中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：一、簡介
1、長時(shí)儲(chǔ)能在提高電力系統(tǒng)靈活性方面可以發(fā)揮重要作用，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)凈零排放至關(guān)重要
很多國家如今制定了到2040年電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)脫碳的目標(biāo)，而對(duì)于實(shí)現(xiàn)凈零經(jīng)濟(jì)以及將全球氣溫上升限制在1.5℃至關(guān)重要。
可再生能源高滲透率將對(duì)電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。而要使全球的電力部門完全脫碳，需要克服三個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)：
?電力供需失衡。
?輸電模式的變化。
?減少電力系統(tǒng)慣性。
這三個(gè)挑戰(zhàn)可以通過在不同時(shí)間跨度內(nèi)為電力部門引入靈活性來解決：
?日內(nèi)靈活性（持續(xù)放電時(shí)間少于12個(gè)小時(shí)）
?多天和多周的靈活性（12小時(shí)～數(shù)周）
?季節(jié)性靈活性
?應(yīng)對(duì)極端天氣事件的靈活性
雖然目前有一些解決方案，但它們或者具有碳排放（例如天然氣發(fā)電廠），或者是地理位置受限的（例如大型抽水蓄能設(shè)施），或者難以滿足電力系統(tǒng)的未來需求（例如鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)）。為了實(shí)現(xiàn)具有成本效益的能源轉(zhuǎn)型，需要部署長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)。
2、到2040年電力系統(tǒng)的脫碳將是必不可少的措施，致力實(shí)現(xiàn)凈零經(jīng)濟(jì)，并將全球氣溫上升限制在1.5℃
占全球GDP約80%的123個(gè)國家已經(jīng)承諾到2050年實(shí)現(xiàn)溫室氣體(GHG)凈零排放或碳中和目標(biāo)。然而目前的努力不足以實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。人類活動(dòng)已經(jīng)導(dǎo)致全球氣溫上升。
但也有很多國家沒有走上降低碳排放，碳排放量在短暫下跌后再次上漲。這是由于發(fā)生新冠疫情而導(dǎo)致的，預(yù)計(jì)未來幾年將進(jìn)一步上升。因此，未來幾年到幾十年發(fā)生嚴(yán)重氣候變化的風(fēng)險(xiǎn)越來越大，并在環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面帶來嚴(yán)重的后果。
為了實(shí)現(xiàn)氣候目標(biāo)并限制氣候變化的影響，需要政府和企業(yè)立即采取行動(dòng)。需要采用解決方案組合來實(shí)現(xiàn)碳減排，包括更高的脫碳率和各部門能源供應(yīng)的系統(tǒng)性變化。
電力部門是溫室氣體的最大排放者之一，其脫碳對(duì)于建立到2050年實(shí)現(xiàn)凈零經(jīng)濟(jì)的途徑至關(guān)重要。2020年，發(fā)電部門排放了123億噸二氧化碳當(dāng)量(GtCO2eq)，約占全球總排放量的三分之一。受到多種終端用途電氣化的推動(dòng)，例如電動(dòng)汽車(EV)和住宅供暖，用戶對(duì)電力的需求正在增長。
新的需求來源與新興市場(chǎng)和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體的能源消耗和供應(yīng)部門的整合（即所謂的“部門耦合”）、人口增長和生活水平提高有關(guān)。在深度脫碳情景中，廣泛的電氣化可能導(dǎo)致到2050年電力消耗增加兩倍，為了實(shí)現(xiàn)限制升溫1.5℃的脫碳目標(biāo)，該研究報(bào)告假設(shè)全球電力部門到2040年可以實(shí)現(xiàn)凈零排放（如圖4所示）。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，假設(shè)發(fā)達(dá)國家(MEDC)到2035年實(shí)現(xiàn)凈零排放，世界其他國家和地區(qū)到2040年實(shí)現(xiàn)凈零排放。這一里程碑與最近的國際能源署(IEA)的凈零報(bào)告提到的目標(biāo)相一致。
圖4 全球電力部門的碳減排途徑
如今，已經(jīng)有很多能夠大規(guī)模部署的低碳發(fā)電技術(shù)。在許多情況下，它們能夠以比化石燃料更低的發(fā)電成本部署，從而使電力部門（包括大型電網(wǎng)、孤立電網(wǎng)和小型電網(wǎng)）能夠領(lǐng)先于其他部門進(jìn)行脫碳。
3.電力系統(tǒng)將不得不快速適應(yīng)大量可再生能源(RE)，這將帶來新的系統(tǒng)挑戰(zhàn)
為了限制碳排放，電力系統(tǒng)必須加快向可再生能源的過渡。隨著現(xiàn)有化石燃料發(fā)電廠的退役和電力需求的增長（即使在沒有政策支持的情況下），可再生能源的平準(zhǔn)化電力成本（LCOE）的下降已經(jīng)加速了風(fēng)電和太陽能發(fā)電的采用。如果各國政府采取強(qiáng)有力的政策，并采用適當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)設(shè)計(jì)，則可以加速能源轉(zhuǎn)型。雖然碳排放解決方案對(duì)于實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)體的全面脫碳至關(guān)重要，但在很大程度上受到支持其擴(kuò)大規(guī)模趨勢(shì)的影響，可能影響到2040年實(shí)現(xiàn)脫碳目標(biāo)。
可再生能源發(fā)電量在電力系統(tǒng)中需要快速整合。預(yù)計(jì)到2030年，僅電力部門每年部署的風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電設(shè)施將超過1TW，這給電力系統(tǒng)規(guī)劃者和市場(chǎng)參與者等帶來了一些挑戰(zhàn)，需要采用新的解決方案容納更多的可再生能源。如圖5所示。
圖5如果不開發(fā)不同類型的系統(tǒng)靈活性，就無法建立凈零電力系統(tǒng)
（1）電力供需失衡
根據(jù)定義，在電力結(jié)構(gòu)中添加大量可再生能源發(fā)電將會(huì)造成供需失衡，因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電量的波動(dòng)與電力需求不匹配。因此在發(fā)電組合中，在地理位置比較集中的風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電量增加，將導(dǎo)致電力過?；螂娏Χ倘钡那闆r更頻繁。如果沒有足夠的陽光或風(fēng)力，這些不平衡的時(shí)間可能會(huì)持續(xù)數(shù)天甚至數(shù)周。因此，隨著可再生能源發(fā)電變得越來越普遍，電網(wǎng)運(yùn)營需要變得更加靈活，以發(fā)展維持供需平衡的能力，同時(shí)激勵(lì)可再生能源的部署。
使挑戰(zhàn)變得更加復(fù)雜的是，由氣候變化引起的極端天氣事件的頻率更高，例如熱浪和洪水，也將對(duì)以可再生能源發(fā)電為主的電網(wǎng)運(yùn)營造成更大的壓力。例如，根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)的最新評(píng)估報(bào)告，預(yù)計(jì)全球變暖水平超過1.5℃時(shí)，洪水和極端降水將會(huì)增加。同樣，極端高溫的發(fā)生頻率、持續(xù)時(shí)間、強(qiáng)度也很可能會(huì)增加。
在這種情況下，電力系統(tǒng)需要能夠應(yīng)對(duì)長期的供應(yīng)中斷，并確保有足夠的電力容量來保證極端天氣事件中的供電安全。
（2）電力傳輸和流動(dòng)模式的變化
電力系統(tǒng)也將看到地理供應(yīng)模式的轉(zhuǎn)變，以及輸電線路電力流動(dòng)的變化。而這些變化是由于技術(shù)發(fā)展和成本改進(jìn)（例如住宅太陽能設(shè)施和用戶側(cè)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)）推動(dòng)的分散式可再生能源發(fā)電部署增加所致。它們還將反映可再生能源發(fā)電的地域依賴性，往往集中在陽光和風(fēng)能供應(yīng)充足的地區(qū)。
消費(fèi)者方面的變化將使傳統(tǒng)的單向電力線路設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向流動(dòng)的電力系統(tǒng)，更多的住宅用戶將電力注入電網(wǎng)。這將對(duì)電壓控制和穩(wěn)定性等傳統(tǒng)配電系統(tǒng)提出挑戰(zhàn)。這種趨勢(shì)的一個(gè)例子可以在美國加州看到，在過去十年，激勵(lì)措施和政府支持導(dǎo)致部署了10GW以上的分布式太陽能發(fā)電設(shè)施（占其總發(fā)電量的10%）。
同樣，具有高可再生能源產(chǎn)量潛力的地區(qū)可能會(huì)成為影響電網(wǎng)運(yùn)行方式的新一代發(fā)電中心。例如，一項(xiàng)研究表明，由于太陽能發(fā)電和海上風(fēng)電的增加，紐約州的歷史輸電模式可能會(huì)發(fā)生逆轉(zhuǎn)。隨著可再生能源產(chǎn)量在一天和一年中波動(dòng)，電力流向也會(huì)隨著時(shí)間而變化。
而較長的部署時(shí)間和對(duì)這些系統(tǒng)變化的緩慢適應(yīng)可能導(dǎo)致更頻繁的電網(wǎng)擁塞，降低電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并危及其實(shí)現(xiàn)脫碳目標(biāo)的能力。
（3）系統(tǒng)慣性降低
隨著大部分發(fā)電從同步技術(shù)過渡到異步技術(shù)，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性也面臨挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)發(fā)電設(shè)施（例如化石燃料發(fā)電設(shè)施和核電設(shè)施）通過提供慣性在保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定性方面發(fā)揮了至關(guān)重要的作用：在系統(tǒng)擾動(dòng)中，連接電網(wǎng)的化石燃料發(fā)電設(shè)施可以通過抵抗干擾來幫助所有發(fā)電機(jī)保持同步。而電網(wǎng)頻率將會(huì)發(fā)生變化。如果不加以糾正，那么可能導(dǎo)致停電，并且造成經(jīng)濟(jì)和社會(huì)方面的損失。
相比之下，太陽能發(fā)電設(shè)施和風(fēng)力發(fā)電等新技術(shù)缺乏直接提供固有的系統(tǒng)慣性。因此，發(fā)電干擾、頻率和電壓偏差需要部署新的發(fā)電設(shè)施，可以使用電力電子設(shè)備設(shè)置正確頻率（“人工慣性”）的并網(wǎng)逆變器和同步電容器是當(dāng)前的技術(shù)解決方案。
4.凈零電力系統(tǒng)將需要不同持續(xù)時(shí)間級(jí)別的靈活性資源，其中長時(shí)儲(chǔ)能可以發(fā)揮關(guān)鍵作用
已經(jīng)存在廣泛的靈活性杠桿和促成因素來幫助平衡可再生能源發(fā)電量?，F(xiàn)有的解決方案包括可調(diào)度的容量（例如，天然氣峰值發(fā)電廠或可在電力峰值期間啟動(dòng)的發(fā)電廠和抽水蓄能設(shè)施）、輸電網(wǎng)的擴(kuò)展，包括內(nèi)部和跨市場(chǎng)互連、饋電管理，以及部署電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。
然而，這些傳統(tǒng)方法不足以滿足電力系統(tǒng)不斷變化的需求。最普遍的解決方案（天然氣峰值發(fā)電廠）需要部署碳捕獲和儲(chǔ)存(CCS)設(shè)施。這增加了其資本密集度。擴(kuò)大規(guī)?？梢越档碗娋W(wǎng)擁塞的風(fēng)險(xiǎn)，但成本高昂，交貨時(shí)間長，并且不適合部署在某些城市中心。此外，為滿足峰值需求而建設(shè)電力基礎(chǔ)設(shè)施，往往投資回報(bào)率較低。饋電管理和電力削減本質(zhì)上是低效的，因?yàn)樗鼈儠?huì)導(dǎo)致供應(yīng)損失。最后，短時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面的限制，這意味著它無法滿足所需的靈活性持續(xù)時(shí)間。
因此，新的低碳靈活性資源開始出現(xiàn)，包括需求側(cè)響應(yīng)機(jī)制、氫氣儲(chǔ)能和長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)。到2040年，可能會(huì)部署一套多樣化的解決方案，以實(shí)現(xiàn)成本最優(yōu)的電網(wǎng)脫碳，如圖6所示。日內(nèi)靈活性涵蓋了持續(xù)時(shí)間低于12個(gè)小時(shí)持續(xù)放電的靈活性需求，一般來說， 涉及提供電網(wǎng)穩(wěn)定服務(wù)和調(diào)峰服務(wù)。鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)是目前最便宜的一種零排放選擇，可提供少于4小時(shí)的電網(wǎng)平衡服務(wù)。在4到8小時(shí)持續(xù)放電時(shí)間范圍內(nèi)，其他儲(chǔ)能技術(shù)也可以適應(yīng)負(fù)載。這些技術(shù)包括長時(shí)儲(chǔ)能、需求側(cè)響應(yīng)機(jī)制、限電和調(diào)峰發(fā)電設(shè)施。在此范圍內(nèi)，4小時(shí)儲(chǔ)能的鋰離子電池系統(tǒng)的成本目前低于400美元/kWh，預(yù)計(jì)未來10年將降到200美元/kWh左右。隨著可再生能源發(fā)電在電力組合中的份額不斷增加，預(yù)計(jì)對(duì)8到12小時(shí)持續(xù)放電時(shí)間的需求將會(huì)增長，并成為長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的重要市場(chǎng)。
圖6針對(duì)不同的靈活性持續(xù)時(shí)間需求總結(jié)現(xiàn)有和新興的靈活性解決方案
（1）多天和多周的靈活性
持續(xù)時(shí)間將從12小時(shí)延伸到持續(xù)數(shù)天或數(shù)周。需要解決長期不平衡的可再生能源輸出或由輸電限制引起的潛在中斷。傳統(tǒng)上，電力系統(tǒng)依賴于傳統(tǒng)發(fā)電廠、電力供應(yīng)縮減和輸電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)張。長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)是一種有前途的零碳解決方案，可以滿足這些長期靈活性需求，尤其是那些持續(xù)數(shù)天的電力需求。
（2）季節(jié)性靈活性和極端天氣事件
對(duì)季節(jié)性靈活性的需求源于太陽輻射、風(fēng)速、溫度和降雨在數(shù)周和數(shù)月內(nèi)的自然變化，以及潛在的極端天氣事件。電網(wǎng)強(qiáng)化、可再生能源超大規(guī)模和棄電、可調(diào)度資產(chǎn)，包括氫氣、沼氣以及天然氣可以滿足這些需求。長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)也可以這些需求，同時(shí)還能在面對(duì)極端天氣條件時(shí)提供彈性。
隨著電力結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，一系列靈活性需求可能會(huì)發(fā)生變化。從現(xiàn)在到2030年的期間內(nèi)，由于可再生能源的份額仍然有限，電力系統(tǒng)將主要需要日內(nèi)靈活性。盡管如此，還是會(huì)有一些具有高可再生能源份額的特定應(yīng)用程序，因此需要更長的持續(xù)時(shí)間，即使在短期內(nèi)也是如此。建模表明，較長靈活性持續(xù)時(shí)間的采用曲線在可再生能源滲透率達(dá)到60%到70%的水平上加速，這可能會(huì)在未來十年內(nèi)在許多國家和地區(qū)實(shí)現(xiàn)。為了到2040年實(shí)現(xiàn)全球凈零電力，需要部署季節(jié)性靈活性解決方案，以確保在平衡可再生能源組合潛力有限和區(qū)域輸電線路有限的地區(qū)實(shí)現(xiàn)脫碳。
二、長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)表征及現(xiàn)狀
1、長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)可以發(fā)揮關(guān)鍵而獨(dú)特的作用，在數(shù)小時(shí)到數(shù)周的時(shí)間范圍內(nèi)提供靈活性
長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)與其他形式的儲(chǔ)能系統(tǒng)一樣，允許在能源供應(yīng)超過需求時(shí)儲(chǔ)存能量，并在需求超過供應(yīng)時(shí)釋放能量。
相對(duì)于其他形式的儲(chǔ)能系統(tǒng)，新型長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)具有一些鮮明的特點(diǎn)：
?儲(chǔ)存能量的邊際成本很低。
?長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)可以存儲(chǔ)的能量與其吸收和釋放能量的速率是脫鉤的。
?它們具有廣泛的可部署性和可擴(kuò)展性，因?yàn)樗鼈儙缀鯖]有地理位置要求，并且不依賴于稀有元素。
?與輸配電電網(wǎng)升級(jí)和擴(kuò)建相比，它們的交貨時(shí)間相對(duì)較短。
全球各地如今已經(jīng)部署了新的長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)：
?對(duì)主要長時(shí)儲(chǔ)能開發(fā)商的總投資已超過25億美元，并且在過去幾年中加速增長。
?不包括抽水蓄能設(shè)施，如今部署的長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的裝機(jī)容量超過5GW或65GWh。然而，這些部署中的大多數(shù)都與用于聚光太陽能(CSP)和壓縮空氣儲(chǔ)能(CAES)技術(shù)有關(guān)。
如今有多種長時(shí)儲(chǔ)能術(shù)，每種技術(shù)都基于不同的儲(chǔ)能原理，并具有不同的架構(gòu)。因此，提供長時(shí)儲(chǔ)能性能特征的統(tǒng)一觀點(diǎn)具有挑戰(zhàn)性。然而，一些特性是長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)所固有的，這對(duì)于過渡到清潔電網(wǎng)至關(guān)重要。如圖7所示。
2、長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的特點(diǎn)是儲(chǔ)能容量資本支出低，并且能夠?qū)⒐β屎湍芰咳萘拷怦?
圖7電力和能源是長時(shí)儲(chǔ)能的關(guān)鍵特征
長時(shí)儲(chǔ)能在優(yōu)化系統(tǒng)規(guī)模和擴(kuò)大成本方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，包括較低的儲(chǔ)能容量資本支出和解耦能力。在不影響充放電循環(huán)設(shè)計(jì)的情況下，能夠以較低的增量成本擴(kuò)展儲(chǔ)能容量。因此，這些長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)可以長時(shí)間提供電力，并且通常不需要疊加多個(gè)服務(wù)來收回投資。長時(shí)儲(chǔ)能的使用壽命可能非常長，大約為30年才需要進(jìn)行重大升級(jí)。而一些長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)即使在高水平運(yùn)行的情況下的儲(chǔ)能容量退化率也非常低。
作為模塊化儲(chǔ)能解決方案，鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的裝機(jī)容量和儲(chǔ)能容量是密切關(guān)聯(lián)的，這種特性限制了它們經(jīng)濟(jì)可行地提供長期服務(wù)的能力。因此，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可以通過降低放電率或降低放電容量（即提供低于額定功率）來長時(shí)間保持輸出，這是實(shí)現(xiàn)更長持續(xù)放電時(shí)間的次優(yōu)解決方案。
重要的是，一些長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的裝機(jī)容量可以獨(dú)立于儲(chǔ)能容量進(jìn)行設(shè)計(jì)，這突出了它們的多功能性和對(duì)具有不同供應(yīng)和負(fù)載曲線的生態(tài)系統(tǒng)的適應(yīng)性。例如，一些機(jī)械儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電過程采用獨(dú)立設(shè)計(jì)并具有不同的效率。此外，其不對(duì)稱性為收入優(yōu)化開辟了更多可能性。例如，長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)可以通過在電價(jià)較低時(shí)在夜間充電，并在電價(jià)高時(shí)在更短的時(shí)間內(nèi)釋放能量來優(yōu)化能源套利。
2、一些長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的額外操作和部署優(yōu)勢(shì)可以為系統(tǒng)增加顯著價(jià)值
長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)可以提供額外的運(yùn)營和部署優(yōu)勢(shì)，例如與電網(wǎng)升級(jí)和擴(kuò)展具有更短的交付周期，以及更少的大規(guī)模部署限制。這些優(yōu)勢(shì)由于儲(chǔ)能技術(shù)的不同而有所不同，有些儲(chǔ)能系統(tǒng)仍必須在試點(diǎn)和商業(yè)工廠中得到證明。
（1）與輸配電(T&D)電網(wǎng)升級(jí)和擴(kuò)建相比，交貨時(shí)間更短
從歷史上看，通過升級(jí)現(xiàn)有電力線路來解決發(fā)電廠與受限電網(wǎng)的連接問題。但電網(wǎng)的擴(kuò)容降低擁塞風(fēng)險(xiǎn)，然而這是一個(gè)需要長期規(guī)劃的資本密集型過程。此外，隨著分布式發(fā)電計(jì)劃的激增以及項(xiàng)目連接變得不太確定，電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)營變得越來越困難。此外，輸電網(wǎng)項(xiàng)目的復(fù)雜性和許可要求導(dǎo)致近20%的輸電項(xiàng)目被推遲或取消。
長時(shí)儲(chǔ)能需要一種經(jīng)濟(jì)高效的輸電優(yōu)化解決方案，提高電網(wǎng)利用率和虛擬電網(wǎng)容量，同時(shí)推遲電網(wǎng)升級(jí)。長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的平均建設(shè)時(shí)間為一年，與電網(wǎng)升級(jí)相比，其許可要求更寬松。同樣，它們可以應(yīng)用于具有多個(gè)站點(diǎn)的大型電網(wǎng)，并允許建設(shè)新的可再生能源發(fā)電設(shè)施。
（2）可廣泛部署和可擴(kuò)展
大多數(shù)新興的長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)幾乎沒有部署限制（如圖8所示）。例如，這些長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)沒有特定的地理位置要求，并且每個(gè)裝機(jī)容量的占地面積較小。根據(jù)長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的不同特點(diǎn)，有些長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)可以建在地下或非常靠近人口稠密的地區(qū)，因?yàn)樗鼈兊陌踩L(fēng)險(xiǎn)低。
圖8 長時(shí)儲(chǔ)能委員會(huì)針對(duì)不同部署參數(shù)的技術(shù)基準(zhǔn)
此外，許多儲(chǔ)能系統(tǒng)具有模塊化架構(gòu)，允許以更短的持續(xù)時(shí)間或更小的裝機(jī)容量實(shí)施長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的初始部署，并且可以根據(jù)需求擴(kuò)大規(guī)模。
長時(shí)儲(chǔ)能還可以為現(xiàn)有發(fā)電設(shè)施重新供電或擴(kuò)大規(guī)模，這將隨著可再生能源發(fā)電量的增加而變得越來越重要。這將優(yōu)化土地使用，并允許可再生能源設(shè)施利用并網(wǎng)許可。此外，一些長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)為重新利用可能擱淺的化石燃料發(fā)電設(shè)施提供了機(jī)會(huì)。例如，廢棄礦場(chǎng)可以用于壓縮空氣儲(chǔ)能（CAES）系統(tǒng)，或者可以將煤炭和天然氣發(fā)電廠轉(zhuǎn)換為儲(chǔ)熱設(shè)施。熱儲(chǔ)能解決方案可以通過耦合熱力和電力部門，并支持依賴于依賴的最終用途的脫碳來提供額外的靈活性。
在實(shí)用性方面，一些長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)依賴于現(xiàn)有的供應(yīng)鏈，其中大部分使用大量可用的儲(chǔ)量豐富的材料，無論是在核心技術(shù)還是工廠平衡(BoP)系統(tǒng)中。這可以防止鋰離子電池（例如采用鎳、錳和鈷的三元鋰電池）未來潛在的供應(yīng)鏈短缺：全球65%以上的鈷來自剛果民主共和國。然而，這并不是所有長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)都是如此，因?yàn)橛行﹥?chǔ)能產(chǎn)品使用某些稀有金屬（例如釩）和帶有稀土磁性材料的電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)。雖然這些產(chǎn)品現(xiàn)在沒有面臨供應(yīng)限制，但未來可能會(huì)出現(xiàn)短缺的情況。
2、新型長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)呈現(xiàn)出截然不同的特性，使其適用于不同的應(yīng)用
新型長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的具體特征如圖9所示。
圖9關(guān)鍵長時(shí)儲(chǔ)能的類型和參數(shù)
（1）近年來，投資者對(duì)長時(shí)儲(chǔ)能的興趣有所增加，對(duì)長時(shí)儲(chǔ)能開發(fā)商的投資超過25億美元
長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)可以整合風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電設(shè)施，并降低脫碳電力系統(tǒng)成本，其潛力促使新的商業(yè)舉措和研發(fā)(R&D措施激增。2021年，全球?qū)χ饕L時(shí)儲(chǔ)能開發(fā)商的累計(jì)投資超過25億美元，在過去四年中增長了近兩倍（如圖10所示）。
圖10 投資者近年來對(duì)長時(shí)儲(chǔ)能公司的投資
已經(jīng)投入運(yùn)營或已宣布部署的長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)超過5GW和65GWh ，全球范圍內(nèi)已宣布超過260個(gè)處于不同商業(yè)階段的長時(shí)儲(chǔ)能項(xiàng)目，如圖11所示。
圖11長時(shí)儲(chǔ)能項(xiàng)目管道（不包括抽水蓄電設(shè)施）
（2）5GW以上的長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)已經(jīng)投入運(yùn)營或已宣布
根據(jù)美國能源部發(fā)布的調(diào)查數(shù)據(jù)，迄今為止，不包括抽水蓄電設(shè)施的長時(shí)儲(chǔ)能項(xiàng)目總裝機(jī)容量為5GW（65GWh），大約有230個(gè)長時(shí)儲(chǔ)能項(xiàng)目。
然而，大部分儲(chǔ)能容量與傳統(tǒng)的熔鹽和壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)（CAES）技術(shù)相關(guān)，與新型長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)相比，它們具有一些部署限制（例如規(guī)模巨大和模塊化有限）。熱儲(chǔ)能系統(tǒng)占已公布的長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)裝機(jī)容量的最大份額（60%），這主要?dú)w功部署的許多電網(wǎng)規(guī)模的聚光太陽能(CSP)熔鹽儲(chǔ)能設(shè)施。壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)（CAES）名列第二（約30%），但平均部署規(guī)模最大（80MW）。液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目的數(shù)量最多（100多個(gè)），但平均裝機(jī)容量要低得多，每個(gè)約為4MW。這意味著，雖然其他長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的潛力很大，但它們的廣泛采用取決于商業(yè)演示和成本開發(fā)。
就地區(qū)而言，美國、西班牙和德國報(bào)告的裝機(jī)容量和項(xiàng)目數(shù)量最多。美國部署的長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)大多是機(jī)械儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能和電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目，約占全球長時(shí)儲(chǔ)能總裝機(jī)容量的30%。西班牙的大多數(shù)長時(shí)儲(chǔ)能項(xiàng)目（占全球長時(shí)儲(chǔ)能總裝機(jī)容量的的20%）都是熱儲(chǔ)能系統(tǒng)。德國還有兩個(gè)超過200MW以上的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)（CAES），占全球長時(shí)儲(chǔ)能總裝機(jī)容量的10%。而在亞洲，日本和中國已經(jīng)宣布了至少30個(gè)電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目，主要采用液流電池和金屬陽極電池的組合。
抽水蓄能發(fā)電設(shè)施通常由兩個(gè)不同高度的水庫組成，當(dāng)水從上游水庫流經(jīng)水力渦輪機(jī)流向下游水庫時(shí)可以發(fā)電。
大型抽水蓄能發(fā)電設(shè)施由于其技術(shù)成熟、效率高、單位投資成本低，成為全球儲(chǔ)能容量最大的解決方案。全球各地目前已經(jīng)安裝約160G抽水蓄能發(fā)電設(shè)施，另有130GW計(jì)劃建設(shè)或正在建設(shè)中。未來的部署主要集中在亞洲，中國占全球已經(jīng)宣布、計(jì)劃或在建產(chǎn)能的60%左右?，F(xiàn)有和已宣布的水蓄能發(fā)電設(shè)施的持續(xù)放電時(shí)間通常為10到24小時(shí)（但在某些情況下會(huì)達(dá)到數(shù)天），項(xiàng)目規(guī)模平均為3GW。如圖12所示。
圖12 按年度增加的抽水蓄能設(shè)施的裝機(jī)容量
全球在過去10年對(duì)抽水蓄能發(fā)電設(shè)施的總投資約為1000～1500億美元，到2030年還將增加2300～3200億美元。其成本因地點(diǎn)而異，這由于EPC成本和系統(tǒng)設(shè)計(jì)（包括系統(tǒng)的持續(xù)時(shí)間和技術(shù)）各不相同。抽水蓄能發(fā)電設(shè)施的平均支出成本高于2,000美元/kW。然而，在EPC成本非常低的地區(qū)（如印度），短期獨(dú)立設(shè)計(jì)的價(jià)值可以達(dá)到1,000美元/kW。
大型抽水蓄能發(fā)電設(shè)施可以提供低成本、可調(diào)度的電力，并且由于其快速響應(yīng)時(shí)間而作為電網(wǎng)穩(wěn)定性的主要解決方案。它的主要限制是缺乏可用場(chǎng)地、交貨時(shí)間長、建設(shè)成本高以及環(huán)境問題。盡管如此，它仍有潛力滿足日益增長的電氣化需求和對(duì)零碳能源的需求，并促進(jìn)難以減排的行業(yè)脫碳，特別是在擁有大部分未開發(fā)自然潛力且電力需求可能成倍增加的新興經(jīng)濟(jì)體中。
（未完待續(xù)）
