电池储能系统和氢气在未来清洁能源系统将会发挥什么样的作用？总部位于德国的TEAM Consulture公司的技术顾问Matthias Simolka对这两种能源技术在目前市场所扮演的角色，以及从大规模可再生能源整合到电力和运输等各行业领域的动态进行了阐述和分析。
　　
　　随着可再生能源电力满足大量用户的电力需求，但需要储存起来以便在任何时候都可以使用，并且将用于储能和交通运输等应用场合。近年来，电池储能系统和氢气技术作为储存可再生能源的有效措施成为行业人士关注的焦点。这两种技术在储能市场方面是否是竞争对手？这两种技术哪一种技术更具优势，或者可能取代竞争力较弱的能源技术？这两种技术对于能源系统具有哪些补充性和必要性，以在整合越来越多可再生能源发电的同时保持电网稳定性？人们需要获得这些问题的答案。
　　
　　以下以德国市场为例，分析电池储能系统和氢气的发展现状，并对这两种技术未来发展进行了展望。
　　
　　在有关电力从化石能源向可再生能源转型的过程中，德语“Energiewende”（能源转型）这一术语经常被使用，这也表明德国在全球能源转型中具有一定的领先地位。“能源转型”的主要特点是电力脱碳和化石能源向可再生能源的转型，迄今为止，这主要发生在电力系统中。可再生能源发电设施面临的主要挑战是其发电的波动性，这阻碍了电网稳定和需求驱动的能源供应。多年来，可再生能源所占份额的增加导致了电网中的负荷变化更加波动。
　　
　　德国储能行业的现状如何？
　　
　　根据德国储能协会的统计和研究，德国储能供应商的收入从2015年40亿欧元增长到2019年的55亿欧元。德国2019年在住宅、工业和商业、电网侧的电池储能系统的收入超过20亿欧元，占到储能市场很大的份额。2019年，氢能技术开发商的总收入约为1.2亿欧元，目前远远落后于电池储能行业。然而，德国氢气生产量将在未来几年大幅增长，其收入也将随之增长。
　　
　　电池储能系统和氢储能技术的工作原理
　　
　　电池的工作原理类似于氢储能技术（用于燃料电池和电解槽）。电池和氢气技术都将化学储存的能量转化为电能，反之亦然。关于氢气储能，人们关注的是用于生产绿色氢气的电力转换装置（电解槽），以及利用氢气产生电能的燃料电池。
　　
　　固定式电池储能系统的应用和投资成本
　　
　　不同能源技术适用的场合取决于它们的属性。电池储能系统提供了快速响应能力和更高的高充电/放电容量。电池储能系统能够提供和吸收大量电力，但长时存储大量电能并不是其强项，这就是为什么电池储能系统主要用于频率控制储备（FCR）电力服务的原因，电力系统要求电池储能系统在30秒内启动并运行长达15分钟的时间，这将解决电网失衡问题。
　　
　　电价下跌导致电池储能系统开发商和可再生能源供应商面临经营困难的情况。除了提供备用电力以外，电池储能系统还提供多种其他电力服务，还包括满足峰值电力需求。另外，电池储能系统被用作缓冲器来增加电动车辆充电器的容量，这显著加快了充电过程，而无需为电网的升级或改造支付更多的费用。电池储能系统获得更多的收入通常是通过提供不同的电力服务来实现的。
　　
　　由于技术进步和规模经济导致电池价格下降，电池储能系统的资本支出几乎减少了一半，已经从2014年的135万欧元/MW降到2019年的70万欧元/MW。
　　
　　德国部署的电网规模电池储能系统
　　
　　德国迄今为止部署的电网规模电池储能系统总装机容量为551MW，用于电网提供电力服务。总部位于勃兰登堡州的LEAG公司运营着德国规模最大的电池储能系统，其规模为66MW/53MWh，主要用于频率控制储备（FCR），并整合可再生能源电力。德国电网规模电池储能系统市场在2018年得到迅速发展，其装机总容量为181MW。根据调查，到2020年，德国部署的电网规储能系统的装机容量有所下降，达到81MW左右。
　　
　　氢气技术的固定应用
　　
　　在德国，氢气技术在当前的应用中主要是作为燃料注入现有燃气网中，或使用氢气发电。通过各种形式生产的氢气可以其长期存储在当前可用的工业基础设施中，然后将其用于对工业和交通运输行业的脱碳。由氢气产生电能和热量的燃料电池主要用于固定式储能应用中，并且越来越多地在备用电源系统中取代柴油发电机。
　　
　　德国氢能发电设施的发展
　　
　　截至2019年底，德国正在运行装机容量为30MW的氢能发电设施。根据德国政府在2020年6月发布的国家氢能战略，预计未来几年的装机容量将急剧增加，到2030年将达到5GW。
　　
　　对于德国目前运营的氢能发电项目，氢气电解槽每兆瓦的投资在80万欧元到200万欧元，具体成本取决于电解槽技术；虽然部署数量少，但应用范围仍然很广泛。随着电解槽的增加，预计未来几年的资本支出将会减少。
　　
　　交通运输领域成为储能系统越来越重要的应用领域
　　
　　在交通运输领域，电池目前仍具有成本优势，并且更为常见。氢储能技术的效率明显低于电池效率。由于车辆需要长途行驶，因此从长远来看，燃料电池在这一领域可能比电池更具优势。
　　
　　在固定储能应用中，电池已经成为一种成熟的储能技术，能够以低成本在市场上竞争。氢储能技术将需要更多年的发展才能实现经济效益。但是从长远来看，氢储能技术在利用现有基础设施的同时，具有很大的储能潜力，并且可以在许多不同领域提供电力。
　　
　　因此现在看来，电池和氢气技术是互补性技术，而不是竞争对手——它们都将是通向脱碳高效能源系统的必由之路。
　　
　　电池广泛应用在各种应用领域，然而在实际应用中，电池具有显而易见的的限性，包括电动汽车的充电时间长以及固定储能应用中的储能容量有限。这些因素解释了电动汽车电池在资本市场上表现不佳的原因。展望未来，氢储能技术将在脱碳解决方案的能源密集型应用领域具有更大的潜力。
　　
　　编译：Harris