隨著全球電力系統(tǒng)脫碳進(jìn)程加速，風(fēng)電、光伏等新能源裝機(jī)及電量占比不斷提高，電力系統(tǒng)對(duì)可靠電力支撐的時(shí)長(zhǎng)需求不斷增加。近幾年，發(fā)電側(cè)的儲(chǔ)能建設(shè)需求逐漸被重視，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能開始進(jìn)入大眾視線，并迅速引發(fā)技術(shù)研究和資本投資的熱潮。

(資料圖)

那么，你知道什么是長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能嗎？與之相對(duì)的短時(shí)儲(chǔ)能又有哪些呢？

長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能

按照儲(chǔ)能作用時(shí)間的長(zhǎng)短，將儲(chǔ)能系統(tǒng)分為數(shù)時(shí)級(jí)以上、分鐘至小時(shí)級(jí)、秒級(jí)等。儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)通常用儲(chǔ)能設(shè)備在額定容量下連續(xù)輸出的小時(shí)數(shù)來表示。大家通常將 4 小時(shí)以上的儲(chǔ)能技術(shù)稱為長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，其可實(shí)現(xiàn)跨天、跨月，乃至跨季節(jié)充放電循環(huán)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，以滿足電力系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定。長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能并沒有準(zhǔn)確的定義，通常被用作具有足夠長(zhǎng)的持續(xù)放電時(shí)間、可以提供穩(wěn)定容量并支撐電網(wǎng)資源充裕度的儲(chǔ)能系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。

抽水蓄能

長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能涵蓋了一系列儲(chǔ)能技術(shù)，包括抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、液流電池、高溫熔鹽儲(chǔ)熱、綠色氫能等。雖然“長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能”這一概念比較新，但適合用于長(zhǎng)時(shí)場(chǎng)景的儲(chǔ)能技術(shù)及實(shí)踐卻有較長(zhǎng)的歷史。機(jī)械儲(chǔ)能領(lǐng)域中，除了經(jīng)濟(jì)高效的抽水蓄能外，還出現(xiàn)了一批專注于壓縮空氣、重力儲(chǔ)能等新興儲(chǔ)能新技術(shù)，將上線百兆瓦級(jí)別的示范項(xiàng)目，此外，蓄熱儲(chǔ)能，化學(xué)儲(chǔ)能（氫、氨）等技術(shù)也逐漸進(jìn)入人們的視野。

壓縮空氣儲(chǔ)能

隨著風(fēng)電光伏滲透率的提高，在功率及電量占比大的情況下，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能將成為剛需。目前，抽水蓄能仍然是當(dāng)前最成熟、裝機(jī)最多的主流儲(chǔ)能技術(shù)，抽水蓄能是機(jī)械儲(chǔ)能的一種：在電力負(fù)荷低谷期將水從下池水庫抽到上池水庫時(shí)，將電能轉(zhuǎn)化成重力勢(shì)能儲(chǔ)存起來，在負(fù)荷高峰時(shí)利用反向水流發(fā)電，綜合效率在 70%到 85%之間。

抽水蓄能

我國(guó)也在為各種長(zhǎng)儲(chǔ)能技術(shù)提供支持，國(guó)家科技部發(fā)布的《“十四五”國(guó)家的重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃》提出為代表各種長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能多種儲(chǔ)能技術(shù)提供了研發(fā)的資金支持。《十四五新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》部署了多種長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)攻關(guān)任務(wù)，包括全釩液流電池、鐵鉻液流電池、壓縮空氣儲(chǔ)能、熔鹽熱儲(chǔ)能、氫儲(chǔ)能等多種類別技術(shù)，反映出碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)對(duì)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的迫切要求。

短時(shí)儲(chǔ)能

在4小時(shí)以內(nèi)的短時(shí)儲(chǔ)能，主要以電化學(xué)為主，還有多種化學(xué)方式齊頭并進(jìn)，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景、規(guī)模、技術(shù)特點(diǎn)來個(gè)性化改變項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)。比如飛輪在軌道交通，超級(jí)電容在風(fēng)電的領(lǐng)域，還有國(guó)內(nèi)大連融科和北京普能釩液流的百兆瓦級(jí)液流電池等。

電化學(xué)儲(chǔ)能是短時(shí)儲(chǔ)能的主要組成部分，其中磷酸鐵鋰電池作為主要技術(shù)路線，在電動(dòng)車上已有一定檢驗(yàn)，且近些年規(guī)模化的擴(kuò)產(chǎn)，拉動(dòng)了磷酸鐵鋰不斷優(yōu)化。近幾年海外市場(chǎng)需求強(qiáng)勁，國(guó)內(nèi)電芯和電池的價(jià)格和光伏組件一樣大幅度回調(diào)，不過磷酸鐵鋰電池在電車上和電力系統(tǒng)的運(yùn)用過程中，因循環(huán)次數(shù)和壽命不同而具有很大差別。

現(xiàn)在對(duì)磷酸鐵鋰在電力領(lǐng)域里面的應(yīng)用，主流電池廠商在做一些創(chuàng)新性的研究；如把電池的容量做大，電力儲(chǔ)能的磷酸鐵鋰的單個(gè)電池容量比較常見的大電池就是280、300Ah左右的；還可以改變它的形狀，比如比亞迪的刀片電池，團(tuán)隊(duì)在考慮用短的刀片電池在作為在電力場(chǎng)景的應(yīng)用，做一些差異化的應(yīng)用性的研究和改進(jìn)。

雖然現(xiàn)階段長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能更被業(yè)內(nèi)看好，但是在2022年，國(guó)家發(fā)改委、能源局印發(fā)《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》，首次明確“短時(shí)高頻儲(chǔ)能技術(shù)”應(yīng)用路線，推動(dòng)短時(shí)高頻儲(chǔ)能技術(shù)示范。

飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)是最具代表性的短時(shí)高頻儲(chǔ)能技術(shù)，被視為新型儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)最有潛力的發(fā)展方向之一，它是一種機(jī)電能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存裝置。在構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)背景下，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)，對(duì)解決新能源并網(wǎng)一次調(diào)頻及慣量響應(yīng)等暫態(tài)頻率主動(dòng)支撐以及保障新型電力系統(tǒng)安全和穩(wěn)定運(yùn)行方面，具有重大現(xiàn)實(shí)意義。

上個(gè)月，國(guó)內(nèi)首個(gè)飛輪+鋰電池復(fù)合儲(chǔ)能火力發(fā)電聯(lián)合調(diào)頻項(xiàng)目——山西公司朔州熱電飛輪儲(chǔ)能復(fù)合調(diào)頻項(xiàng)目正式投運(yùn)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)飛輪與電化學(xué)復(fù)合儲(chǔ)能領(lǐng)域空白。

為什么要發(fā)展長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能

隨著光能風(fēng)能不斷深入，其發(fā)電間歇性對(duì)電網(wǎng)負(fù)面影響將愈發(fā)嚴(yán)重，部分水電站也面臨著生態(tài)系統(tǒng)破壞后越來越長(zhǎng)的枯水期，無法保證出力。而要解決這個(gè)問題，光靠建造更多輸電網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能可憑借長(zhǎng)周期、大容量特性，在更長(zhǎng)時(shí)間維度上調(diào)節(jié)新能源發(fā)電波動(dòng)，在清潔能源過剩時(shí)避免電網(wǎng)擁堵，負(fù)荷高峰時(shí)增加清潔能源消納。

舉個(gè)例子，如果水電站調(diào)節(jié)水庫的蓄水量只夠放兩個(gè)小時(shí)，那后半夜依然得在黑暗中度過；即使水庫蓄水量夠用十個(gè)小時(shí)，還得寄希望于第二天是晴天或刮風(fēng)，如果是無風(fēng)的陰天持續(xù)了兩三天，那就得準(zhǔn)備更大的水庫，也就是長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能。

熔鹽儲(chǔ)能

當(dāng)然，未來的電力系統(tǒng)也會(huì)有風(fēng)光之外的其他電源，考慮到電源的發(fā)電互補(bǔ)特性，再配上適當(dāng)時(shí)長(zhǎng)的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，電力系統(tǒng)就變成了完全調(diào)節(jié)水電站，可保證日常用電。

麥肯錫預(yù)測(cè)，到2040年全球范圍內(nèi)將部署85-140億千瓦時(shí)容量的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能。這約等于我國(guó)2021年全社會(huì)用電量的1.5%，該規(guī)模儲(chǔ)能若用于供應(yīng)我國(guó)全社會(huì)用電負(fù)荷，可支撐5-6天。

根據(jù)全球長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能理事會(huì)發(fā)布的白皮書顯示，要達(dá)到全球碳中和目標(biāo)，到2040年在全球范圍內(nèi)部署85TWh-140TWh的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，使可再生能源取代化石燃料，減少電力部門的排放10-15%，每年減少2.3萬噸二氧化碳排放。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)所需的投資可能在1.5~3萬億美元之間。

對(duì)標(biāo)中國(guó)，由于中國(guó)可再生能源占全球比例為26%，因此中國(guó)將需要部署22TWh~36TWh的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，其中包含抽水蓄能。目前發(fā)改委公布的中國(guó)的抽水蓄能資源規(guī)劃，在2035年大概能做到3TWh左右的容量。對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)，還需要有90%長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，需要有其他各種新興技術(shù)，包括液流電池、蓄熱儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能等等來滿足，市場(chǎng)增長(zhǎng)空間將達(dá)到數(shù)萬億人民幣。

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