作者：華鵬偉/林劼/華夏/張志強
核心觀點：
行業(yè)發(fā)展：新能源并網提速，長時儲能建設大勢所趨。政策鼓勵和技術進步趨勢下，可再生能源的滲透率不斷提升，而新能源滲透率快速提升，疊加其出力的不穩(wěn)定性，推升儲能市場需求， 電力系統(tǒng)的儲能應用存在多種時間尺度需求，長時儲能（一般指4h以上）成為儲能發(fā)展的重要方向，在電力系統(tǒng)中具備多種優(yōu)勢；整體來看，長時儲能具備提升新能源消納能力、替代傳統(tǒng)發(fā)電方式的潛力，可以為電網提供充足的靈活性資源，可有效降低電網運行成 本，具備更強的峰谷套利和市場盈利潛力。
1、長時儲能需求迫在眉睫
1.1、可再生能源滲透率提升催生多時間尺度儲能需求
政策鼓勵和技術進步的趨勢下，可再生能源的滲透率不斷提升：在雙碳目標的指引下，在技術不斷推動成本下降的趨勢下，可再生能源的滲透率不斷提升。國家能源局的數據顯示， 2021年，國內新增光伏裝機54.88GW，累計光伏裝機超305GW；2021年，國內新增風電裝機47.5GW，累計風電裝機 約330GW。其中，風電和光伏新增裝機規(guī)模首次超過1億千瓦，新能源發(fā)電裝機預計將保持較快增長。
1.2、長時儲能具備多種優(yōu)勢
長時儲能具備提升新能源消納能力、替代傳統(tǒng)發(fā)電方式的潛力：目前我國新增投運的電化學儲能項目中，在新能源發(fā)電側的裝機規(guī)模最大，2020年已超過580MW，其中主要以4小時以內的短時儲能 為主。由于風電、光伏發(fā)電的高出力時刻與用戶需求高峰時段并不嚴格對應，而短時儲能不具備數小時乃至數天的發(fā)電消納能力，影響 電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。目前，“可再生能源+長時儲能”成為消納可再生能源、替代傳統(tǒng)火電廠的重要解決方案之一，例如：伯克希爾哈撒韋能源集團投資的 公用事業(yè)公司NV Energy從Primergy收購了兩個光伏加儲能項目，分別為250MW光伏電站+200MW的4小時儲能電站以及一個350MW 光伏電站+280MW的4小時儲能電站，用于取代一座即將退役的522MW燃煤電廠為居民繼續(xù)供電。
2、長時儲能應用現(xiàn)狀
2.1、長時儲能的定義標準選擇
長時儲能目前正處于發(fā)展初期，針對儲能持續(xù)時長定義尚未統(tǒng)一： 2021年，美國桑迪亞國家實驗室發(fā)布的《長時儲能簡報》認為長時儲能是持續(xù)放電時間不低于4小時的儲能技術，而美 國能源部在支持長時儲能的相關報告中將其定義為額定功率下至少連續(xù)運行（放電）10小時的儲能系統(tǒng)。 此外，也有學者和業(yè)界機構將其定義為可實現(xiàn)跨天、跨月，乃至跨季節(jié)充放電循環(huán)的儲能系統(tǒng)。
2.2、海外：長時儲能市場火熱，未來前景可期
以美國為代表的多國政府已經開始加碼對長時儲能的政策支持，全球長時儲能市場火熱：美國能源部從2018年起就不斷地投入資金，支持長時儲能的技術研發(fā)，其目標是在2030年把儲能成本降低到5美分/度電以內；加州作 為長時儲能最活躍地區(qū)之一，在2020年就發(fā)出了標書采購50MW/4GWh的8小時長時儲能系統(tǒng)，在2022年到2023年預算中計劃提供3.8 億美元進一步支持長時儲能部署。英國政府也為24個不同技術類型的長時儲能技術提供了6800萬英鎊的競爭性融資資金支持，并于2021年初啟動了總投資1億美元的長時 儲能示范競賽；歐洲投資銀行管理的歐盟創(chuàng)新基金項目發(fā)展援助(PDA)從15個被定義為大規(guī)模清潔能源項目中選擇了重力儲能和熱儲兩 個長時儲能項目進行支持，每個項目投資超過750萬歐元。
2.3、國內：政策支持下確立長期發(fā)展趨勢
“十四五”期間，我國在長時儲能領域加大政策支持力度：在針對新能源消納和系統(tǒng)調峰問題，我國將推動大容量、中長時 間尺度儲能技術示范，同時部署了全釩液流電池、鐵鉻液流電池、壓縮空氣儲能、熔鹽儲熱、氫儲能等多種類別長時儲能技術的研發(fā)攻 關。國家科技部發(fā)布的《“十四五”國家的重點研發(fā)計劃》提出為代表各種長時間儲能多種儲能技術提供了研發(fā)的資金支持，重點包括 超長時間尺度儲能技術3項：100MW級先進壓縮空氣儲能技術、新一代液流電池儲能技術、寬液體溫域高溫熔鹽儲熱技術；中長時間尺 度儲能技術4項：低成本長壽命錳基儲能鋰離子電池、有機儲能電池、水系金屬離子儲能電池、百兆瓦時級鈉離子電池儲能技術。
3、長時儲能技術一覽
3.1、抽水蓄能：技術成熟，政策加碼
抽水蓄能是目前最成熟且裝機規(guī)模最大的長時儲能技術，通過上下水庫的落差實現(xiàn)勢能和電能的相互轉換：主要優(yōu)點體現(xiàn)在儲能容量大、技術成熟、運行效率高、運行壽命長、維護費用低等方面，但其對地理資源條件要求高 、建設周期相對較長。抽水蓄能電站儲能一般時長為4-10小時，單機容量在30-40萬千瓦，充分滿足長時儲能需求。例如，裝機容量世界第一的河北豐寧抽水蓄能電站，其總裝機達360萬千瓦，12臺機組滿發(fā)利用小時數為10.8小時。
3.2、壓縮空氣儲能：規(guī)?；崴?，脈沖式發(fā)展
壓縮空氣儲能主要通過空氣的內能與電能之間相互轉換實現(xiàn)儲能： 主要優(yōu)點體現(xiàn)在儲能容量大、儲能周期長、系統(tǒng)效率高、運行壽命長、投資相對較小等方面。 我國于2005才開始研究壓縮空氣儲能，歷經十余年建設規(guī)模已實現(xiàn)從千瓦級到百兆瓦級的重大跨越，在國家發(fā)展改革委、國家能源局印 發(fā)的《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》中將百兆瓦級壓縮空氣儲能技術作為“十四五”新型儲能核心技術裝備攻關重點方向之一。
3.3、熔鹽儲能：配套多元化展開，商業(yè)化方興未艾
熔鹽儲能通過加熱熔鹽實現(xiàn)對熱能的存儲，在供電時利用高溫熔鹽換熱產生的高溫高壓蒸汽推動汽輪機組發(fā)電：熔融鹽是無機鹽的熔融態(tài)液體，在高溫下熔化后形成離子溶體，一般具有儲熱密度大、放熱工況穩(wěn)定、價格低等優(yōu)點。在實際應用中一 般采用槽式、塔式、線性菲涅爾式和碟式四種方式聚光并加熱工質，實現(xiàn)光能到熱能的轉化。熔鹽熱儲的儲熱功率可以達到百兆瓦級別 ，并實現(xiàn)單日十小時以上的儲熱能力，使用壽命可達30年以上。中廣核德令哈光熱儲一體化項目位于青海省海西州德令哈市光伏(光熱)產業(yè)園區(qū)，項目總裝機容量200萬千瓦，其中光伏160萬千瓦、光 熱熔鹽儲能40萬千瓦，儲能配比率25%、儲能時長6小時。在新疆哈密建成的50 MW 熔鹽塔式光熱發(fā)電，采用熔鹽儲熱可實現(xiàn)12小時 連續(xù)發(fā)電，充分具備長時儲能應用潛力。
3.4、全釩液流電池：安全可靠，自主可控
全釩液流電池主要通過釩離子價態(tài)的變化實現(xiàn)電能儲存和釋放：其電解液為水溶液故安全性更高、可擴展性強，反應過程只涉及釩離子價態(tài)的變化，電解液可以循環(huán)再生，循環(huán)次數高可達15000次以 上，壽命可長達20年，同時我國釩儲量及產量均位居世界第一，發(fā)展釩電池所需資源自主可控。 其缺點主要體現(xiàn)在初裝成本較高、能量密度和轉換效率低于鋰電池，可以通過提高電池的功率密度、提升關鍵材料的有效使用面積、降 低材料成本等方式解決電堆成本問題。
3.5、重力儲能：積極探索
按照重力儲能實施地點的不同可將其分為建筑儲能、海洋儲能、山地儲能、礦井儲能等：儲能塔結構由Energy Vault公司提出，主要通過起重機將混凝土塊堆疊成塔型結構實現(xiàn)儲能和釋能；海下儲能由德國研究人員提出，利 用海水靜壓差通過水泵-水輪機實現(xiàn)，實現(xiàn)對海洋空間的有效利用?；钊糜蒅ravity Power等公司提出，利用活塞的重力勢能在密封通道內形成水壓實現(xiàn)儲能，適合城市中小功率儲能。利用山體落差的斜坡機車和斜坡纜車儲能主要通過纜繩吊起/吊落重物實現(xiàn)，相對塔式儲能結構更穩(wěn)定。地下豎井儲能主要通過重復吊起和放下鉆機實現(xiàn)充放電，可以更有效利用廢棄礦井資源。
3.6、氫儲能：遠景方案，未來可期
儲氫方面，車載儲氫產業(yè)發(fā)展相對成熟，大容量儲氫產業(yè)方興未艾：現(xiàn)有儲氫技術中，高壓氣態(tài)儲氫技術較為成熟，液態(tài)儲氫和固態(tài)儲氫仍處于示范應用階段。京城股份、亞普股份、中材科技、國富氫能 等公司均在儲氫瓶方面均有布局，相關技術已用于氫能源汽車產業(yè)。由于高壓氣態(tài)儲氫技術中儲氫密度低，針對氫能發(fā)電場景下的大規(guī)模儲氫需求同時存在一定的安全問題，預計隨著液氫、固氫存儲技術 突破，大容量發(fā)電用儲氫能力有望進一步發(fā)展。
