作者：華鵬偉/林劼/華夏/張志強(qiáng)
核心觀點(diǎn)：
行業(yè)發(fā)展：新能源并網(wǎng)提速，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能建設(shè)大勢(shì)所趨。政策鼓勵(lì)和技術(shù)進(jìn)步趨勢(shì)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(chǔ)能市場(chǎng)需求， 電力系統(tǒng)的儲(chǔ)能應(yīng)用存在多種時(shí)間尺度需求，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能（一般指4h以上）成為儲(chǔ)能發(fā)展的重要方向，在電力系統(tǒng)中具備多種優(yōu)勢(shì)；整體來看，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)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(wǎng)提供充足的靈活性資源，可有效降低電網(wǎng)運(yùn)行成 本，具備更強(qiáng)的峰谷套利和市場(chǎng)盈利潛力。
1、長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能需求迫在眉睫
1.1、可再生能源滲透率提升催生多時(shí)間尺度儲(chǔ)能需求
政策鼓勵(lì)和技術(shù)進(jìn)步的趨勢(shì)下，可再生能源的滲透率不斷提升：在雙碳目標(biāo)的指引下，在技術(shù)不斷推動(dòng)成本下降的趨勢(shì)下，可再生能源的滲透率不斷提升。國(guó)家能源局的數(shù)據(jù)顯示， 2021年，國(guó)內(nèi)新增光伏裝機(jī)54.88GW，累計(jì)光伏裝機(jī)超305GW；2021年，國(guó)內(nèi)新增風(fēng)電裝機(jī)47.5GW，累計(jì)風(fēng)電裝機(jī) 約330GW。其中，風(fēng)電和光伏新增裝機(jī)規(guī)模首次超過1億千瓦，新能源發(fā)電裝機(jī)預(yù)計(jì)將保持較快增長(zhǎng)。
1.2、長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能具備多種優(yōu)勢(shì)
長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)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(guó)新增投運(yùn)的電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目中，在新能源發(fā)電側(cè)的裝機(jī)規(guī)模最大，2020年已超過580MW，其中主要以4小時(shí)以內(nèi)的短時(shí)儲(chǔ)能 為主。由于風(fēng)電、光伏發(fā)電的高出力時(shí)刻與用戶需求高峰時(shí)段并不嚴(yán)格對(duì)應(yīng)，而短時(shí)儲(chǔ)能不具備數(shù)小時(shí)乃至數(shù)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(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)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(tuán)投資的 公用事業(yè)公司NV Energy從Primergy收購(gòu)了兩個(gè)光伏加儲(chǔ)能項(xiàng)目，分別為250MW光伏電站+200MW的4小時(shí)儲(chǔ)能電站以及一個(gè)350MW 光伏電站+280MW的4小時(shí)儲(chǔ)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(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能應(yīng)用現(xiàn)狀
2.1、長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的定義標(biāo)準(zhǔn)選擇
長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能目前正處于發(fā)展初期，針對(duì)儲(chǔ)能持續(xù)時(shí)長(zhǎng)定義尚未統(tǒng)一： 2021年，美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室發(fā)布的《長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能簡(jiǎn)報(bào)》認(rèn)為長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能是持續(xù)放電時(shí)間不低于4小時(shí)的儲(chǔ)能技術(shù)，而美 國(guó)能源部在支持長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的相關(guān)報(bào)告中將其定義為額定功率下至少連續(xù)運(yùn)行（放電）10小時(shí)的儲(chǔ)能系統(tǒng)。 此外，也有學(xué)者和業(yè)界機(jī)構(gòu)將其定義為可實(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)。
2.2、海外：長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能市場(chǎng)火熱，未來前景可期
以美國(guó)為代表的多國(guó)政府已經(jīng)開始加碼對(duì)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的政策支持，全球長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能市場(chǎng)火熱：美國(guó)能源部從2018年起就不斷地投入資金，支持長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的技術(shù)研發(fā)，其目標(biāo)是在2030年把儲(chǔ)能成本降低到5美分/度電以內(nèi)；加州作 為長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能最活躍地區(qū)之一，在2020年就發(fā)出了標(biāo)書采購(gòu)50MW/4GWh的8小時(shí)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)，在2022年到2023年預(yù)算中計(jì)劃提供3.8 億美元進(jìn)一步支持長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能部署。英國(guó)政府也為24個(gè)不同技術(shù)類型的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)提供了6800萬英鎊的競(jìng)爭(zhēng)性融資資金支持，并于2021年初啟動(dòng)了總投資1億美元的長(zhǎng)時(shí) 儲(chǔ)能示范競(jìng)賽；歐洲投資銀行管理的歐盟創(chuàng)新基金項(xiàng)目發(fā)展援助(PDA)從15個(gè)被定義為大規(guī)模清潔能源項(xiàng)目中選擇了重力儲(chǔ)能和熱儲(chǔ)兩 個(gè)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能項(xiàng)目進(jìn)行支持，每個(gè)項(xiàng)目投資超過750萬歐元。
2.3、國(guó)內(nèi)：政策支持下確立長(zhǎng)期發(fā)展趨勢(shì)
“十四五”期間，我國(guó)在長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能領(lǐng)域加大政策支持力度：在針對(duì)新能源消納和系統(tǒng)調(diào)峰問題，我國(guó)將推動(dòng)大容量、中長(zhǎng)時(shí) 間尺度儲(chǔ)能技術(shù)示范，同時(shí)部署了全釩液流電池、鐵鉻液流電池、壓縮空氣儲(chǔ)能、熔鹽儲(chǔ)熱、氫儲(chǔ)能等多種類別長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)攻 關(guān)。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，重點(diǎn)包括 超長(zhǎng)時(shí)間尺度儲(chǔ)能技術(shù)3項(xiàng)：100MW級(jí)先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)、新一代液流電池儲(chǔ)能技術(shù)、寬液體溫域高溫熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)；中長(zhǎng)時(shí)間尺 度儲(chǔ)能技術(shù)4項(xiàng)：低成本長(zhǎng)壽命錳基儲(chǔ)能鋰離子電池、有機(jī)儲(chǔ)能電池、水系金屬離子儲(chǔ)能電池、百兆瓦時(shí)級(jí)鈉離子電池儲(chǔ)能技術(shù)。
3、長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)一覽
3.1、抽水蓄能：技術(shù)成熟，政策加碼
抽水蓄能是目前最成熟且裝機(jī)規(guī)模最大的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)，通過上下水庫(kù)的落差實(shí)現(xiàn)勢(shì)能和電能的相互轉(zhuǎn)換：主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在儲(chǔ)能容量大、技術(shù)成熟、運(yùn)行效率高、運(yùn)行壽命長(zhǎng)、維護(hù)費(fèi)用低等方面，但其對(duì)地理資源條件要求高 、建設(shè)周期相對(duì)較長(zhǎng)。抽水蓄能電站儲(chǔ)能一般時(shí)長(zhǎng)為4-10小時(shí)，單機(jī)容量在30-40萬千瓦，充分滿足長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能需求。例如，裝機(jī)容量世界第一的河北豐寧抽水蓄能電站，其總裝機(jī)達(dá)360萬千瓦，12臺(tái)機(jī)組滿發(fā)利用小時(shí)數(shù)為10.8小時(shí)。
3.2、壓縮空氣儲(chǔ)能：規(guī)?；崴?，脈沖式發(fā)展
壓縮空氣儲(chǔ)能主要通過空氣的內(nèi)能與電能之間相互轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能： 主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在儲(chǔ)能容量大、儲(chǔ)能周期長(zhǎng)、系統(tǒng)效率高、運(yùn)行壽命長(zhǎng)、投資相對(duì)較小等方面。 我國(guó)于2005才開始研究壓縮空氣儲(chǔ)能，歷經(jīng)十余年建設(shè)規(guī)模已實(shí)現(xiàn)從千瓦級(jí)到百兆瓦級(jí)的重大跨越，在國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局印 發(fā)的《“十四五”新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案》中將百兆瓦級(jí)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)作為“十四五”新型儲(chǔ)能核心技術(shù)裝備攻關(guān)重點(diǎn)方向之一。
3.3、熔鹽儲(chǔ)能：配套多元化展開，商業(yè)化方興未艾
熔鹽儲(chǔ)能通過加熱熔鹽實(shí)現(xiàn)對(duì)熱能的存儲(chǔ)，在供電時(shí)利用高溫熔鹽換熱產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)組發(fā)電：熔融鹽是無機(jī)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(chǔ)熱密度大、放熱工況穩(wěn)定、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)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(zhì)，實(shí)現(xiàn)光能到熱能的轉(zhuǎn)化。熔鹽熱儲(chǔ)的儲(chǔ)熱功率可以達(dá)到百兆瓦級(jí)別 ，并實(shí)現(xiàn)單日十小時(shí)以上的儲(chǔ)熱能力，使用壽命可達(dá)30年以上。中廣核德令哈光熱儲(chǔ)一體化項(xiàng)目位于青海省海西州德令哈市光伏(光熱)產(chǎn)業(yè)園區(qū)，項(xiàng)目總裝機(jī)容量200萬千瓦，其中光伏160萬千瓦、光 熱熔鹽儲(chǔ)能40萬千瓦，儲(chǔ)能配比率25%、儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)6小時(shí)。在新疆哈密建成的50 MW 熔鹽塔式光熱發(fā)電，采用熔鹽儲(chǔ)熱可實(shí)現(xiàn)12小時(shí) 連續(xù)發(fā)電，充分具備長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能應(yīng)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(jià)態(tài)的變化實(shí)現(xiàn)電能儲(chǔ)存和釋放：其電解液為水溶液故安全性更高、可擴(kuò)展性強(qiáng)，反應(yīng)過程只涉及釩離子價(jià)態(tài)的變化，電解液可以循環(huán)再生，循環(huán)次數(shù)高可達(dá)15000次以 上，壽命可長(zhǎng)達(dá)20年，同時(shí)我國(guó)釩儲(chǔ)量及產(chǎn)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(diǎn)主要體現(xiàn)在初裝成本較高、能量密度和轉(zhuǎn)換效率低于鋰電池，可以通過提高電池的功率密度、提升關(guān)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(chǔ)能：積極探索
按照重力儲(chǔ)能實(shí)施地點(diǎn)的不同可將其分為建筑儲(chǔ)能、海洋儲(chǔ)能、山地儲(chǔ)能、礦井儲(chǔ)能等：儲(chǔ)能塔結(jié)構(gòu)由Energy Vault公司提出，主要通過起重機(jī)將混凝土塊堆疊成塔型結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能和釋能；海下儲(chǔ)能由德國(guó)研究人員提出，利 用海水靜壓差通過水泵-水輪機(jī)實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shì)能在密封通道內(nèi)形成水壓實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能，適合城市中小功率儲(chǔ)能。利用山體落差的斜坡機(jī)車和斜坡纜車儲(chǔ)能主要通過纜繩吊起/吊落重物實(shí)現(xiàn)，相對(duì)塔式儲(chǔ)能結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。地下豎井儲(chǔ)能主要通過重復(fù)吊起和放下鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)充放電，可以更有效利用廢棄礦井資源。
3.6、氫儲(chǔ)能：遠(yuǎn)景方案，未來可期
儲(chǔ)氫方面，車載儲(chǔ)氫產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對(duì)成熟，大容量?jī)?chǔ)氫產(chǎn)業(yè)方興未艾：現(xiàn)有儲(chǔ)氫技術(shù)中，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)較為成熟，液態(tài)儲(chǔ)氫和固態(tài)儲(chǔ)氫仍處于示范應(yīng)用階段。京城股份、亞普股份、中材科技、國(guó)富氫能 等公司均在儲(chǔ)氫瓶方面均有布局，相關(guān)技術(shù)已用于氫能源汽車產(chǎn)業(yè)。由于高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)中儲(chǔ)氫密度低，針對(duì)氫能發(fā)電場(chǎng)景下的大規(guī)模儲(chǔ)氫需求同時(shí)存在一定的安全問題，預(yù)計(jì)隨著液氫、固氫存儲(chǔ)技術(shù) 突破，大容量發(fā)電用儲(chǔ)氫能力有望進(jìn)一步發(fā)展。
