縱觀目前全世界各國的能源轉型過程，德國無疑可以稱為全球能源轉型的標桿。首先，德國其實并不是一個傳統的可再生能源資源大國，無法像挪威一樣大力發展水電；其次，德國是一個傳統能源生產和消費大國，著名的魯爾區一直都是煤炭開采和消費的主要地區，在這樣的背景下，德國的可在生能源發電量在2017年達到38.2%，而這其中68%的貢獻來自風能和太陽能這樣不穩定的一次能源，而這個比例依然還有上升得趨勢。不穩定的可再生能源發電比重迅速上升，使得德國成為了一個再理想不過的儲能試驗田。

能源轉型到儲能革命

從新能源消納的角度來看，在能源轉型的下一個階段，儲能技術無疑會是未來能源系統的關鍵。傳統的電力系統，因為發電可以根據需求進行調整，不需要太多的儲能容量。隨著更多的可再生能源的并網利用，情況發生了戲劇性的變化，因為風力渦輪機和太陽能光伏發電系統的發電量對于天氣的依賴性較強，加上分布式發電系統的多元化，各種電力并網的協調控制也越來越動態化，要想大力發展清潔能源，大容量儲能必不可少。除了能夠保障大量可再生能源電力的消納以外，儲能技術還能完美的起到供給側的行業耦合的作用。所謂行業耦合，就是通過相關基礎設施和儲能將交通行業、工業和建筑行業的供能整合在一起，以方便各行業的能源供應，同時減少各行業的碳排放。下圖列出來儲能的各種應用：


但由于投資和運營成本的問題，在未來的幾十年里，大規模的儲能設施只能在一些示范項目中慢慢摸索。但如果換一種思路，把無數的小型家用儲能設備和電動汽車電池作為儲能設備，是不是也能保證未來的大容量儲能需求呢？此外，可再生能源的份額不斷上升，整個能源系統的趨勢也是從一個高度集中的能源系統向分散、靈活和可再生的分布式能源系統進行轉變，家用儲能設備和電動汽車的分布式儲能恰恰可以提供這種轉換所需的靈活性。這種想法在德國催生了一個獨特、充滿活力儲能行業，甚至可以說是加速德國能源清潔化的關鍵。

家用和電動汽車的電池所能做到的僅僅是間歇性的儲能，通過電價或等補貼，或者其他的激勵措施，鼓勵用戶在可再生能源富余的時候，消耗多余的電量。但僅僅是這么一小步，就被稱為了德國能源轉型下的一次壯舉，甚至被稱為“能源消納的圣杯”。根據媒體的報道，德國的現在的可再生能源份額已經超過了三分之一，多數是得益于各種十分新穎的創新儲能項目，很多時候儲能設施都是由家用電器和電動汽車來代替，每個項目的獨特點都在于那些新穎的創新商業模式。這種間接性儲能的商業模式，很有可能顛覆能源領域現有的一些商業模式。

特別是最近在電池價格大幅下跌的推動下，德國家用儲能設備的需求劇增，截止到2018年夏末，德國安裝了10萬個家用太陽能電池，電動汽車數量的更是不斷增加，這兩點意味著，一波更大的電池儲能革命浪潮正向德國襲來。

戶用儲能系統的爆發

鋰電池在電子產品以及在電動汽車中越來越多的應用，使得鋰離子電池價格的大幅下跌。在不到5年的時間里，德國的電池成本下降了一半以上，未來還將繼續下降。戶用儲能電池的主要作用有：

光伏儲能：由于光伏發電的不可控性，其特性曲線是：僅在白天尤其是午間發電，利用電池將白天發的電儲存起來。尤其是對于住宅光伏客戶，儲能系統能大大提升自身的光伏發電量使用效率。PV儲能系統的主要經濟性體現在他們自身的電力消耗比率較低，從而能減少從公共電網獲取的電量。通過添加電池，理論上該比率可以上升到100%，但由于經濟性原因很少能夠真正實現。目前在歐洲，單個光伏系統的自耗率平均為35％，電池價格占整個儲能系統費用的50%以上。

戶用調峰及需求側響應：另外，戶用儲能電池還可以用于用戶需求側響應，用戶可在電網負荷較小的情況下，利用電池充電；在電網負荷較大的時候，利用電池進行供電，能夠大大降低電網負荷，同時節約電力成本。能起到這樣作用的電池主要是戶用光伏儲能電池和家用電動汽車電池。根據研究顯示，未來電動汽車電池在該方面的應用前景十分可觀。未來超過70% 的電動汽車電池可用作戶用電池調峰。

據麥肯錫預測:“到2035年，基于設計的進步、規模經濟和流程的簡化，儲能系統的總成本將下降50%至70%。”IRENA甚至預計，到2030年，安裝電池的價格將下降50%到66%。

歐洲經濟研究中心(ZEW)的德國能源行業專家預計，鑒于市場力量，以及能源轉型在交通和供暖領域的不斷擴張，未來幾年對電力存儲的需求將大幅增加。超過70%的人表示，他們相信電池將是未來10年增長最快的領域，而蓄熱能力的增長潛力排名第二。

德國的私人家庭對戶用光伏儲能的接受程度也越來越高。目前，大約一半的新住宅太陽能光伏系統都配有儲能電池系統。據亞琛工大的研究顯示，越來越多的家庭表示，電價越來越高，為了削減電力支出，降低對電網的依賴性，更愿意使用光伏儲能系統，目前德國在戶用光伏儲能方面做得最好的兩家企業是Sonnen和Solarwatt。

太陽能行業協會BSWSolar預計，未來幾年，家用電池將繼續迅速普及，價格進一步下跌將使經濟形勢向更有利于戶用儲能系統普及的方向轉變，德國最早將在2020年突破20萬個系統的門檻。

除此之外，因為本世紀初建造的數十萬個屋頂光伏系統在運行了20年之后，將達到支持費用(即所謂的上網電價)的終點，這些系統將繼續以接近于零的成本發電，而從電網獲取的電力每千瓦時的成本約為28歐分。這使得家用電池的普及可能會進一步加速。

傳統能源企業面臨挑戰

德國住宅儲能的迅速普及，一方面加速了可再生能源的消納，另一方面也加速了能源數字化轉型，這無疑對德國傳統的公用事業企業構成了一定的挑戰，許多德國傳統能源企業因為來不及面對這么迅速的能源轉型和數字化轉型而陷入了一定的混亂。此外，家用儲能系統的發展，使得家用光伏能源提供的能源占比大大提高，目前已可以達到70%的戶用電力需求。也就是說，對于那些傳統售電公司來說意味著，每10個客戶里會損失掉7個客戶。

此外，以后的趨勢是，一些戶用光伏的業主能夠在虛擬社區與其他業主共享他們自己產生的電能，比如我們曾經介紹過的Design Netz的項目。按照那些戶用電池制作商（比如：Sonnen）的愿景，這種商業模式在以后甚至可以使家庭用戶完全脫離對傳統公用事業的依賴。Sonnen就是這項技術在德國和海外的知名的倡導者。Sonnen計劃在澳大利亞建設世界上最大的戶用儲能社群網絡，將4萬戶家庭連接在一個“虛擬發電廠”中。

據麥肯錫報告，電池的普及，將會導致能源市場洗牌，催生大量的贏家和輸家，和傳統的能源行業易于壟斷的特質不同，以后的能源系統一定是多元化的，是否能夠占有市場份額的因素，將取決于成本下降的速度。存儲時代的到來，對于Sonnen等這些專門從事分布式能源的公司、科技制造商和金融企業來說，毫無疑問是一個創造歷史的絕佳機會。而公用事業公司也必須學會適應未來能源系統的靈活發展，加強風險管理和應對能力，其中關鍵的一點就是發展更多的創新商業模式，目前發展得比較成熟的一種就是合同能源管理商業模式，即：能源服務商可以為業主提供設備管理和交易管理，在保障業主的收益最大化的情況下，收取一定量的服務費或者按比例提成。

有一些德國比較大的公用事業公司，比如EnBW，能夠發展的商業模式就更多了。他們自己會向用戶便宜出售或租賃自己的家用光伏+儲能設備，以獲取管理那些設備的權限，這樣就完美的創造了完全屬于自己的能源社區，占據當地的能源服務市場。

EnBW發言人Heiko Willrett在接受《清潔能源電線》采訪時曾表示，未來能源系統向分布式的轉變是能源領域的主要趨勢之一，而儲能會是未來穩定能源系統、保障供電可靠性的核心角色，公用事業公司需要重新思考出應對分布式能源系統的新商業模式。

儲能如何能做到能源轉型的過渡

德國的儲能行業人員已經超過12000人(其中約5000人從事電池行業)，和國內相比，這個數字當然少得可憐，但是考慮到市場體量，這個人數目前已經超過了德國的褐煤行業工作崗位的一半。根據德國能源存儲協會BVES的預測，2018年儲能行業的總銷售額預計將增長10%，達到51億歐元。德國政府和煤炭委員會(coal commission)希望在目前計劃的脫碳期間，通過將電池生產商吸引到煤炭開采地區，一方面充分利用該地區資源，另一方面保障該地區的人口就業問題。目前德國脫碳的最大障礙，其實已經不是技術上的問題，最大的爭論是，能源轉型導致傳統煤炭行業人員失業的問題，如果通過上述措施能夠保證人口失業問題得到解決，那么德國脫碳之路上的最大障礙也會消失。

據德國媒體的報道，一個千兆級的電池工廠創造的新就業崗位與褐煤采礦的舊崗位相似。鑒于在德國這些工作的薪資水平類似，受影響的工人也不需要搬家。目前德國正在考慮建造多個巨型電池工廠，并在積極招商引資，吸引德國海內外的投資機構，下面是今年的幾個比較轟動的例子：

·德國國家經濟秘書長Bareiß在2018年8月底表示，波蘭和德國將宣布在德國東部的褐煤礦區Lusatia和波蘭西部開展電池生產合作。

·不久之后，德國經濟部長彼得•阿爾特邁爾(Peter Altmaier)在9月又宣布，德國將開始在國內自主大力生產電池，但沒有透露更多細節。

·特斯拉創始人埃隆•馬斯克(Elon Musk)也曾公開發言，特斯拉可能會在法德邊境附近開設自己的電池工廠，而該地區靠近德國的雷尼什(Rhenish)礦區。

·對于國內電池行業的技術人員，可能已經了解到寧德時代CATL已于2018年7月計劃在東部的圖林根州(Thuringia)建造一個巨型工廠，為德國汽車制造商提供低成本的動力電池，助力德國汽車行業向低排放的轉型，因為德國汽車公司迄今不愿投資電池生產。

除了電池之外的其他可能

儲能的原理早在幾十年前就不是什么新鮮事。“經典”的抽水蓄能技術就是在電力富余的時候，利用水泵將電力轉化為勢能，在需要的時候，又把水放出來，將勢能轉化為電力。但在德國，適合建造抽水蓄能電站的空間非常小，因為那里的山區很少，而且公眾對這種會破壞環境的新項目有強烈的抵制。這就是為什么德國人還在努力尋找其他方式來儲存可再生能源。目前人們對電池的熱情有時掩蓋了這樣一個事實，即世界第四大經濟體的脫碳需要許多其他技術，因為電池根本無法儲存更長時間的能量，也無法儲存足夠的能量。這就是為什么除了完成煤炭開采到電池生產的轉變之外，以熱能的形式儲存，或者以氣體或液體燃料的形式儲存可再生能源(比如Power-to-Gas技術)的技術，對于大量或者長時間儲能也很重要的原因。

熱儲能目前正在研究當中，德國航空航天中心(DLR)提出了一種利用煤炭行業現有儲熱設備來緩解脫碳計劃的替代方法。研究人員建議將可再生能源產生的熱量儲存在廢棄燃煤電廠裝滿液態鹽的大水箱中，并利用現有的蒸汽發生器和渦輪機將熱量轉化為電能。德國政府已經表示，將研究“使用不再需要大規模蓄熱的發電廠”的可能性。DLR稱，如果這些項目得以實現，目前約有一半的燃煤電廠員工可以保住工作。

至于Power-to-Gas技術儲能的案例，在德國目前有非常多，其中比較有名的是德國的MEKS項目。MEKS“是施普倫貝格多能互補集成發電系統（Multi-Energie-Kraftwerk Sperenberg）的縮寫，項目坐落于德國東部小市阿姆梅倫塞的小鎮施普倫貝格。這個多能互補集成發電系統利用先進智能系統集成技術將風力發電和光伏發電結合，所發電量可以實時饋入電網；多余的電量又可以結合制氫裝置，制得的氫氣可以儲存或饋入當地天然氣管道。MEKS項目將該地區的創新發電和存儲技術結合起來，充分利用該地區的新能源資源，同時為當地現有發電廠提供了可持續利用潛力。

電池在電動汽車上的應用

電池產業的繁榮發展的主要推動力就是政府決策。作為汽車大國，德國政府希望在汽車零排放時代到來之前確保德國最重要的汽車行業的未來。發展電動汽車對于電力行業來說無疑是個福音，電動汽車之于電力行業的意義就是“裝在車輪上移動電池”，而且其飛快的發展速度對于儲能行業的意義可能會是住宅儲能無法比擬的。

氣候、能源和運輸國際顧問Diaz-Bone舉過這樣一個例子：“100,000個家用儲能系統的數量可能聽起來已經可以令人印象深刻，但如果對比電動汽車的規模，這個數字也只能相形見絀了。我們正在研究數百萬輛電動汽車，每輛汽車的電池容量為40到100千瓦時，是一般家用電池儲能系統的五到十倍”。

與固定式家用電池一樣，通過充電樁連接到電網的電動汽車不僅可以存儲電力，還可以根據需要將其送入電網。例如，下午從工作中回到家的電動汽車車主可能會告訴他的充電系統，希望他的車在第二天早上之前可以充滿電。然后，系統可以分配充電所需的時間，并利用剩余部分幫助調節電網穩定。電池的核心優勢是，可以在短時間內吸收和釋放大量電力，這使其成為為電網提供輔助服務的理想工具。它們可以保證電力通暢以穩定電網，充當備用電源以提高可靠性，并且能夠在供電充足且因此便宜的時間再充電。德國著名的虛擬發電廠運營商Next Kraftwerke與荷蘭智能充電供應商Jedlix合作，已經把這種雙向充電模式應用到試點項目當中。


但電動汽車能否如上面所說為電網提供這些服務還有待觀察，這取決于車主和汽車制造商是否配合。為了解決這一問題，德國能源智庫AgoraEnergiewende的儲能專家MatthiasDeutsch參考了一些關于向電動車車主支付輔助服務的費用的商業模式，得出了結論稱：“能否說服電動汽車車主參與電網輔助服務，根本上只是一個補償金額高低的問題。相比之下，汽車制造商所帶來的阻礙可能更大 – 例如，汽車制造商會要求：如果車主把汽車電池用于電網輔助服務，他們就會撤回對電池的質量保證。”

據麥肯錫稱，電動汽車不會在2030年之前大幅增加德國的電力需求，但人們通常會在下班后給電動汽車充電，這一用電行為可能會增加夜間高峰負荷，電力負荷曲線將有所不同。雖然電力系統受到影響不大，但在一些電動汽車普及的熱點地區（如郊區等），由于峰值負荷會顯著增加，當地的變壓器也需要升級。

德國儲能行業也表示，儲能產品可以減少電網擴建的投入。例如，大量電動汽車投入市場，大規模的充電會給電網帶來過重的負擔，此時，有儲能設備作為緩沖，擴建的需求也就沒有那么迫在眉睫了。

展望未來，電網可用的電動汽車數量看起來并不是那么確定。如果私人汽車保有量下降，自動機器人出租車等新商業模式投入使用，人們現在所想象的電動汽車在電網中的美好應用可能會大打折扣。

電池對人類和地球的危害

電池市場的規模已經引起了人們關于電池原材料以及電池生產和處理對人和環境的副作用的關注。

根據德國交通轉型智庫AgoraVerkehrswende的一項研究表明，雖然鋰和鈷等關鍵電池成分的資源儲備足夠支撐當前電池的發展，但它們的開采制作過程，本質上還是會造成一定的社會問題和環境問題。這個領域所產生的問題是多方面的，包括采礦作業的高能耗，酸性礦山排水，采礦公司與當地居民之間的用水沖突，以及礦山的惡劣工作條件等等。尤其是剛果小型鈷礦的不人道開采條件，工人們赤手空拳地挖掘原材料的情況，引起了媒體的廣泛關注。“可持續性不僅僅意味著'長期可用性'。它還意味著確保整個供應鏈中工人的環境標準和可行條件。”

另一方面，鎳和鋰的開采也帶來了高昂的環境成本。二手車電池的處理也可能造成嚴重的環境問題，但二手電池處理這個新行業正在逐漸興起，將會成為一個十分必要的售后市場。

在這里舉一個典型的例子就是汽車制造商通過二次利用電池來賦予電池新生命。各種德國汽車制造商已經將數百個二手電動汽車電池組合在一起，形成電力系統的大型儲能裝置，以幫助保持電力供需平衡。梅賽德斯汽車制造商戴姆勒在2018年7月開設了第三個由二手電動車電池組成的大型電池儲能設備，總容量約為10兆瓦時。同為德國著名汽車制造商的寶馬公司也參與了類似的項目。

大型電池提供電網服務

無論是二手還是全新電池，它們的價格正在不斷下降。目前，大型電池已經成為電網穩定的重要工具。德國儲能協會BVES的數據顯示，德國大型商用電池的總容量將在2018年幾乎翻倍至約320兆瓦，而所有家用電池的總容量將增加到380兆瓦左右。

在一些地理位置比較孤立的國家，例如英國和澳大利亞，大型電池提供電網服務的使用需求更加顯著。氣候、能源和運輸國際顧問Diaz-Bone認為：“作為一個島國，英國幾乎沒有與國際互聯的電網，卻擁有巨大的風力發電潛力。因此，它應該受益于其電網中的電力存儲部分，而德國對大型電網儲能的需求不那么明顯，因為德國有一系列可能更便宜的靈活性替代方案 - 例如跨境電力貿易。因此，德國不會像英國那么依賴電化學儲能。”與英國相比，德國的電網可以利用阿爾卑斯山的水電站來儲存電力，并且很快可以使用目前正在建設中的水下電纜Nordlink，將風力渦輪機產生的電力輸送到挪威水電站。在德國風力發電量較低的時候，挪威水壩可以將電力輸送回德國電網。

大型電池儲能項目也成為綠化遠程住宅能源供應的關鍵工具，讓住宅供能不依賴于集中式電網。德國在北海的島嶼為這些涉及儲能的智能小型電網提供了完美的試驗場。例如，歐盟支持博爾庫姆島的一個試點項目，旨在用太陽能電池板發電和配備有一系列儲能技術的連接到智能電網的風力渦輪機發電取代化石燃料發電。

儲熱和季節性儲能

電池并不是解決能量轉換后所需的大規模儲能的唯一靈丹妙藥。這是因為電池不適合長時間儲存電力，并且電池的容量遠遠不能滿足風力和日照較少的長時間需要。從尺寸上看，世界上最大的電池擁有129兆瓦時容量，由特斯拉在2017年在澳大利亞建造，可能僅能為上海提供大約幾分鐘的電力。因此季節性的大規模儲能往往需要人們考慮到如何將整個夏季的太陽能發電量儲存幾個月，供冬季使用。

許多德國專家認為，在沒有風或太陽的較長時期內穩定的能源供應是德國能源轉型的核心挑戰。在能源轉型的背景下，一個新的德語詞語應運而生：Dunkelflaute，一種黑暗、平靜期，正是描述這種無風或者無陽光的天氣情況。

大規模儲能的問題仍然存在爭議。經濟學家Hans-Werner Sinn認為：由于儲能需求巨大，無法全面過渡到間歇性可再生能源。但德國經濟研究所（DIW）的經濟學家反駁說，Sinn的假設是不現實的 - 例如，他們認為不是每一瓦的可再生能源都必須投入使用。 也仍有許多能源專家認為，幾十年內都不需要大規模儲能技術，因為還有其他更便宜的靈活性選擇，例如需求響應和電力交易。

但對于大規模儲能技術的現階段發展來說，德國德國工程師協會（VDI）表示，已有能夠較好解決這一問題的技術。“已經存在完成能量轉換所需的儲能技術。它們處于不同的發展階段，但從技術角度來看，儲能問題可以得到解決。”具體有以下兩種比較成熟的解決方法：

1. Power to Gas：電可用于制造可無限期儲存的氫氣或其他氣體，然后在常規燃氣發電廠中燃燒氣體發電，或用于給家庭供熱。但該技術目前價格昂貴，因為在轉換過程中會損失大量能源。具體內容請關注交能網稍后推出的Power to Gas專題文章。

2. 儲熱：以熱量的形式大規模儲存能量。儲熱的方法有很多種，例如以大型地下含水層儲能的形式儲能-這實際上是一個巨大的保溫瓶。德國漢堡市已經完成了一個大型地下含水層蓄熱系統的試驗階段，該系統應該取代一個燃煤電廠，可以為冬季的8000戶家庭提供熱能。將水加熱至80攝氏度并泵入地下以保持溫度，以便在城市的區域供暖中使用。

德國政策制定者對“Made in Germany”的儲能技術的態度

政策對于許多能源細分行業的發展至關重要，技術的未來在很大程度上取決于政策，儲能行業也不例外。

歐洲經濟研究中心調查的能源行業專家一致認為，目前德國的政治框架對促進儲能行業的發展幾乎沒有好處。盡管德國的可再生能源在全國范圍內迅速推廣，但電池大力推進的同時其實是沒有政策激勵的，政策仍需要迎頭趕上。首先，能源稅制就需要進行根本性的改革，目前高電價是德國電氣化進程的嚴重阻礙，許多儲能專家認為：降低能源稅才能更好地利用Power to Gas等關鍵技術。“儲能行業被擠進一個過時且狹窄的監管框架，現狀是許多技術無法盈利 ，因為他們必須多次支付稅款，”儲能行業協會專家Gottke 解釋道。“這一切都是因為監管框架落后于技術發展。”

在這樣的行業情況下，主要由中小型企業組成的德國儲能行業表示，他們現在已經高度以出口為導向，并堅信這有利于全球市場增長，例如應對美國和澳大利亞大型電網電池、以及非洲小型電網和離網電池等需求。

當然，德國政府也意識到需要進行改革以促進國內儲能的發展，這也是德國儲能行業目前依然是世界市場的一塊基石的原因，但德國政府依然想盡量避免進行復雜的稅制改革。“我們需要新的商業模式和價格，以提供電力儲存的動力，”德國國務秘書Bareiß說。他表示，政府將在未來幾年變得“非常活躍”，以幫助儲能行業保持競爭力。

德國聯合政府已經在其最新預算中大幅增加了電池研究的資金，Bareiß表示還會有更多的預算。“能源轉型也是一個技術項目。我們希望知道，在未來幾年，我們可以在德國使用哪些技術來促進新的增長和繁榮。”

結語：德國的政策發展及先進的技術使其目前保持著'可再生能源2.0技術領導者的地位，但德國是否能長期保持這種領導地位還是一個未知數，讓我們一起在這場變革中看個究竟。