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甘肃省发展储能产业对策思考
摘要：本文介绍了储能产业发展概况，介绍了有色金属在储能产业上的应用，提出甘肃省通过新能源产业大发展来带动储能产业大发展，同时对解决甘肃新能源消纳与外送提出了措施建议。
关键词：储能 新能源 甘肃 有色金属
一、储能产业发展概况
储能技术是指能量的储存技术，目前主要是电能和热能的储能。全球储能技术主要有物理储能、化学储能和电磁储能等几类。按照功能划分功率型和能量型储能。目前物理储能中最成熟和最普遍的是抽水蓄能。化学储能分两方面，一部分是有色金属电解沉积储能，比如电解铝、电解锌、电解铅等。在电解沉积过程中把电能转变为化学能储存在析出金属中，当用这些金属制作成电池后再把化学能转变为电能释放出来。这部分储能容易被忽视，实际上就一次储能量来说，电解沉积有色金属要比其他储能方式储能量大得多。另一方面是以有色金属为主要原材料制成的电池储能，目前广泛应用的储能电池有锂离子电池、铅酸电池、液流电池、钠硫电池、镍氢电池等，这部分储能为二次储能。世界各国都很重视大容量储能电池技术的研发与运用。目前全球储能电池装机规模已达840MW，其中美国360MW，日本装机规模约为310MW，分别列第一和第二位。中国81MW，列第三位。
杰里米.里夫金(Jeremy Rifkin)发现第三次工业革命的支柱包括以下五个：可再生能源、分布式发电、储能技术、电动车和能源互联网。其中储能是第三次工业革命的支柱之一。储能技术能够解决新能源发电的随机性、波动性问题，其功能主要是平抑、稳定风能、太阳能等间歇式可再生能源发电的输出功率，提高电网接纳间歇式可再生能源能力，使大规模风电及太阳能发电方便、可靠地并入常规电网。因此储能对提高新能源利用率和稳定电网运行起重要作用。国家能源委员会专家咨询委员会主任、原国家能源局局长张国宝认为：在解决可再生能源并网难的问题中，储能产业在市场中获得了发展的重要契机。
同时随着储能电池技术的发展，使得汽车等交通工具有可能逐步脱离石油、天然气等传统能源。因此，在新能源产业大发展的背景下，储能电池产业具有巨大的发展潜力。
伴随着甘肃新能源的快速发展，外送和消纳问题日趋突出，外送电网建设速度远远跟不上新能源发展速度。是否为了解决新能源电力远距离外送问题必须大规模新建电网通道?能否通过先消纳后外送的方式?比如通过电解沉积有色金属，然后外送有色金属。将有色金属作为电能转移的载体。现将有色金属在储能电池产业上的应用情况、甘肃省发展储能电池产业和解决新能源消纳和外送等有关问题进行讨论。
二、有色金属在储能电池产业上的应用情况
储能电池原材料主要是各种有色金属，目前广泛使用的储能电池有锂离子电池、铅酸电池、钒液流电池、镍氢电池、锌空气电池、铝空气电池等，均是以有色金属命名。有色金属本身就是一种电能的载体，有色金属的电积析出过程就是一个充电过程。储能电池产业是有色金属的主要消费领域之一。甘肃省是我国著名的有色金属资源大省，2014年甘肃省有色行业生产十种有色金属360.53万吨(其中铜90万吨、铝225万吨、铅1.99万吨、锌27.35万吨、镍16.13万吨)，约占全国有色金属总产量的10%。与云南、湖南、江西等有色金属资源丰富的省份相比，甘肃的储能电池原材料丰富而集中，并且具有从采矿―选矿―冶炼―加工―废旧有色金属回收较为完整的产业链。下面就甘肃省有色金属在储能电池产业上的应用介绍如下：
(1)铅的应用情况
铅酸蓄电池是目前世界上广泛使用的一种电池，具有电压平稳、安全可靠、价格低廉、适用范围广、原材料丰富和回收再生利用率高(再生利用率达98%以上)等优点，是世界上各类电池中产量最大、用途最广的一种电池，它所消耗的铅占全球总耗铅量的80%以上。我国的汽车工业和电动车产业发展很快，对起动电池和动力电池需求很大，因此带动国内铅蓄电池业迅猛发展，铅的消费量在急剧增多。我国2014年铅酸蓄电池耗铅量达400多万吨。铅酸电池技术进步很快，最新研发的铅炭电池克服了传统铅酸电池的一些缺点，在新能源储能和动力电池领域得到积极推广。随着技术的不断进步，铅酸电池仍将是储能和动力电池领域主要电池之一。
(2)锌的应用
锌在电池工业中作为负极材料主要用来生产锌锰电池、锌空气电池、锌镍电池、锌银电池、锌溴电池等。锌锰电池是锌的主要用户之一，我国是锌锰电池生产大国，2014年产量近200亿只。锌空气电池是比能量很高的一种电池，目前以锌空气电池为动力源的公交汽车已经投入试运行。液体循环式锌空气电池和锌溴液流电池技术进步很快，有望在新能源储能领域大显身手;与铅酸蓄电池相比，锌空气电池的比能量更高。甘肃省白银有色金属公司是我国主要的铅锌生产基地，具有回收处理铅电池和锌电池的优越条件。
(3)铝的应用
铝在电池工业中有四种应用形式：第一种是作电极合金添加剂，比如在生产镍氢电池负极材料储氢合金过程中要添加一定量金属铝;第二种是以铝为基体制备成合金作负极，如铝空气电池;第三种是把铝制成铝箔，作为锂离子电池的正极材料的附着体和集电体;第四种是用铝制造锂离子电池的外壳。甘肃电力资源丰富，电解铝产业发达，境内有酒钢东兴铝业公司、兰州铝厂、连城铝厂、白银铝厂等大型企业。
金属铝是一种很好的电能载体，目前生产1吨电解铝平均综合电耗为13500度左右。2014年全国电解铝产量达2438万吨，耗电量达3300亿千瓦时，约占全国总用电量的6%―7%。在电解析出过程中除一小部分电能变为热能损失掉外，大部分电能转变为化学能储存在了电解铝中。美国铝业公司(Alcoa)和以色列Phinergy公司联合开发的铝空气电池性能优良，100公斤金属铝板(负极)续航里程可以达到1600公里，据称该电池的寿命可达20到30年。其能量来源就是铝电解过程中充入电解铝中的电能，因此金属铝可以充当电力转移的载体。
(4)铜的应用
铜在电池中的应用主要把铜制成铜箔，作为锂离子电池的负极材料的附着体和集电体。近年来，锂离子电池产业发展很快，对铜箔的需求在急剧增加。西北铜加工厂的铜箔分厂已具备了生产这种铜箔的基本条件。目前国内主要铜箔生产厂家的主要技术力量就是该厂输出的。
(5)锂的应用
锂主要用来制造锂电池，包括一次锂电池和二次锂电池。锂一次电池有：锂锰电池、锂碘电池 、锂亚硫酰氯电池等;锂二次电池有：液态锂离子电池和聚合物锂离子电池。在一次锂电池中，锂主要以金属锂片作负极;在二次锂电池中，主要以钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂以及钴镍锰三元材料等作为锂离子电池正极材料。目前以磷酸铁锂和镍钴锰酸锂三元材料为正极材料的锂离子电池作为汽车动力电池已经开始大量使用，在新能源储能领域也在大量使用。
(6)镍的应用
主要用作镍电池的电极材料。另外还用来制造各种电池连接片和镀镍零配件等。甘肃省的镍资源及镍储能电池材料对我国镍系列电池的发展起着举足轻重的作用。本世纪以来镍氢电池作为绿色环保电池，得到了迅猛发展;镍氢电池首先在批量生产的混合动力汽车上得到大规模使用。锌镍电池也在快速产业化。随着镍氢电池和镍锌电池的技术进步，将在汽车动力和新能源储能电池领域得到广泛应用。
(7)钴的应用
钴在二次电池领域的应用量很大，氧化亚钴是镍电池的电极添加剂，四氧化三钴是锂离子电池正极材料钴酸锂的主要原材料，近几年各种新型锂离子电池正极材料不断涌现，但钴酸锂仍然是主要正极材料的之一。目前手机、笔记本电脑等小型电子设备用的就是以钴酸锂为正极材料的电池。在钴酸锂中，钴占60%，锂只有7%，因此甘肃省的钴资源及储能材料对我国锂离子电池产业发展起着重要作用。
(8)稀土金属的应用
用来制造镍氢电池负极材料储氢合金。近些年来镍氢电池受到锂离子电池的挤压，市场规模在缩小，但在电动工具和混合动力汽车领域仍占主导地位。因此对储氢合金的需求仍然很大，从而促使我国的储氢合金材料得到了快速发展，质量水平和产量规模均有较大提高。在稀土储氢合金中，稀土的含量只有32%左右，而镍占50%，镍是稀土储氢合金的主要成分。甘肃镍资源对我国镍系列电池有着同样重要作用。
在上述常用有色金属铝、锌、铜、镍中，铝的电解沉积直流用电量最大，平均达到13000度/吨，锌次之，平均为3000度/吨，铜、镍、铅电解沉积用电量较小，只有几百度电/吨。因此铝和锌是很好的电能转移载体。将在甘肃新能源消纳与外送中发挥重要作用。
甘肃省相关企业在储能电池产业方面做了大量工作。金川公司是国内最大的镍钴储能电池材料生产企业;甘肃稀土公司储氢合金年生产能力达1000吨;白银有色股份有限公司的铜、铅、锌、铝等有色金属是储能电池的主要原材料;白银扎布耶锂业有限公司的碳酸锂是锂离子电池的主要原材料，产能居全国第一位。甘肃大象能源科技有限公司储能电池材料产能达到2000吨/年，该公司研发的新型改性锰酸锂材料成本低且循环性能达到5000次以上，具备在储能领域大规模推广的基本条件。甘肃天海新能源有限公司等单位正在积极着手储能电池材料以及动力电池和储能电池的生产准备。上述单位的积极努力为甘肃省发展储能电池产业奠定了坚实基础。
三、甘肃省发展储能产业的必要性
(1)甘肃新能源产业快速发展的需要
到2014年底，甘肃全省发电总装机达到4187.2万千万，其中火电1849.55万千瓦、水电813.22万千瓦、风电装机达到1007.6万千瓦(装机容量居全国第二);光伏发电装机容量达到516.8万千瓦(装机容量居全国第一)。风光新能源规模逼近火电，成为甘肃第二大电源，装机容量跃居全国省级电网首位。
对于风光等新能源发电，如果装机比重在10%以下，传统技术可以基本保障电网的安全稳定;当装机比重超过20%，就需要利用储能技术来减少波动性与间歇性，避免对电网造成冲击。而甘肃省风光新能源装机容量已超过总装机容量的37%，如此高的新能源装机比例，在没有储能系统的配合下，新能源发电和电网很难高效安全运行。据2015年1―5月统计数据显示，五大发电集团旗下的甘肃新能源公司弃风、弃光限电比例分别超过30%和40%。
2014年甘肃省内最大用电负荷为1240万千瓦。但去年年底甘肃风光新能源装机容量已达1524万千瓦。我们可以设想一下，如果甘肃电网能够采用成熟的储能技术和水电来调峰、调频，那么甘肃可以在全国率先关闭境内所有火电，全部依靠风、光、水新能源就可以满足全省用电需求，其减排意义十分重大。只是现在储能电池经济性还不够好，但是我们相信随着储能电池技术的不断进步，成本的不断降低，这一天将会很快到来。
(2)延长有色金属产业链的需要
有色金属工业是甘肃省的主导产业，省内各企业在延伸有色金属产业链方面下了很大功夫，想了很多办法。但产业链延伸的程度很不尽人意。目前只能生产小部分镍、钴、铜、铅、锌和稀土延伸产品。深加工产品占有色金属总产值的比例不足20%。造成这种现状的根本原因就是甘肃省远离有色金属延伸产品的消费市场。但是随着甘肃及西北地区新能源产业的快速崛起，对储能电池的需求在快速增长，为甘肃省发展储能材料和储能电池产业提供了广阔的发展空间。甘肃省已经具备了发展储能电池产业的良好条件，广阔的市场需求和丰富的原材料资源将为甘肃储能电池产业集群发展提供强有力的支撑。
(3)发展循环经济的需要
甘肃省是全国第一个国家级循环经济示范区。白银市和金昌市是甘肃省重要的以有色金属为主导产业的城市。两市都具有发展有色金属循环经济的基础和优势。充分发挥两市的有色金属冶炼和再生优势，在两市集中建立储能材料和储能电池生产基地。在风电和光伏发电厂广泛推广使用储能电池，使储能电池系统在调峰、调频、稳定电网运行中发挥重要作用。在省内建立起储能电池材料―储能电池制造―储能电池应用―废旧储能电池集中回收处理―再生有色金属的完整的循环经济产业链。储能电池的集中生产、集中使用、集中回收再生处理的模式，有利于提高市场集中度，减少废旧电池对环境的污染，便于充分发挥储能电池循环经济产业链的规模效应，可以有效降低储能电池综合成本，提高了电池的再生利用率。如果建成这种循环模式，将会在储能产业发展中起到很好的示范作用，为甘肃有色金属产业链延伸，发展储能电池产业集群创造更加有利的条件。
(4)实现转型跨越的需要
甘肃省地处内陆，是我国经济欠发达地区。近几年通过新能源产业的大发展，给甘肃经济发展注入了强大活力。但随着新能源装机容量的不断增加，对电网稳定性的影响愈来愈大，弃风、弃光限电现象愈来愈严重，新能源利用率持续降低。这些问题的不断显现必将促进储能电池产业和电解沉积有色金属冶炼业的快速发展。因此甘肃省只要牢牢抓住新能源迅猛发展的良好机遇，通过新能源产业带动储能产业快速发展，从而促进甘肃省有色金属产业向高端制造业方向发展。同时随着新能源产业的大发展，新能源消纳问题将会愈来愈突出，必将促进消纳能力极强的电解沉积有色金属冶炼业快速发展，对传统有色金属冶炼业进行改造提升、扩大生产规模也具有很大的促进作用。就像本文的三个关键词：储能、有色金属、新能源，新能源产业的快速发展必将促进储能产业快速发展，储能产业的快速发展必将促进有色金属新材料产业快速发展，这三个产业紧密联系、相辅相成，必将成为甘肃新的经济增长极。
四、甘肃省发展储能产业的政策机遇和比较优势
(1)政策机遇
当前甘肃省发展储能产业的政策环境非常好，西部大开发、国务院办公厅关于进一步支持甘肃经济社会发展的若干意见等都给甘肃省发展储能电池产业提供了前所未有的政策机遇。
2010年《可再生能源法修正案》中第一次提到储能的发展。 2011年10月20日，国家发改委对外发布了《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南(2011年度)》，在“先进能源”一项中，动力电池及储能电池首次出现并排在风电、光伏、生物质能之前，成为指南优先提及的领域。
2015年国家能源局下发关于推进新能源微电网示范项目建设的指导意见，微电网储能补贴政策正在酝酿出台，十三五的储能规划也在研究论证中。储能大发展的帷幕即将拉开。
(2)市场需求的优势
甘肃省是我国光伏发电和风力发电的重点省份，光伏和风电装机分别继续稳居全国第一和第二位，其中风电于2014年末超越水电，成为甘肃第二大电源，装机占比近1/4。但是这个风光无限的新能源大省所面临消纳问题依然严峻。大规模新能源接入将会给电网安全运行造成危害，导致弃风、弃光时常发生，新能源利用效率低下。解决这个问题，必然需要大规模发展储能电池产业，平抑风光新能源的间歇性和不稳定性。另外一个是甘肃严重过剩的电力外送问题，目前的共识是加大电网外送通道建设，将甘肃新能源送往电力需求量较大的华北华中地区。但是电网通道建设投资大，长距离输送电力损耗严重，同时还存在受电端不能及时接受电力的问题。因此就地消纳就成为解决电力严重过剩的主要措施。因此发展电解铝、电解锌等有色金属冶炼业就成为就地消纳的首选措施。
(3)储能原材料优势
甘肃省具有丰富的储能电池原材料，盛产镍、钴、铅、锌、铜、铝、稀土、碳酸锂等储能原材料，尤其金川公司的镍钴储能材料在国内具有举足轻重，这些优势为甘肃省发展储能电池产业提供了丰富的原材料资源保障。同时甘肃省是我国有色金属生产大省，电解沉积有色金属产业基础雄厚，可以很好的解决丰富电力资源就地消纳问题。
五、甘肃省发展储能产业的措施建议
甘肃新能源产业经过几年来的高速发展，出现的问题可归结为以下两方面：一个是丰富的电力资源外送和就地消纳问题;第二个是大规模新能源难以接入电网问题。这两个问题的存在，表面上看给甘肃新能源产业发展带来瓶颈和阻力，但是经过深入研究我们发现，这些问题的出现并日趋严重给甘肃省储能产业的发展带来了难得发展机遇。下面就解决这两方面问题提出几点措施和建议：
(1)将华中华北以及沿海一带的闲置电解铝产能向甘肃转移，解决新能源就地消纳和外送问题
2014年甘肃全省新能源年送出电量超过145亿千瓦时，主要输送到青海、山东和华中地区，但三地接受外来电力的需求正在明显衰减。预计2015年只能外送110亿千瓦时左右。在此背景下，酒泉至湖南+-800千伏输电线路建成后，输电效率将大打折扣。同时建设远距离电网通道面临着投资大、线路损耗严重、维护费用高、对沿线生态环境造成破坏等问题。而发展电解铝产业则不会出现这些问题。因此电网通道建设不是解决新能源电力外送的唯一途径。要彻底解决甘肃丰富的新能源外送问题，建议先采用就地消纳，后外送的方式。就是通过大力发展电解铝项目，在电解沉积过程中，将电能转变为化学能充入电解铝，第二步将铝锭外送出省，可实现电能向外转移。目前我国铝冶炼企业开工率已跌至70%。闲置产能近1000万吨，电解铝行业普遍亏损严重，行业面临着洗牌，而且华北华中及沿海地区电解铝基本都使用燃煤电力，对当地造成严重污染。因此向甘肃转移电解铝产能正当其时。
(2)将甘肃建设成为利用新能源发展电解铝产业的示范区，并对电解铝项目给予电价优惠
与其每年有大量新能源因弃风、弃光白白浪费掉，还不如出台政策，让新能源企业与甘肃电解铝企业签订直供电协议，对双方协议电价给予一定补贴，或协调电网公司减免过网费等方式，保证双方企业有一定利润，将甘肃建设成为集中利用新能源电力发展电解铝的示范区。
目前甘肃新能源电价仍较高，仅靠市场力量难以吸引电解铝企业主动来甘肃发展。如果甘肃新能源电价能够低于华中、华北以及沿海地区的电解铝平均电价，那么将会有大批电解铝企业到甘肃来发展电解铝产业，届时不仅仅解决了甘肃新能源弃风、弃光问题，同时对华中、华北以及沿海等地区的减排也会有显著促进作用。近十几年风力发电和太阳能光伏发电的成本一直在快速下降，预计到2020年左右，风力发电和太阳能光伏发电的成本会双双低于燃煤发电，在2030年之前还会低于核电。因此电价扶持优惠政策不会持续很长时间。
(3)大力发展储能电池产业，在发、输、配、用环节配套储能系统，提高新能源利用率，稳定电网运行
随着甘肃新能源迅猛发展，这四个环节对储能电池的需求量在快速增长，只是储能成本还比较高，从经济性来考虑目前还难以大规模推广储能系统。但是在各环节使用储能系统是必然趋势，而且储能技术也发展很快，储能成本在快速降低。今年年初国家能源局委托中国化学与物理电源行业协会等单位开展储能“十三五”规划重大课题研究，说明国家层面已经开始重视储能发展，储能产业支持政策有望很快出台。因此建议甘肃省优先布局先进铅酸电池、锂离子电池、铝空气电池、锌空气电池、全钒液流电池等产业，充分利用省内铅、锌、钒、铝、碳酸锂等储能原材料资源和完善的废旧电池回收处理设施，在省内建立储能电池循环经济产业链，使甘肃初级有色金属原材料产业向高端装备制造业方向发展。
(4)将甘肃电网建设成为大规模使用储能系统的试点电网，并对储能电价给予补贴
随着技术的进步，储能成本下降很快，平均成本已降到1.2―1.5元/kwh。但是没有补贴的储能系统都难以维持。因此建议国家对甘肃电网的储能系统就像支持光伏一样予以电价补贴。对光伏的补贴造就了世界上最大的光伏制造业和光伏应用市场，对储能的补贴同样能够取得很好的效果。建议对甘肃电网储能系统优先补贴，使配套了储能系统的甘肃电网率先在全国起到示范作用。优先补贴甘肃的理由有两方面：第一，甘肃弃风、弃光率全国最高;第二，甘肃拥有丰富的储能材料资源和废旧电池回收基础设施，能够发挥出储能循环经济的规模效应。优先给予甘肃储能补贴能够起到事半功倍的效果。
(5)将甘肃电网建设成为以开发利用新能源为主、逐步缩减火电份额的智能电网
截至2014年12月31号，甘肃风光新能源装机已经达到总装机的37%，如果加上水电装机813万千瓦，甘肃风光水新能源装机已经超过总装机容量的56%。如果以目前新能源发展速度，到2020年甘肃风光水新能源装机将达到总装机容量的80%以上。因此建议甘肃省在支持新能源发展的同时，逐步减少火电比例，关停一批装机容量小的火电机组，使甘肃省率先成为大规模使用新能源的重点省份。同时随着新能源占比的迅速提高，将倒逼储能电池产业的快速发展。储能技术是智能化使用能源，解决能源危机的重要技术发展方向，也是发展智能电网的重要基础工作。甘肃发展储能电池产业和电解铝产业就是有效配合新能源快速发展的需要，使以开发利用新能源为主的甘肃电网能够高效率接受新能源电力，同时还能保证电网安全平稳运行。
(6)重视铝空气电池产业发展，将开发铝空气电池技术作为替代石油资源的重点技术给予支持
前面已经提到美国和以色列研制的铝空气动力电池续驶里程已经超过燃油车，使用成本与燃油车相当，但是使用铝空气电池可以做到零排放，放电产物可以循环使用，这是燃油车所无法比拟的，其发展前景普遍被人们看好。汽车用铝空气电池能够显著增加铝消费量，对化解电解铝产能过剩具有重要意义。电解铝是一种能源战略金属，随着铝空气电池的技术进步和产业化日趋成熟，将在国家能源战略安全方面发挥重要作用。
以上观点是笔者对有色金属在储能电池产业应用以及储能电池在新能源领域应用探索研究的结果，是对储能电池循环经济产业和商业模式探索研究的初步认识。有些观点不一定正确，欢迎有关领导、企业家、专家提出宝贵意见，共同为储能产业做出积极贡献。
参考文献：
[1]王积瑶.甘肃省电池产业发展调研报告[R].2007
[2]王积瑶.我国铅蓄电池合金的生产现状及改进建议[J].世界有色金属，2003(8)
[3]弃风弃光限电问题严重 我国能源消费转型迫在眉睫[DB/OL].中国储能网，http：//www.escn.com.cn/news/show-268131.html
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