电力与碳中和的关系「碳中和的本质」

今天带来电力与碳中和的关系「碳中和的本质」，关于电力与碳中和的关系「碳中和的本质」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

储能文章来源自：高工锂电网

2022-01-04 09:46:00 阅读：33

2021年1月1日，全国碳市场首个履约周期正式启动，涉及2225家发电行业的重点排放单位，发电行业成为首个纳入全国碳市场的重点行业。电力行业注定是“碳中和”的重点行业。

公开数据显示，中国超出40%的碳排放来自电力。根据电力碳中和要求，到2060年绿电发电量需要从目前的占发电量10%左右上升到近80%。也就是说到2060年会有约3/4的电力来源于可再生的新能源,比如光伏、风电等。

面对未来40年这一确定的发展趋势，电力碳中和该采取怎样的应对方案呢？

绿电化、去中心化和智能化不失为一种解决方案。在用户端实行光伏加储能加微电网的组合分布式能源可能是最经济的终极解决方式，它解决的不仅仅是碳中和问题，更是解决全人类共同的能源供给问题。

绿电化、去中心化和智能化，电力碳中和的组合拳

所谓“去中心化”就是绿电应用于电力系统中的发电、输电、配电和用电的各个环节时，逐步从目前占主导的中心化燃煤火力发电向分布式发电转换。

同时，由于绿电具有波动性，所以需要在每一个环节上都搭配储能，并使用“智能化”微电网动态调节储能的充放电。

电力实现碳中和，最直接的路径是绿电化、去中心化和智能化；最经济的解决方式是光伏、储能、微电网三方结合的分布式能源，最终可解决的不仅仅是碳中和问题，更是全人类共同的能源供给问题。

碳中和里的新业态

电力为全行业提供能源，是整个社会经济活动的“血液”，绿电逐步取代化石能源过的程中需要考虑电能损耗、潮流平衡、绿色出行和限额用电等关键因素。

分布式光伏或风电等绿电输出的都是直流电，交流转换与通过电网传输过程都会产生能量的损耗，为节省能耗，绿电的有效使用方式应是:分布式绿电用户“自发自用”，多余电力优先“隔墙售电”， “余电上网”。

以上方式可以通过微电网的智能控制来实现。这就要求发电和用电尽量在距离上靠近，就有可能形成以下几个概念为特征的新业态：

隔墙售电工商业电力用户可以利用自身的屋顶安装光伏板，建立一个自己的发电厂，配套充电设施、储能设施和负荷微电网。业主可以把自身无法消耗掉的多余绿电出售给电力不足的邻居。这其中可能需要售电公司的参与，售电公司经过配电网将电力直接销售给邻近的能源消费者，保证绿电的有序使用。

直流微电网由于楼宇内部的充电、LED照明、电脑和服务器等都是使用直流供电；同时绿电的输出、储能也都是直流充放电，所以搭建不依赖于电网供电的 “直流微电网”也未尝不是一种解决方案。

零碳或近零碳项目全国范围基本实现碳中和首先需要解决区域碳中和和行业碳中和，先让单独的小项目实现局部”零碳”(碳中和)或近零碳，通过“零碳岛屿”、“零碳建筑”、“零碳码头”等项目作为示范，评估不同情况下的零碳方案在收益及操作层面的优缺点，从实践中不断总结经验，才有可能形成若干具有可推广性的针对不同场景的零碳或近零碳最佳实践方案。

未来，这类新业态可能会逐渐形成新的商业模式，而此类商业模式会进一步对充电器、逆变器、DC-DC和AC-DC等各种类型能量转换器件的效率提出更高的要求，驱动碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等具有更高能量转换效率的第三代功率半导体的器件和工艺的研发和产业化，在提升各种类型能量转换器件效率的同时减低成本，在技术上赋能零碳和近零碳项目。

新能源发电由于依赖于自然条件，会出现发电随机波动的情况，潮流平衡即在任意时间电力的供应端和电力的使用端在微电网上，总的发电功率等于总的用电功率。

实现潮流平衡需要有能与绿电发电量相匹配的储能设备，并利用数字技术跟踪供需动态变化从而调整储能的充放电倍率和时长。

同时需要在电力系统的“发”、“输”、“配”和“用”等不同环节配备储能元，从而应对新能源发电的波动性。只有具有经济型的电能存储这种商业模式才能适用于这样大范围大规模的储能应用。

响应国家“双碳”目标，玫克生能源面向用户侧大型重工企业、用电大户的一站式绿能解决方案。

绿色出行是指出行方式不产生额外碳排放，此类方式包括公共交通、行走、自行车、电动自行车和纯电动汽车等。

全球电动汽车销量我国就占有一半，其中两轮车为代表的电动车在中国更是占据了极大的份额。截至2020年中国电动两轮车累计社会保有量已经达到3.4亿辆，较2019年增长了0.4亿辆。

动力的电动化还仅仅局限于此，各种类型的商用车、船泊、无人机、飞机、机器人等所有以前靠燃油提供动力的交通工具目前都已有电动化的小规模的应用示范。甚至在原来配置加油站的位置，很多地区已替换成充电桩（站）。

其中，充电桩分成交流电输出的慢充桩（3.5或7kW）和直流电输出的快充桩（30-120kW），前者典型充电时间在4-8小时适用于家庭式形式、后者充电时间在2小时之内适合公共场所安装。

除了直接充电以外，目前还有类似加油站短时间补电体验的“换电”站，比如蔚来汽车就有这样的换电服务，车主可以把车开到换电站，动力电池包被卸下后自动换上一个已经充满电的电池包，更换完成后车主可直接将车开走，换下来的动力电池包被自动转移到专用的充电装置上慢慢充电。电动两轮车也有类似的快充和慢充桩的充（换）电设施之分。

随着锂电池价格的大幅度下降逐渐逼近传统铅酸电池，同时锂电池在寿命、能量密度和动力性能等方面都具有明显优势，所以在包括电动两轮车等领域都出现了“锂电”代替“铅酸”的趋势。共享电单车、动力电池包租赁以及其他共享 “新业态”在国内不少城市涌现，快递和外卖的发展更促进了这种绿色出行，中国极有可能在这方面引领全球，使绿色出行成为交通领域碳中和的方案之一。

电动汽车在充电过程中跟供电系统有一个强耦合关系，比如在一个区域内有50辆电动汽车在60kW左右中等功率下同时在下班后设置快速充电模式充电，会给所处的整个区域带来3MW的电力冲击。为避免在用电高峰时期同时充电，“充储”可能是一种解决方案。

“充储”即充电设施配置储能来提升有效对外的充电能力，通过用能规范引导电动汽车用户尽量在用电低谷时充电。比如，通过柔性控制每个充电桩的开关和电流大小，对电动汽车（尤其是带有一定规模化充电行为——下班后就插上电）进行充电规范。

同时通过不同时间充电价格的差异来引导公众尽量在用电低谷时对电动汽车充电。

玫克生能源提出的应对限电、停电的总体对策：节流 开源 减排=降碳。

除了规范电动汽车的充电之外，还可以通过在充电设施和电动汽车上配置相应的V2G（vehicle to grid）。同时，电动汽车上的动力电池包也能被微电网调度使其临时成为一个“储能”设备。

此外，汽车空调的温度设置也可以在不影响室内人员的舒适度得情况下变成“可调节负荷”。如果把一个区域在不同位置的电动汽车的储能和可调节负荷一起调度，就能产生协同效应，相当于“虚拟电厂”。对电网来说，调动这样的虚拟资源可有效应对夏、冬季的尖峰用电以及节假日时对剩余光伏发电的消纳；对微电网运用商来说，“虚拟电厂”同样可有效应对限电、停电时对电力的需求以及节假日对剩余光伏发电的消纳。

电化学储能是碳中和的刚需，数字化技术可为储能提供全生命周期的安全解决方案并赋能“源网荷储”的智能互动，使其发挥新型电力系统的枢纽作用。

采用第一性原理的思维，通过系统化的从电化学导电机理到储能电站运营规律的研究，打通整个产业链的知识体系，才能从根本上为储能应用提供全生命周期的安全保障并让其价值最大化，助力碳中和目标的实现。

本文是数字储能赋能碳中和系列文章的第一部分,阐述了电力碳中和中储能的作用，并引伸出了若干适合储能产业发展的新业态和新模式；第二部分“新型电力系统需要怎样的储能”阐述储能的形态、成本和适合电力系统的储能锂电池产业化趋势及其挑战；第三部分“数字储能研究能怎样助力碳中和”展望把数字储能研究，即把数字技术如何对电化学储能从最小能量存储单元的电芯到储能电站，再与电源、电网和负荷形成的智能互动，以及基于数据的数据智能如何能助力电力碳中和。

作者简介：

严晓，上海市特聘专家、香港大学化学系兼职教授、上海工程技术大学特聘教授(退休)。

严教授近十年专注研究锂电池储能全产业链的各个主要环节。2018年创办上海玫克生储能（www.battery-doctor.cn），把在上海工程技术大学对锂电池衰老性能、检测和诊断方法的研究形成了在储能产业界独特的锂电池储能系统预诊断安全系统(Prognostics Safety System, PSS)，成功跨过了成果转换“死亡之谷”，得到了众多电力央企和一线资本的认可。

他最近在负责筹备“上海数字储能研究院”，旨在为碳中和尤其是电力和交通领域的能源消费转型研发具有可落地、可复制的锂电池储能数字技术方案。曾参与中科院苏州纳米所筹建任技术转移中心主任，任华美半导体协会（CASPA）理事，在硅谷磁记录公司ReadRite和Seagate任职，任香港科技大学讲师。北京大学学士、宾夕法尼亚大学博士、CUSPEA 82。