長時儲能究竟有哪些？

隨著全球電力系統(tǒng)脫碳進程加速，風電、光伏等新能源裝機及電量占比不斷提高，電力系統(tǒng)對可靠電力支撐的時長需求不斷增加。近幾年，發(fā)電側(cè)的儲能建設需求逐漸被重視，長時儲能開始進入大眾視線，并迅速引發(fā)技術(shù)研究和資本投資的熱潮。

(資料圖)

那么，你知道什么是長時儲能嗎？與之相對的短時儲能又有哪些呢？

長時儲能

按照儲能作用時間的長短，將儲能系統(tǒng)分為數(shù)時級以上、分鐘至小時級、秒級等。儲能時長通常用儲能設備在額定容量下連續(xù)輸出的小時數(shù)來表示。大家通常將 4 小時以上的儲能技術(shù)稱為長時儲能，其可實現(xiàn)跨天、跨月，乃至跨季節(jié)充放電循環(huán)的儲能系統(tǒng)，以滿足電力系統(tǒng)的長期穩(wěn)定。長時儲能并沒有準確的定義，通常被用作具有足夠長的持續(xù)放電時間、可以提供穩(wěn)定容量并支撐電網(wǎng)資源充裕度的儲能系統(tǒng)的簡稱。

抽水蓄能

長時儲能涵蓋了一系列儲能技術(shù)，包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、液流電池、高溫熔鹽儲熱、綠色氫能等。雖然“長時儲能”這一概念比較新，但適合用于長時場景的儲能技術(shù)及實踐卻有較長的歷史。機械儲能領(lǐng)域中，除了經(jīng)濟高效的抽水蓄能外，還出現(xiàn)了一批專注于壓縮空氣、重力儲能等新興儲能新技術(shù)，將上線百兆瓦級別的示范項目，此外，蓄熱儲能，化學儲能（氫、氨）等技術(shù)也逐漸進入人們的視野。

壓縮空氣儲能

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

抽水蓄能

我國也在為各種長儲能技術(shù)提供支持，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(shù)提供了研發(fā)的資金支持?！妒奈逍滦蛢δ馨l(fā)展實施方案》部署了多種長時儲能技術(shù)的研發(fā)攻關(guān)任務，包括全釩液流電池、鐵鉻液流電池、壓縮空氣儲能、熔鹽熱儲能、氫儲能等多種類別技術(shù)，反映出碳達峰、碳中和目標對長時儲能的迫切要求。

短時儲能

在4小時以內(nèi)的短時儲能，主要以電化學為主，還有多種化學方式齊頭并進，根據(jù)不同的應用場景、規(guī)模、技術(shù)特點來個性化改變項目標準。比如飛輪在軌道交通，超級電容在風電的領(lǐng)域，還有國內(nèi)大連融科和北京普能釩液流的百兆瓦級液流電池等。

電化學儲能是短時儲能的主要組成部分，其中磷酸鐵鋰電池作為主要技術(shù)路線，在電動車上已有一定檢驗，且近些年規(guī)模化的擴產(chǎn)，拉動了磷酸鐵鋰不斷優(yōu)化。近幾年海外市場需求強勁，國內(nèi)電芯和電池的價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)在對磷酸鐵鋰在電力領(lǐng)域里面的應用，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，電力儲能的磷酸鐵鋰的單個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，團隊在考慮用短的刀片電池在作為在電力場景的應用，做一些差異化的應用性的研究和改進。

雖然現(xiàn)階段長時儲能更被業(yè)內(nèi)看好，但是在2022年，國家發(fā)改委、能源局印發(fā)《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》，首次明確“短時高頻儲能技術(shù)”應用路線，推動短時高頻儲能技術(shù)示范。

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

上個月，國內(nèi)首個飛輪+鋰電池復合儲能火力發(fā)電聯(lián)合調(diào)頻項目——山西公司朔州熱電飛輪儲能復合調(diào)頻項目正式投運，填補了國內(nèi)飛輪與電化學復合儲能領(lǐng)域空白。

為什么要發(fā)展長時儲能

隨著光能風能不斷深入，其發(fā)電間歇性對電網(wǎng)負面影響將愈發(fā)嚴重，部分水電站也面臨著生態(tài)系統(tǒng)破壞后越來越長的枯水期，無法保證出力。而要解決這個問題，光靠建造更多輸電網(wǎng)絡遠遠不夠。長時儲能可憑借長周期、大容量特性，在更長時間維度上調(diào)節(jié)新能源發(fā)電波動，在清潔能源過剩時避免電網(wǎng)擁堵，負荷高峰時增加清潔能源消納。

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

熔鹽儲能

當然，未來的電力系統(tǒng)也會有風光之外的其他電源，考慮到電源的發(fā)電互補特性，再配上適當時長的長時儲能，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。

麥肯錫預測，到2040年全球范圍內(nèi)將部署85-140億千瓦時容量的長時儲能。這約等于我國2021年全社會用電量的1.5%，該規(guī)模儲能若用于供應我國全社會用電負荷，可支撐5-6天。

根據(jù)全球長時儲能理事會發(fā)布的白皮書顯示，要達到全球碳中和目標，到2040年在全球范圍內(nèi)部署85TWh-140TWh的長時儲能，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。實現(xiàn)這一目標所需的投資可能在1.5~3萬億美元之間。

對標中國，由于中國可再生能源占全球比例為26%，因此中國將需要部署22TWh~36TWh的長時儲能，其中包含抽水蓄能。目前發(fā)改委公布的中國的抽水蓄能資源規(guī)劃，在2035年大概能做到3TWh左右的容量。對照標準，還需要有90%長時儲能，需要有其他各種新興技術(shù)，包括液流電池、蓄熱儲能、壓縮空氣儲能等等來滿足，市場增長空間將達到數(shù)萬億人民幣。

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