中國儲能網(wǎng)訊：儲能是能源革命的支撐技術(shù)。儲能一方面可解決“風光”出力與負荷的錯配難題，另一方面可平抑“風光”出力隨機性、波動性和間歇性帶來的穩(wěn)定難題。隨著“雙碳”目標及其實施戰(zhàn)略的推進，進一步強化了儲能在能源轉(zhuǎn)型中的重要性。
當前電氣式、機械式、化學式、熱能式等上百種儲能技術(shù)路線“百花齊放”。中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會數(shù)據(jù)顯示，截至2021年底，中國儲能市場累計裝機功率達43.44GW，位居全球第一。2021年我國新增儲能裝機7.4GW，新增儲能項目146個?！秷蟾妗奉A測，2030年，我國電化學儲能裝機規(guī)模將達到約110GW，2025年后，電化學儲能的年裝機增量將保持在12GW—15GW。
目前，可再生能源發(fā)電滲透率越高，需要的儲能時長就越長。2020年，長時儲能開始進入大眾視線迎來發(fā)展元年，隨著全球電力系統(tǒng)脫碳進程的加速，短短兩年時間，長時儲能發(fā)展勢頭強勁、新秀突起。
多久算長時？目前并無統(tǒng)一定義，我國業(yè)界將可以實現(xiàn)持續(xù)長達高于4小時或者數(shù)天、數(shù)月的充放電循環(huán)的儲能系統(tǒng)，都統(tǒng)稱為長時儲能。長時儲能委員會(LDES)與麥肯錫則將8小時以上時長的儲能系統(tǒng)定義為長時儲能。筆者梳理了我國長時儲能發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前景。
抽水蓄能：大規(guī)模儲能系統(tǒng)的中流砥柱
抽水蓄能是目前應(yīng)用最廣、技術(shù)最為成熟的大規(guī)模儲能技術(shù)，具有儲能容量大、功率大、成本低、效率高等優(yōu)點。抽水蓄能系統(tǒng)的基本組成包括兩處位于不同海拔高度的水庫、水泵、水輪機以及輸水系統(tǒng)等。
當電力需求低時，利用電能將下水庫的水抽至上水庫，將電能轉(zhuǎn)化成勢能存儲；當電力需求高時，可釋放上水庫的水，使之返回下水庫以推動水輪機發(fā)電，進而實現(xiàn)勢能與電能間的轉(zhuǎn)換。
抽水蓄能系統(tǒng)的循環(huán)效率為 70%-80%，抽水蓄能實際運行的最高效率可達82％左右，努力方向是達到85%及以上。預期使用年限約為40-60年，實際情況取決于各抽水蓄能電站的規(guī)模與設(shè)計情況。抽水蓄能的額定功率為100MW-3000MW，可用于調(diào)峰、調(diào)頻、緊急事故備用、黑啟動和為系統(tǒng)提供備用。
造價方面，抽水蓄能單個項目的裝機規(guī)模多在120-200萬千瓦之間，投資規(guī)模多在60-100億元之間。2021年核準項目中，平均5367元/千瓦。2022年在建和規(guī)劃的46個項目中，最低4200元/千瓦，最高8000元/千瓦，平均6200元/千瓦。
抽水蓄能電站局限主要在于對地理條件要求較嚴格，建設(shè)周期較長，初始投資大，并可能涉及環(huán)境和移民問題。
壓縮空氣儲能：異軍突起但效率不高
壓縮空氣儲能是一種基于燃氣輪機發(fā)展而產(chǎn)生的儲能技術(shù)，以壓縮空氣的方式儲存能量。當電力富余時，利用電力驅(qū)動壓縮機，將空氣壓縮并存儲于腔室中；當需要電力時，釋放腔室中的高壓空氣以驅(qū)動發(fā)電機產(chǎn)生電能，其主要應(yīng)用為調(diào)峰、備用電源、黑啟動等。
我國日前也在江蘇建設(shè)了首座先進絕熱壓縮空氣儲能電站——金壇鹽穴壓縮空氣儲能國家試驗示范項目，一期工程發(fā)電裝機60 MW。先進絕熱壓縮空氣儲能有別于傳統(tǒng)壓縮空氣儲能系統(tǒng)，摒棄了燃燒室即補燃環(huán)節(jié)，取而代之的是蓄熱系統(tǒng)，可回收壓縮空氣釋放的能量。
先進壓縮空氣儲能方面，從目前已建成和在建的項目看，兆瓦級壓縮空氣儲能的系統(tǒng)效率達52.1%，10兆瓦的系統(tǒng)效率達60.2%。先進壓縮空氣儲能項目，每千瓦單位裝機成本為4000—6000元，壽命達30年以上，建設(shè)周期短需2年左右。
當前壓縮空氣儲能的主要問題是儲能效率較低、能量密度較低，且與抽水蓄能類似，其選址條件要求高，大型壓縮空氣儲能系統(tǒng)需找尋符合條件的地下洞穴用以儲存高壓空氣，其相當依賴特殊地理條件。另外，由于先進絕熱壓縮空氣儲能以儲熱系統(tǒng)替代燃燒室，發(fā)電受制于傳熱速率，因此系統(tǒng)響應(yīng)速度可能更低。
全釩液流電池：安全性高但成本高昂
液流電池，是一種大規(guī)模高效電化學儲能裝置，包括全釩液流電池、鐵鉻液流電池、鋅溴液流電池、多硫化鈉/溴電池等。液流電池最大的優(yōu)勢為輸出功率和儲能容量可分開設(shè)計，而且循環(huán)壽命長。全釩液流電池水性體系的電池安全性高，基本電池單元大、液流便于熱管理、壽命長。
全釩液流電池能量密度和能量轉(zhuǎn)化效率均低于鋰電池，質(zhì)量和體積龐大不適用于電動汽車等場景。同時，全釩液流電池對環(huán)境溫度的要求苛刻，一般的運行溫度0-45℃。
成本問題是當前液流電池最大的劣勢。目前全釩液流電池項目投資成本集中在3.8-8.0元/Wh，是目前鋰電池儲能電站的投資成本（約1.8元/Wh）的2倍以上，降低電解液和電堆成本是業(yè)內(nèi)共識。
目前，已經(jīng)建成的液流電池儲能項目有200MW/800MWh大連液流電池儲能調(diào)峰電站國家示范項目、10MW/40MWh國電投駝山網(wǎng)源友好風電場儲能項目和1MW/2MWh華電滕州新能源熱電有限公司項目等。
重力儲能：機械版“抽水蓄能”
重力儲能與抽水蓄能有些原理上的類似，一個用水，一個用“磚”。重力儲能通過電力將重物提升至高處，以增加其重力勢能完成儲能過程，通過重物下落過程將重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，進而轉(zhuǎn)化為電能。目前已知的重力儲能技術(shù)主要包括活塞式重力儲能、懸掛式重力儲能、混凝土砌塊重力儲能和山地重力儲能四種。
優(yōu)勢，純物理儲能、安全性高、環(huán)境友好；強環(huán)境適應(yīng)性，可以根據(jù)需要靈活布置，適宜“分布式”儲能；儲能發(fā)電循環(huán)壽命長、成本低；儲能時間長且無自放電問題。根據(jù)彭博新能源金融報告數(shù)據(jù)，化學能儲電平準化成本在0.64元-1.26元，而抽水蓄能成本低至0.21元-0.25元。重力儲電技術(shù)平準化成本是鋰離子電池的60%（2021年）。
相對來看，重力儲能項目部署更靈活，不受地理位置的限制，在成本、效率以及環(huán)境友好性等方面都優(yōu)于抽水蓄能。但其能量密度低，建設(shè)規(guī)模過大。重力儲能所需的高塔平均在百米以上，而其輸出功率僅相當于一個同等高度的風力發(fā)電機，且對塔吊的精度要求非常高。
結(jié)語
儲能技術(shù)可有效緩解可再生能源發(fā)電帶來的問題，提高電能質(zhì)量、強化電網(wǎng)彈性與韌性。電化學儲能呈現(xiàn)多項技術(shù)并行發(fā)展的局面，在電源側(cè)、電網(wǎng)、用戶側(cè)皆發(fā)揮作用。過去十年，各路儲能靠著技術(shù)創(chuàng)新突飛猛進，未來十年，在長時儲能領(lǐng)域里，來自中國的領(lǐng)跑者們或許也會沖在時代的最前沿。
但有一點不變：不同的儲能技術(shù)有其各自優(yōu)缺點，并沒有十全十美的儲能技術(shù)。對于儲能技術(shù)的選擇，應(yīng)針對應(yīng)用場景或需求。各類儲能技術(shù)是否能進一步發(fā)展，主要取決于該儲能技術(shù)的規(guī)模等級、設(shè)備形態(tài)、技術(shù)水平、經(jīng)濟成本、政策推動、價格機制等重要因素。
