2021年1月1日，全國(guó)碳市場(chǎng)首個(gè)履約周期正式啟動(dòng)，涉及2225家發(fā)電行業(yè)的重點(diǎn)排放單位，發(fā)電行業(yè)成為首個(gè)納入全國(guó)碳市場(chǎng)的重點(diǎn)行業(yè)。電力行業(yè)注定是“碳中和”的重點(diǎn)行業(yè)。

公開(kāi)數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)超出40%的碳排放來(lái)自電力。根據(jù)電力碳中和要求，到2060年綠電發(fā)電量需要從目前的占發(fā)電量10%左右上升到近80%。也就是說(shuō)到2060年會(huì)有約3/4的電力來(lái)源于可再生的新能源,比如光伏、風(fēng)電等。

面對(duì)未來(lái)40年這一確定的發(fā)展趨勢(shì)，電力碳中和該采取怎樣的應(yīng)對(duì)方案呢？

綠電化、去中心化和智能化不失為一種解決方案。在用戶端實(shí)行光伏加儲(chǔ)能加微電網(wǎng)的組合分布式能源可能是最經(jīng)濟(jì)的終極解決方式，它解決的不僅僅是碳中和問(wèn)題，更是解決全人類共同的能源供給問(wèn)題。

所謂“去中心化”就是綠電應(yīng)用于電力系統(tǒng)中的發(fā)電、輸電、配電和用電的各個(gè)環(huán)節(jié)時(shí)，逐步從目前占主導(dǎo)的中心化燃煤火力發(fā)電向分布式發(fā)電轉(zhuǎn)換。

同時(shí)，由于綠電具有波動(dòng)性，所以需要在每一個(gè)環(huán)節(jié)上都搭配儲(chǔ)能，并使用“智能化”微電網(wǎng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)儲(chǔ)能的充放電。

電力實(shí)現(xiàn)碳中和，最直接的路徑是綠電化、去中心化和智能化；最經(jīng)濟(jì)的解決方式是光伏、儲(chǔ)能、微電網(wǎng)三方結(jié)合的分布式能源，最終可解決的不僅僅是碳中和問(wèn)題，更是全人類共同的能源供給問(wèn)題。

電力為全行業(yè)提供能源，是整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的“血液”，綠電逐步取代化石能源過(guò)的程中需要考慮電能損耗、潮流平衡、綠色出行和限額用電等關(guān)鍵因素。

• 電能損耗

分布式光伏或風(fēng)電等綠電輸出的都是直流電，交流轉(zhuǎn)換與通過(guò)電網(wǎng)傳輸過(guò)程都會(huì)產(chǎn)生能量的損耗，為節(jié)省能耗，綠電的有效使用方式應(yīng)是:分布式綠電用戶“自發(fā)自用”，多余電力優(yōu)先“隔墻售電”， “余電上網(wǎng)”。

以上方式可以通過(guò)微電網(wǎng)的智能控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。這就要求發(fā)電和用電盡量在距離上靠近，就有可能形成以下幾個(gè)概念為特征的新業(yè)態(tài)：

隔墻售電??工商業(yè)電力用戶可以利用自身的屋頂安裝光伏板，建立一個(gè)自己的發(fā)電廠，配套充電設(shè)施、儲(chǔ)能設(shè)施和負(fù)荷微電網(wǎng)。業(yè)主可以把自身無(wú)法消耗掉的多余綠電出售給電力不足的鄰居。這其中可能需要售電公司的參與，售電公司經(jīng)過(guò)配電網(wǎng)將電力直接銷售給鄰近的能源消費(fèi)者，保證綠電的有序使用。

直流微電網(wǎng)??由于樓宇內(nèi)部的充電、LED照明、電腦和服務(wù)器等都是使用直流供電；同時(shí)綠電的輸出、儲(chǔ)能也都是直流充放電，所以搭建不依賴于電網(wǎng)供電的 “直流微電網(wǎng)”也未嘗不是一種解決方案。

零碳或近零碳項(xiàng)目??全國(guó)范圍基本實(shí)現(xiàn)碳中和首先需要解決區(qū)域碳中和和行業(yè)碳中和，先讓單獨(dú)的小項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)局部”零碳”(碳中和)或近零碳，通過(guò)“零碳島嶼”、“零碳建筑”、“零碳碼頭”等項(xiàng)目作為示范，評(píng)估不同情況下的零碳方案在收益及操作層面的優(yōu)缺點(diǎn)，從實(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，才有可能形成若干具有可推廣性的針對(duì)不同場(chǎng)景的零碳或近零碳最佳實(shí)踐方案。

未來(lái)，這類新業(yè)態(tài)可能會(huì)逐漸形成新的商業(yè)模式，而此類商業(yè)模式會(huì)進(jìn)一步對(duì)充電器、逆變器、DC-DC和AC-DC等各種類型能量轉(zhuǎn)換器件的效率提出更高的要求，驅(qū)動(dòng)碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等具有更高能量轉(zhuǎn)換效率的第三代功率半導(dǎo)體的器件和工藝的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，在提升各種類型能量轉(zhuǎn)換器件效率的同時(shí)減低成本，在技術(shù)上賦能零碳和近零碳項(xiàng)目。

• 潮流平衡

新能源發(fā)電由于依賴于自然條件，會(huì)出現(xiàn)發(fā)電隨機(jī)波動(dòng)的情況，潮流平衡即在任意時(shí)間電力的供應(yīng)端和電力的使用端在微電網(wǎng)上，總的發(fā)電功率等于總的用電功率。

實(shí)現(xiàn)潮流平衡需要有能與綠電發(fā)電量相匹配的儲(chǔ)能設(shè)備，并利用數(shù)字技術(shù)跟蹤供需動(dòng)態(tài)變化從而調(diào)整儲(chǔ)能的充放電倍率和時(shí)長(zhǎng)。

同時(shí)需要在電力系統(tǒng)的“發(fā)”、“輸”、“配”和“用”等不同環(huán)節(jié)配備儲(chǔ)能元，從而應(yīng)對(duì)新能源發(fā)電的波動(dòng)性。只有具有經(jīng)濟(jì)型的電能存儲(chǔ)這種商業(yè)模式才能適用于這樣大范圍大規(guī)模的儲(chǔ)能應(yīng)用。

響應(yīng)國(guó)家“雙碳”目標(biāo)，玫克生能源面向用戶側(cè)大型重工企業(yè)、用電大戶的一站式綠能解決方案。

• 綠色出行

綠色出行是指出行方式不產(chǎn)生額外碳排放，此類方式包括公共交通、行走、自行車、電動(dòng)自行車和純電動(dòng)汽車等。

全球電動(dòng)汽車銷量我國(guó)就占有一半，其中兩輪車為代表的電動(dòng)車在中國(guó)更是占據(jù)了極大的份額。截至2020年中國(guó)電動(dòng)兩輪車?yán)塾?jì)社會(huì)保有量已經(jīng)達(dá)到3.4億輛，較2019年增長(zhǎng)了0.4億輛。

動(dòng)力的電動(dòng)化還僅僅局限于此，各種類型的商用車、船泊、無(wú)人機(jī)、飛機(jī)、機(jī)器人等所有以前靠燃油提供動(dòng)力的交通工具目前都已有電動(dòng)化的小規(guī)模的應(yīng)用示范。甚至在原來(lái)配置加油站的位置，很多地區(qū)已替換成充電樁（站）。

其中，充電樁分成交流電輸出的慢充樁（3.5或7kW）和直流電輸出的快充樁（30-120kW），前者典型充電時(shí)間在4-8小時(shí)適用于家庭式形式、后者充電時(shí)間在2小時(shí)之內(nèi)適合公共場(chǎng)所安裝。

除了直接充電以外，目前還有類似加油站短時(shí)間補(bǔ)電體驗(yàn)的“換電”站，比如蔚來(lái)汽車就有這樣的換電服務(wù)，車主可以把車開(kāi)到換電站，動(dòng)力電池包被卸下后自動(dòng)換上一個(gè)已經(jīng)充滿電的電池包，更換完成后車主可直接將車開(kāi)走，換下來(lái)的動(dòng)力電池包被自動(dòng)轉(zhuǎn)移到專用的充電裝置上慢慢充電。電動(dòng)兩輪車也有類似的快充和慢充樁的充（換）電設(shè)施之分。

隨著鋰電池價(jià)格的大幅度下降逐漸逼近傳統(tǒng)鉛酸電池，同時(shí)鋰電池在壽命、能量密度和動(dòng)力性能等方面都具有明顯優(yōu)勢(shì)，所以在包括電動(dòng)兩輪車等領(lǐng)域都出現(xiàn)了“鋰電”代替“鉛酸”的趨勢(shì)。共享電單車、動(dòng)力電池包租賃以及其他共享 “新業(yè)態(tài)”在國(guó)內(nèi)不少城市涌現(xiàn)，快遞和外賣(mài)的發(fā)展更促進(jìn)了這種綠色出行，中國(guó)極有可能在這方面引領(lǐng)全球，使綠色出行成為交通領(lǐng)域碳中和的方案之一。

• 用電限額

電動(dòng)汽車在充電過(guò)程中跟供電系統(tǒng)有一個(gè)強(qiáng)耦合關(guān)系，比如在一個(gè)區(qū)域內(nèi)有50輛電動(dòng)汽車在60kW左右中等功率下同時(shí)在下班后設(shè)置快速充電模式充電，會(huì)給所處的整個(gè)區(qū)域帶來(lái)3MW的電力沖擊。為避免在用電高峰時(shí)期同時(shí)充電，“充儲(chǔ)”可能是一種解決方案。

“充儲(chǔ)”即充電設(shè)施配置儲(chǔ)能來(lái)提升有效對(duì)外的充電能力，通過(guò)用能規(guī)范引導(dǎo)電動(dòng)汽車用戶盡量在用電低谷時(shí)充電。比如，通過(guò)柔性控制每個(gè)充電樁的開(kāi)關(guān)和電流大小，對(duì)電動(dòng)汽車（尤其是帶有一定規(guī)模化充電行為——下班后就插上電）進(jìn)行充電規(guī)范。

同時(shí)通過(guò)不同時(shí)間充電價(jià)格的差異來(lái)引導(dǎo)公眾盡量在用電低谷時(shí)對(duì)電動(dòng)汽車充電。

玫克生能源提出的應(yīng)對(duì)限電、停電的總體對(duì)策：節(jié)流+開(kāi)源+減排=降碳。

除了規(guī)范電動(dòng)汽車的充電之外，還可以通過(guò)在充電設(shè)施和電動(dòng)汽車上配置相應(yīng)的V2G（vehicle to grid）。同時(shí)，電動(dòng)汽車上的動(dòng)力電池包也能被微電網(wǎng)調(diào)度使其臨時(shí)成為一個(gè)“儲(chǔ)能”設(shè)備。

此外，汽車空調(diào)的溫度設(shè)置也可以在不影響室內(nèi)人員的舒適度得情況下變成“可調(diào)節(jié)負(fù)荷”。如果把一個(gè)區(qū)域在不同位置的電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能和可調(diào)節(jié)負(fù)荷一起調(diào)度，就能產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，相當(dāng)于“虛擬電廠”。對(duì)電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，調(diào)動(dòng)這樣的虛擬資源可有效應(yīng)對(duì)夏、冬季的尖峰用電以及節(jié)假日時(shí)對(duì)剩余光伏發(fā)電的消納；對(duì)微電網(wǎng)運(yùn)用商來(lái)說(shuō)，“虛擬電廠”同樣可有效應(yīng)對(duì)限電、停電時(shí)對(duì)電力的需求以及節(jié)假日對(duì)剩余光伏發(fā)電的消納。

電化學(xué)儲(chǔ)能是碳中和的剛需，數(shù)字化技術(shù)可為儲(chǔ)能提供全生命周期的安全解決方案并賦能“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”的智能互動(dòng)，使其發(fā)揮新型電力系統(tǒng)的樞紐作用。

采用第一性原理的思維，通過(guò)系統(tǒng)化的從電化學(xué)導(dǎo)電機(jī)理到儲(chǔ)能電站運(yùn)營(yíng)規(guī)律的研究，打通整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的知識(shí)體系，才能從根本上為儲(chǔ)能應(yīng)用提供全生命周期的安全保障并讓其價(jià)值最大化，助力碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

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本文是數(shù)字儲(chǔ)能賦能碳中和系列文章的第一部分,闡述了電力碳中和中儲(chǔ)能的作用，并引伸出了若干適合儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新業(yè)態(tài)和新模式；第二部分“新型電力系統(tǒng)需要怎樣的儲(chǔ)能”闡述儲(chǔ)能的形態(tài)、成本和適合電力系統(tǒng)的儲(chǔ)能鋰電池產(chǎn)業(yè)化趨勢(shì)及其挑戰(zhàn)；第三部分“數(shù)字儲(chǔ)能研究能怎樣助力碳中和”展望把數(shù)字儲(chǔ)能研究，即把數(shù)字技術(shù)如何對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能從最小能量存儲(chǔ)單元的電芯到儲(chǔ)能電站，再與電源、電網(wǎng)和負(fù)荷形成的智能互動(dòng)，以及基于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)智能如何能助力電力碳中和。

作者簡(jiǎn)介：

嚴(yán)曉，上海市特聘專家、香港大學(xué)化學(xué)系兼職教授、上海工程技術(shù)大學(xué)特聘教授(退休)。

嚴(yán)教授近十年專注研究鋰電池儲(chǔ)能全產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)主要環(huán)節(jié)。2018年創(chuàng)辦上海玫克生儲(chǔ)能（www.battery-doctor.cn），把在上海工程技術(shù)大學(xué)對(duì)鋰電池衰老性能、檢測(cè)和診斷方法的研究形成了在儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)界獨(dú)特的鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)預(yù)診斷安全系統(tǒng)(Prognostics Safety System, PSS)，成功跨過(guò)了成果轉(zhuǎn)換“死亡之谷”，得到了眾多電力央企和一線資本的認(rèn)可。

他最近在負(fù)責(zé)籌備“上海數(shù)字儲(chǔ)能研究院”，旨在為碳中和尤其是電力和交通領(lǐng)域的能源消費(fèi)轉(zhuǎn)型研發(fā)具有可落地、可復(fù)制的鋰電池儲(chǔ)能數(shù)字技術(shù)方案。曾參與中科院蘇州納米所籌建任技術(shù)轉(zhuǎn)移中心主任，任華美半導(dǎo)體協(xié)會(huì)（CASPA）理事，在硅谷磁記錄公司ReadRite和Seagate任職，任香港科技大學(xué)講師。北京大學(xué)學(xué)士、賓夕法尼亞大學(xué)博士、CUSPEA 82。