除了大规模集中使用的场景，电池储能技术目前也出现了以家庭电池储能为核心，综合了家庭光伏发电和家庭智能能源管理的商业模式。由于新能源发电的分散性，分布式的家庭储能是未来非常有希望的解决方案。将这种模式带入公众视野的仍然是特斯拉公司，它于2015年发布了家庭电池能量墙(PowerwallHomeBattery)。不过，这个领域目前的实际领跑者是德国的初创公司Sonnen，它占据了全球家庭光伏储能市场将近1/4的份额，并于2016年成功获得了包含中国远景能源参与的新一轮融资。Sonnen首先以解决家庭屋顶光伏应用对储能的需求为切入点：由于光伏发电的高峰是白天，而家庭的用电高峰却在晚上，因此发电和用电高峰之间存在错位，即使将白天的电力出售给电网，晚上再由电网供电，也仍然要支付由电网成本导致的出售价格低于买入价格的价差。而通过家庭储能则可以将白天的光伏电力存储起来留待晚上使用，这样就能显著降低家庭的电费支出。
在此基础上，Sonnen还在它的储能系统上进一步集成了家庭智能能源管理系统，目前它最多可与三台家庭用电系统(如洗衣机、烘干机等)相连接，在有富余光伏电力的情况下，会首先启动这些设备进行工作，从而在一定程度上降低对储能电池容量的需求。
另一方面，Sonnen公司的储能系统还可以将富余的储存能力用于为电网提供稳定控制服务，从而获得进一步的收益。针对没有光伏发电设备的家庭，Sonnen公司提供了“Sonnen社区”(Sonnencommunity)的商业模式，通过安装Sonnen的储能系统，用户可以获得长达10年的每年2000度的免费用电额度，超出这个额度之后，用户还可享受优惠电价，这样节省下来的电费就远远超过了购买储能系统的成本。一方面，这使得用户可以拥有更多的存储能力，另一方面，这些用户的用电需求又使得连入Sonnen储能系统的光伏发电单元的富余电力有了新的变现渠道，由于跳过了中间环节，不管是发电端还是用电端，都可以获得更好的电价。目前，Sonnen公司正在将这一模式进一步推广到风能和生物质能领域。
对于电网来说，Sonnen的储能系统一方面减轻了家庭光伏发电和家庭用电错位所带来的调峰压力，另一方面还可以将富余的存储能力“打包”成一个大的蓄能池，可以有效地补偿新能源发电的不稳定性。未来，这一商业模式还可以扩展到目前正在如火如荼发展的电动汽车行业。
在储能应用这一全新的维度上，相对于传统燃油汽车，电动汽车具有颠覆性的优势。对于家用车来说，其实全天大部分时间都处于非工作状态。在这些时间里，连入电网的电动汽车电池就有可能作为电网的储能部件，参与电网控制，所获得的收益可以在很大程度上摊薄电动汽车的电池成本。
为了充分发掘电动汽车的储能功能，首先需要升级电动汽车的充电系统。目前，大部分的电动汽车只有单向的充电功能，因此也只能提供单向的储能能力，即通过智能充电软件控制电动汽车，在电网负荷较小时(如夜间)进行充电。这一领域未来的发展方向是进一步改进电动汽车的充电和电池系统，使电力能够实现双向流动，从而更好地发挥其作为电网储能元件的作用。日本三菱公司已率先推出带有充放电功能的电动汽车，德国宝马公司也在积极测试相关技术与产品。
其次，我们还需要考虑对分散的电动汽车进行协调控制的问题。前面提到的NextKraftwerke公司和Sonnen公司的基于信息技术的解决方案可以非常方便地扩展到这一领域中。未来，只要用户输入一个出行计划，电动汽车的智能管理系统就可以自动生成一个最优的充放电程序，在保证电动汽车运行所需电量的前提下，将剩余的存储能力连入“虚拟电厂”，从而为用户获得最大收益。
另一方面，电动汽车的电池作为储能部件的寿命，甚至远远大于它为电动汽车工作的寿命，由于电网储能对电池性能的要求远远低于电动汽车，因此当电动汽车的电池容量衰减到一定程度时，虽然无法满足电动汽车续航里程的要求，但可以继续为电网储能服务。目前，德国汽车行业的领军企业宝马公司和博世公司就正在德国汉堡合作建设一个新型储能项目，它被命名为“电动汽车电池的第二生命”，这个项目以从宝马牌电动汽车上退役的电池为基础，重新设计并组合成一个26米长、6米宽的储能大电池，未来它将为德国北部不断增加的风能发电份额提供电网调节服务。这同时也意味着，通过对退役电动汽车电池的再利用，可以进一步降低电动汽车的整体成本。
电池储能技术虽然有非常多的优点，但由于其较高的成本以及能量衰减率，主要适用于短期电力调峰的应用场景，并且需要和其他储能技术相配合。目前，世界各国都在争相研究各种针对不同地理、环境条件的储能技术。
首先是以抽水蓄能为代表的大型储能电站，它是历史最悠久的储能技术，其优点是能够大规模、长时间地储存电力，缺点是对环境资源的要求较高。为了适应快速增长的储能需求，德国政府正在想方设法地提高抽水蓄能能力，其中一个很有创意的方案是对老工业区已经废弃的煤矿的重新利用。由于矿井常常有数百米深且面积很大的地下空间，经过改造，可以在电力富余时将水从矿井底部抽到地面，在电力不足时将水回流到矿井底部并同时产生电能。
在海上风能蓬勃发展的大背景下，德国的弗朗霍夫研究所(FraunhofeInstituteforProductionTechnology)正在开发深水储能技术，它的基本原理是将一个大型蓄能装置沉入大约200米深的海底，利用海上风力发电所产生的电能将水从蓄能装置中抽出，在需要输出电能时，让水在海底巨大压力的推动下，重新进入蓄能装置并发电。目前，研究人员已完成了对模型样机(体积缩小比例为1∶10)的测试，由于未来海上风能将为欧洲提供相当份额的能源供应，深水储能装置将有很好的应用前景。
在陆上风能的应用场景中，蓄水储能也可以和风能进行深度融合。德国正在建设一个新型陆上风场，它将风机的基础部分直接设计成了一个几十米高的蓄水库，而风机的主体结构则建立在这个蓄水库上面。与一般的风机基础相比，这相当于将风机抬高了几十米。在一般情况下，由于风速与高度呈正比，因此这会在很大程度上增加风机的发电量，而这部分额外的收益将来可以抵销修建蓄水库的成本。多个风机的蓄水库之间还可以互相连接，共同构成一个与风场紧密结合的蓄水储能系统，从而有效地平衡风力发电的不确定性。
其他的大规模储能方案还有压缩空气、电解水形成氢气等。由于现在没有哪一种储能技术可以“一家通吃”，因此未来的储能系统也必然是由数量众多，地理上非常分散，内部机理也各不相同的储能单元构成，它们适用的场景和相应的成本存在很大的差异，这就需要一套非常完善的信息系统对各个储能单元进行协调控制，以发挥它们的最大效能。
能源系统的重构将带来基于信息技术的新商业模式
随着新能源份额的不断提升，能源系统未来将逐渐被重构。未来的能源系统将主要由分散的发电单元、分散的用电单元以及分散的储能单元构成，同一个节点还可能具有多重角色。比如，一个装有家庭光伏发电设备和电池储能设备(或电动汽车)的家庭，就同时具备发电、用电和储能的所有角色功能。这与当初互联网将大众从单一的信息接收者，变为兼具发起者与接收者的双重角色非常像。未来，这样的新型能源节点将为信息技术的广泛应用和大量新商业模式的涌现提供非常肥沃的土壤。
比如，方兴未艾的区块链技术未来就很有可能改变传统的电力交易模式。未来电网的交易首先将由单向变为双向，比如前面提到的装有家庭光伏发电设备或其他储能设备的家庭，它们既是能源的消费者，也是能源的生产者或电网服务的提供者。其次，电网交易主体的数量将空前增加，每个家庭，甚至每台联入电网的电动汽车都将是一个交易主体。这些交易主体的规模都很小，而且很分散，甚至是可移动的。另一方面，就像前面提到的，电网需要在每一时刻都维持动态平衡，同一度电或同一容量的储能服务在不同的时间和地点，其价值是不一样的，因此如果按照传统的交易方式，将会产生很大的交易成本，这是大量小规模的交易主体所无法承受的。而区块链作为一种去中心化的交易手段，未来将很有希望为能源互联网提供基础交易服务。
在这一方向上，美国初创公司TransActiveGrid(交互式电网)于2016年推出了基于区块链技术的个人电力交易平台，它使得用户可以非常方便地将多余的屋顶光伏电力卖给周围的邻居，而无须跟每位买家签订条款烦琐的合同。德国能源巨头Innogy公司联合初创的物联网平台企业Slock.it推出了基于区块链的电动汽车充电服务“Blockge”，用户无须与电力公司签订任何供电合同，只需下载一个手机应用程序，并完成用户验证，即可在Innogy广布欧洲的充电桩上进行充电，电价由后台程序自动根据当时与当地的电网负荷情况实时确定。由于采用了区块链技术，整个充电和电价优化过程是完全可追溯和可查询的，因此极大地降低了信任成本。这一模式可以非常方便地扩展到分属各国不同电力公司的充电桩上，甚至是私人电动桩上。在德国，私人充电装置的数量是公用充电桩的10倍，Blockge的升级版将这些资源也纳入服务范围，只要在私人充电装置上安装一个嵌有信息收集芯片的插头，就可以非常方便地接入Blockge的服务网络，这一模式将进一步促进电动汽车的快速普及。
能源信息安全不可或缺
在将各种信息技术引入能源领域的同时，信息安全问题也日渐成为能源行业的重大课题。由于能源是日常生活的必需品，它对安全的要求也相应是最高的。在过去相当长的时间里，大家对能源信息安全的讨论还仅仅停留在理论阶段，直到2015年12月23日。当时，乌克兰的电力信息系统受到恶意攻击，黑客利用软件漏洞侵入电力系统控制程序，切断了近20万户居民家中的电力供应，持续长达数小时之久，这对于正在严冬中苦熬的乌克兰居民来说无异于一场灾难。这样的恶性攻击在2016年再次上演，攻击对象依然是乌克兰，黑客再次成功地侵入电网输电控制系统，只是这次攻击所产生的影响比2015年的要小一些。
在接连出现重大事故之后，能源信息系统的安全问题得到了非常广泛的关注。传统电力系统的设计充分考虑了各种随机发生的自然灾害(如台风)的影响，却对系统性的恶意攻击缺乏足够的抵抗力。为应对可能的危机，北美电力稳定组织(NERC)已制定了相应的行业法规，提出了对电力信息系统安全保护的具体要求，并组织了对电力系统的模拟攻击，以验证安全等级。但目前，这些保护措施只考虑了大型骨干输电网络和设备，对于连接千家万户的小型配电网络和设备并不适用，而2015年针对乌克兰的攻击事件恰恰发生在跟大家生活紧密相关的小型配电网络领域。未来，各种新能源发电设备将导致电网布局更加分散，使电力信息安全管理更加困难，但对于信息安全技术来说，这同样意味着广阔的市场空间。未来，每家每户都可能需要安装能源系统软件防火墙，就像现在的家用电脑防火墙一样。
结语
以上提到的信息技术解决方案和商业模式只是未来能源变革大风口的冰山一角，新能源发展的先驱德国正在如火如荼地执行着它的能源转型计划，希望把目前新能源占能源生产总量30%的份额进一步提升到2030年的50%，以及2050年的80%。中国的“十三五”规划也将目标设定为，到2020年将新能源装机容量提升到35%。而信息技术将会在未来的能源体系中发挥基础性作用，将可预测且可控的分布式新能源与可即时响应的工业和家庭用电、储能单元相串联，其实就是在目前的电力网络上加了一层信息网。这两张网之间的智能交互就构成了能源互联网，它将使得未来构建以新能源为主体的清洁能源体系成为可能。
(作者：陈玮博士，全球最大新能源咨询认证机构DNV-GLEnergy风能行业项目经理及控制系统高级工程师)
