中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：一、簡(jiǎn)介
1、長(zhǎng)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(guó)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(guò)在不同時(shí)間跨度內(nèi)為電力部門引入靈活性來(lái)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(lái)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(zhǎng)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(guó)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(guó)家沒(méi)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(lái)幾年將進(jìn)一步上升。因此，未來(lái)幾年到幾十年發(fā)生嚴(yán)重氣候變化的風(fēng)險(xiǎn)越來(lái)越大，并在環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面帶來(lái)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(lái)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(zhǎng)。
新的需求來(lái)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(zhǎng)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(guó)家(MEDC)到2035年實(shí)現(xiàn)凈零排放，世界其他國(guó)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(guó)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(lái)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(guò)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(zhǎng)（即使在沒(méi)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(yáng)能發(fā)電的采用。如果各國(guó)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(yáng)能發(fā)電設(shè)施將超過(guò)1TW，這給電力系統(tǒng)規(guī)劃者和市場(chǎng)參與者等帶來(lái)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(kāi)發(fā)不同類型的系統(tǒng)靈活性，就無(wú)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(yáng)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(yáng)能發(fā)電量增加，將導(dǎo)致電力過(guò)?；螂娏Χ倘钡那闆r更頻繁。如果沒(méi)有足夠的陽(yáng)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(lái)越普遍，電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)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(yíng)造成更大的壓力。例如，根據(jù)聯(lián)合國(guó)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(guò)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(zhǎng)期的供應(yīng)中斷，并確保有足夠的電力容量來(lái)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(yáng)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(yáng)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(guó)加州看到，在過(guò)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(yáng)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(yáng)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(zhǎng)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(guò)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(guò)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(guò)抵抗干擾來(lái)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(yáng)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(zhǎng)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(lái)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(zhǎng)，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(wú)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(kāi)始出現(xiàn)，包括需求側(cè)響應(yīng)機(jī)制、氫氣儲(chǔ)能和長(zhǎng)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(lái)說(shuō)， 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(zhǎng)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(lái)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(zhǎng)，并成為長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(yáng)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(zhǎng)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(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間，即使在短期內(nèi)也是如此。建模表明，較長(zhǎng)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(lái)十年內(nèi)在許多國(guó)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(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)表征及現(xiàn)狀
1、長(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)需求時(shí)儲(chǔ)存能量，并在需求超過(guò)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(zhǎng)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(zhǎng)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](méi)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(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)：
?對(duì)主要長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能開(kāi)發(fā)商的總投資已超過(guò)25億美元，并且在過(guò)去幾年中加速增長(zhǎng)。
?不包括抽水蓄能設(shè)施，如今部署的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的裝機(jī)容量超過(guò)5GW或65GWh。然而，這些部署中的大多數(shù)都與用于聚光太陽(yáng)能(CSP)和壓縮空氣儲(chǔ)能(CAES)技術(shù)有關(guān)。
如今有多種長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)所固有的，這對(duì)于過(guò)渡到清潔電網(wǎng)至關(guān)重要。如圖7所示。
2、長(zhǎng)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(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的關(guān)鍵特征
長(zhǎng)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(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)可以長(zhǎng)時(shí)間提供電力，并且通常不需要疊加多個(gè)服務(wù)來(lái)收回投資。長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的使用壽命可能非常長(zhǎng)，大約為30年才需要進(jìn)行重大升級(jí)。而一些長(zhǎng)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(zhǎng)期服務(wù)的能力。因此，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可以通過(guò)降低放電率或降低放電容量（即提供低于額定功率）來(lái)長(zhǎng)時(shí)間保持輸出，這是實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)持續(xù)放電時(shí)間的次優(yōu)解決方案。
重要的是，一些長(zhǎng)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(guò)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(kāi)辟了更多可能性。例如，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)可以通過(guò)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(lái)優(yōu)化能源套利。
2、一些長(zhǎng)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(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)可以提供額外的運(yùn)營(yíng)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(guò)升級(jí)現(xiàn)有電力線路來(lái)解決發(fā)電廠與受限電網(wǎng)的連接問(wèn)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(zhǎng)期規(guī)劃的資本密集型過(guò)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(yíng)變得越來(lái)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)幾乎沒(méi)有部署限制（如圖8所示）。例如，這些長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)沒(méi)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(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的不同特點(diǎn)，有些長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)可以建在地下或非?？拷丝诔砻艿牡貐^(qū)，因?yàn)樗鼈兊陌踩L(fēng)險(xiǎn)低。
圖8 長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(lái)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(zhǎng)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(guò)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(lái)提供額外的靈活性。
在實(shí)用性方面，一些長(zhǎng)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(wú)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(lái)潛在的供應(yīng)鏈短缺：全球65%以上的鈷來(lái)自剛果民主共和國(guó)。然而，這并不是所有長(zhǎng)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(méi)有面臨供應(yīng)限制，但未來(lái)可能會(huì)出現(xiàn)短缺的情況。
2、新型長(zhǎng)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(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的具體特征如圖9所示。
圖9關(guān)鍵長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的類型和參數(shù)
（1）近年來(lái)，投資者對(duì)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的興趣有所增加，對(duì)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能開(kāi)發(fā)商的投資超過(guò)25億美元
長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)可以整合風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)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(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能開(kāi)發(fā)商的累計(jì)投資超過(guò)25億美元，在過(guò)去四年中增長(zhǎng)了近兩倍（如圖10所示）。
圖10 投資者近年來(lái)對(duì)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能公司的投資
已經(jīng)投入運(yùn)營(yíng)或已宣布部署的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)超過(guò)5GW和65GWh ，全球范圍內(nèi)已宣布超過(guò)260個(gè)處于不同商業(yè)階段的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能項(xiàng)目，如圖11所示。
圖11長(zhǎng)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(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)已經(jīng)投入運(yùn)營(yíng)或已宣布
根據(jù)美國(guó)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(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能項(xiàng)目總裝機(jī)容量為5GW（65GWh），大約有230個(gè)長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(yáng)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(zhǎng)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(kāi)發(fā)。
就地區(qū)而言，美國(guó)、西班牙和德國(guó)報(bào)告的裝機(jī)容量和項(xiàng)目數(shù)量最多。美國(guó)部署的長(zhǎng)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(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能總裝機(jī)容量的30%。西班牙的大多數(shù)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能項(xiàng)目（占全球長(zhǎng)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(guó)還有兩個(gè)超過(guò)200MW以上的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)（CAES），占全球長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能總裝機(jī)容量的10%。而在亞洲，日本和中國(guó)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(yáng)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(kù)組成，當(dāng)水從上游水庫(kù)流經(jīng)水力渦輪機(jī)流向下游水庫(kù)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(lái)的部署主要集中在亞洲，中國(guó)占全球已經(jīng)宣布、計(jì)劃或在建產(chǎn)能的60%左右。現(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(guò)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(zhǎng)、建設(shè)成本高以及環(huán)境問(wèn)題。盡管如此，它仍有潛力滿足日益增長(zhǎng)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(kāi)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)）
