的方法，能够利用低质的锂矿石，如从云母中提取氧化锂，其冶炼成本要比原先优质矿的冶炼成本还要更低。这一冶炼新方法可能将大大拓展全球可开发的锂资源的范围。单以云母石为例，其在全球范围内有着广泛的分布，获取成本相当低廉。根据Cobre Montana公司的资料显示，仅在捷克的Cinovec矿区，就有望获得约1000万吨锂原料。因此，如果低质锂矿开采技术有大的进展，其长远意义可能会远高于页岩油开采的水力压裂技术。

电池生产和使用过程中会涉及到环保和回收。对于环保问题，锂电池可能带来主要的危害是其正极材料中含有钴、镍等重金属，及电解液中含有的氟。但这些物质都是封装在电池里，正常使用不会带来环境影响，即使发生破损泄漏也只是电解液流出，不会造成重金属污染，而且目前也有成熟工艺能够使用无毒的磷酸铁锂电极。对于电池回收，锂电池外壳是金属或塑料，电极含有锂、重金属和石墨，电池内部还有铜、铝等材料，这些都具有较高的回收价值。此前由于锂电池的产量较少，且使用分散，所以对于其回收不是很重视，相关的案例也不多。但是大规模储能系统要集中使用数量庞大的电池，将有可能使回收利用具有规模上的经济效益。最近有报道Jay Whitacre和他的团队为了证明他们开发的环保的盐水电池安全环保，据说创始人Whitacre吃了一块电池的电极。