2021年1月1日，全國碳市場首個履約周期正式啟動，涉及2225家發電行業的重點排放單位，發電行業成為首個納入全國碳市場的重點行業。電力行業注定是“碳中和”的重點行業。

公開數據顯示，中國超出40%的碳排放來自電力。根據電力碳中和要求，到2060年綠電發電量需要從目前的占發電量10%左右上升到近80%。也就是說到2060年會有約3/4的電力來源于可再生的新能源,比如光伏、風電等。

面對未來40年這一確定的發展趨勢，電力碳中和該采取怎樣的應對方案呢？

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

所謂“去中心化”就是綠電應用于電力系統中的發電、輸電、配電和用電的各個環節時，逐步從目前占主導的中心化燃煤火力發電向分布式發電轉換。

同時，由于綠電具有波動性，所以需要在每一個環節上都搭配儲能，并使用“智能化”微電網動態調節儲能的充放電。

電力實現碳中和，最直接的路徑是綠電化、去中心化和智能化；最經濟的解決方式是光伏、儲能、微電網三方結合的分布式能源，最終可解決的不僅僅是碳中和問題，更是全人類共同的能源供給問題。

電力為全行業提供能源，是整個社會經濟活動的“血液”，綠電逐步取代化石能源過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鍵因素。

• 電能損耗

分布式光伏或風電等綠電輸出的都是直流電，交流轉換與通過電網傳輸過程都會產生能量的損耗，為節省能耗，綠電的有效使用方式應是:分布式綠電用戶“自發自用”，多余電力優先“隔墻售電”， “余電上網”。

以上方式可以通過微電網的智能控制來實現。這就要求發電和用電盡量在距離上靠近，就有可能形成以下幾個概念為特征的新業態：

隔墻售電??工商業電力用戶可以利用自身的屋頂安裝光伏板，建立一個自己的發電廠，配套充電設施、儲能設施和負荷微電網。業主可以把自身無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，售電公司經過配電網將電力直接銷售給鄰近的能源消費者，保證綠電的有序使用。

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

零碳或近零碳項目??全國范圍基本實現碳中和首先需要解決區域碳中和和行業碳中和，先讓單獨的小項目實現局部”零碳”(碳中和)或近零碳，通過“零碳島嶼”、“零碳建筑”、“零碳碼頭”等項目作為示范，評估不同情況下的零碳方案在收益及操作層面的優缺點，從實踐中不斷總結經驗，才有可能形成若干具有可推廣性的針對不同場景的零碳或近零碳最佳實踐方案。

未來，這類新業態可能會逐漸形成新的商業模式，而此類商業模式會進一步對充電器、逆變器、DC-DC和AC-DC等各種類型能量轉換器件的效率提出更高的要求，驅動碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等具有更高能量轉換效率的第三代功率半導體的器件和工藝的研發和產業化，在提升各種類型能量轉換器件效率的同時減低成本，在技術上賦能零碳和近零碳項目。

• 潮流平衡

新能源發電由于依賴于自然條件，會出現發電隨機波動的情況，潮流平衡即在任意時間電力的供應端和電力的使用端在微電網上，總的發電功率等于總的用電功率。

實現潮流平衡需要有能與綠電發電量相匹配的儲能設備，并利用數字技術跟蹤供需動態變化從而調整儲能的充放電倍率和時長。

同時需要在電力系統的“發”、“輸”、“配”和“用”等不同環節配備儲能元，從而應對新能源發電的波動性。只有具有經濟型的電能存儲這種商業模式才能適用于這樣大范圍大規模的儲能應用。

響應國家“雙碳”目標，玫克生能源面向用戶側大型重工企業、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生額外碳排放，此類方式包括公共交通、行走、自行車、電動自行車和純電動汽車等。

全球電動汽車銷量我國就占有一半，其中兩輪車為代表的電動車在中國更是占據了極大的份額。截至2020年中國電動兩輪車累計社會保有量已經達到3.4億輛，較2019年增長了0.4億輛。

動力的電動化還僅僅局限于此，各種類型的商用車、船泊、無人機、飛機、機器人等所有以前靠燃油提供動力的交通工具目前都已有電動化的小規模的應用示范。甚至在原來配置加油站的位置，很多地區已替換成充電樁（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），前者典型充電時間在4-8小時適用于家庭式形式、后者充電時間在2小時之內適合公共場所安裝。

除了直接充電以外，目前還有類似加油站短時間補電體驗的“換電”站，比如蔚來汽車就有這樣的換電服務，車主可以把車開到換電站，動力電池包被卸下后自動換上一個已經充滿電的電池包，更換完成后車主可直接將車開走，換下來的動力電池包被自動轉移到專用的充電裝置上慢慢充電。電動兩輪車也有類似的快充和慢充樁的充（換）電設施之分。

隨著鋰電池價格的大幅度下降逐漸逼近傳統鉛酸電池，同時鋰電池在壽命、能量密度和動力性能等方面都具有明顯優勢，所以在包括電動兩輪車等領域都出現了“鋰電”代替“鉛酸”的趨勢。共享電單車、動力電池包租賃以及其他共享 “新業態”在國內不少城市涌現，快遞和外賣的發展更促進了這種綠色出行，中國極有可能在這方面引領全球，使綠色出行成為交通領域碳中和的方案之一。

• 用電限額

電動汽車在充電過程中跟供電系統有一個強耦合關系，比如在一個區域內有50輛電動汽車在60kW左右中等功率下同時在下班后設置快速充電模式充電，會給所處的整個區域帶來3MW的電力沖擊。為避免在用電高峰時期同時充電，“充儲”可能是一種解決方案。

“充儲”即充電設施配置儲能來提升有效對外的充電能力，通過用能規范引導電動汽車用戶盡量在用電低谷時充電。比如，通過柔性控制每個充電樁的開關和電流大小，對電動汽車（尤其是帶有一定規模化充電行為——下班后就插上電）進行充電規范。

同時通過不同時間充電價格的差異來引導公眾盡量在用電低谷時對電動汽車充電。

玫克生能源提出的應對限電、停電的總體對策：節流+開源+減排=降碳。

除了規范電動汽車的充電之外，還可以通過在充電設施和電動汽車上配置相應的V2G（vehicle to grid）。同時，電動汽車上的動力電池包也能被微電網調度使其臨時成為一個“儲能”設備。

此外，汽車空調的溫度設置也可以在不影響室內人員的舒適度得情況下變成“可調節負荷”。如果把一個區域在不同位置的電動汽車的儲能和可調節負荷一起調度，就能產生協同效應，相當于“虛擬電廠”。對電網來說，調動這樣的虛擬資源可有效應對夏、冬季的尖峰用電以及節假日時對剩余光伏發電的消納；對微電網運用商來說，“虛擬電廠”同樣可有效應對限電、停電時對電力的需求以及節假日對剩余光伏發電的消納。

電化學儲能是碳中和的剛需，數字化技術可為儲能提供全生命周期的安全解決方案并賦能“源網荷儲”的智能互動，使其發揮新型電力系統的樞紐作用。

采用第一性原理的思維，通過系統化的從電化學導電機理到儲能電站運營規律的研究，打通整個產業鏈的知識體系，才能從根本上為儲能應用提供全生命周期的安全保障并讓其價值最大化，助力碳中和目標的實現。

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本文是數字儲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能的作用，并引伸出了若干適合儲能產業發展的新業態和新模式；第二部分“新型電力系統需要怎樣的儲能”闡述儲能的形態、成本和適合電力系統的儲能鋰電池產業化趨勢及其挑戰；第三部分“數字儲能研究能怎樣助力碳中和”展望把數字儲能研究，即把數字技術如何對電化學儲能從最小能量存儲單元的電芯到儲能電站，再與電源、電網和負荷形成的智能互動，以及基于數據的數據智能如何能助力電力碳中和。

作者簡介：

嚴曉，上海市特聘專家、香港大學化學系兼職教授、上海工程技術大學特聘教授(退休)。

嚴教授近十年專注研究鋰電池儲能全產業鏈的各個主要環節。2018年創辦上海玫克生儲能（www.battery-doctor.cn），把在上海工程技術大學對鋰電池衰老性能、檢測和診斷方法的研究形成了在儲能產業界獨特的鋰電池儲能系統預診斷安全系統(Prognostics Safety System, PSS)，成功跨過了成果轉換“死亡之谷”，得到了眾多電力央企和一線資本的認可。

他最近在負責籌備“上海數字儲能研究院”，旨在為碳中和尤其是電力和交通領域的能源消費轉型研發具有可落地、可復制的鋰電池儲能數字技術方案。曾參與中科院蘇州納米所籌建任技術轉移中心主任，任華美半導體協會（CASPA）理事，在硅谷磁記錄公司ReadRite和Seagate任職，任香港科技大學講師。北京大學學士、賓夕法尼亞大學博士、CUSPEA 82。