長時儲能：護航新型電力系統長期穩定

操秀英

在日前舉行的2023世界儲能大會上，中關村儲能產業技術聯盟常務副理事長、中國能源研究會儲能專委會秘書長兼副主任委員俞振華指出，儲能產業的一大賽道就是包括新型液流、壓縮空氣、高溫儲熱等技術手段在內的長時儲能。此外，在第五屆未來能源大會期間，中國科學院院士、南方科技大學碳中和能源研究院院長趙天壽也表示，構建面向碳中和的新型電力系統，需要大規模、高安全以及不同時長的儲能技術，其中最缺的就是長時儲能技術。

記者經過梳理發現，關于長時儲能的報道近期頻頻見諸報端：青海液態空氣儲能示范項目開工，張家口300兆瓦先進壓縮空氣儲能示范電站通過可行性研究審查……業內人士認為，在儲能市場快速發展的當下，兼具安全性與調節靈活性的長時儲能也將迎來戰略發展期。

那么，什么是長時儲能？它的發展有何重要意義？我國長時儲能發展現狀如何？記者就這些問題采訪了相關專家。

“長時儲能目前正處于發展初期，國內外尚未對長時儲能的持續時長進行統一定義。”電力規劃設計總院副總工程師、能源科技創新研究院院長徐東杰告訴科技日報記者。

2021年，全球長時儲能委員會在其首份報告《凈零電力——可再生電網長時儲能》中對長時儲能的概念進行了定義。在該報告中，長時儲能系統被定義為任何可以長期進行電能存儲的技術，該技術同時能以較低成本擴大規模，并能維持數小時、數天甚至數周的電力供應。

2021年美國桑迪亞國家實驗室發布的《長時儲能簡報》認為，長時儲能是持續放電時間不低于4小時的儲能技術。美國能源部2021年發布的有關長時儲能的報告，則將長時儲能定義為額定功率下持續放電時間不低于10小時的儲能技術。

2021年美國國家可再生能源實驗室發布《未來儲能研究——定義長時能源儲存的挑戰》報告，該報告認為，規定長時儲能的持續時長存在挑戰。“該報告在定義儲能持續時長時對相關文獻綜述進行了統計，結果表明，儲能時長在數量定義上主要有三個閾值，分別為不短于4小時、不短于10小時，以及長于24小時。”徐東杰說，但由于不同區域電力需求、可再生能源分布、儲能規模布局以及儲能政策支持力度的不同，因此不能簡單地以持續時長來定義長時儲能。

在國內，為了區分大規模建設的2小時儲能系統，一般把長時儲能定義為4小時以上的儲能技術。

近年來，長時儲能市場越來越火。據咨詢機構伍德麥肯茲統計，全球投運及在建的長時儲能項目，價值已超過300億美元。近三年投資的項目若全部建成投運，長時儲能裝機總量預計新增5700萬千瓦，這相當于2022年全球長時儲能總裝機規模的3倍左右。

為什么全世界都在發展長時儲能？

徐東杰分析，為了實現“雙碳”目標，火電裝機占比將逐漸下降。當這類穩定的基礎負載發電資源日益減少，“長時儲能+大型風光項目”大概率將替代化石能源，成為新一代基礎負載發電資源。這對零碳電力系統的中后期建設意義重大。

同時，隨著光能、風能占比逐漸上升，其發電的間歇性對電網影響將越來越大，要解決這個問題，光靠建造更多輸電網絡遠遠不夠。長時儲能可憑借其長周期、大容量的特性，在更長時間維度上調節新能源發電波動，在清潔能源過剩時避免電網擁堵現象，并在電網負荷高峰時提高清潔能源消納能力。

“長時儲能的另一大應用就是能夠在極端天氣下保障電力供應，降低社會用電成本。”徐東杰說。

在我國，為實現“雙碳”目標，新型電力系統需要不同時長的規模化、高安全性儲能技術，因此，儲能，尤其是長時儲能將成為保障能源安全的核心技術之一。

徐東杰分析，“十四五”“十五五”期間，火電仍將發揮重要“壓艙石”作用，在此階段新能源裝機規模將持續增加，但新能源電量占比預計不會超過30%。在此階段，電力系統的主要需求為2～4小時的儲能設備，部分地區需要4～10小時的儲能設備，對于10小時及以上時長的儲能設備需求有限。

“這一階段是重要的戰略儲備期，國內相關單位需要積極開展研究工作進行技術儲備，一方面為中長期電源結構調整儲備技術方案，另一方面可以拓展海外長時儲能市場。”徐東杰說。

他進一步闡述道，在實現碳達峰及其以后的時期，新能源發電量將接近甚至突破總發電量的50%，新能源會逐漸成為主體電源。而新能源由于其隨機性、波動性等特點，并不足以支撐電力系統的安全穩定運行，這就需要10小時及以上時長的儲能技術進行頂峰保供。長遠來看，長時儲能將在電力系統長時間處于頂峰狀態、應對極端天氣、緩解新能源季節性不平衡方面發揮重要作用。比如，在風電占比較高的東南沿海地區，當遇到臺風或其他極端氣象災害時，風電機組處于高風速切出狀態，局部區域面臨3～5天的電量缺口。為保障電力供應，需要進一步增加儲能時長至100小時左右，以滿足調節需求。

徐東杰認為，滿足長時儲能需求的大多數儲能技術還處于起步階段。

儲能技術可以分為機械儲能、電化學儲能、熱儲能以及氫儲能四大主線。機械儲能包括壓縮空氣儲能、抽水蓄能、重力儲能；電化學儲能根據材料的不同，可分為鋰離子電池、鈉電池、鉛蓄（碳）電池和液流電池儲能；熱儲能主要為熔鹽儲能。其中，抽水蓄能和鋰離子電池儲能的發展較為領先。

“抽水蓄能和壓縮空氣儲能具備大規模運行的能力；氫儲能前景廣闊，有較大降本空間；電池儲能的設備協調能力較強，因此有較大的耦合潛力。”徐東杰表示。

總體來看，儲能技術路線多樣，但是除了鋰離子電池基本實現商業化應用外，其他技術還在商業化應用初期或探索商業化應用階段。“在現階段儲能技術基礎上，長時儲能技術進一步拓展了儲能時長，但其技術路線尚不明確，且產業發展規模較小。這會影響長時儲能技術選型。”徐東杰說。

趙天壽坦言，主流儲能技術各有各的局限性，尚無法滿足所在領域的需求，現階段仍難以大規模普及應用。同時，新型儲能設施造價普遍偏高，且沒有明確的成本疏導機制，這影響了各主體對新型儲能進行投資的積極性。

“長時儲能需在常規2小時儲能系統基礎上進一步拓展儲能容量，這需要增加設備和工程量，會使初始投資進一步提高。”徐東杰說，長時儲能還沒有形成產業鏈，其設備成本還有待下降。為此他建議，加強新技術的示范應用，推動多元化技術發展，加快新技術落地，推動新型儲能產業鏈發展，通過規模化效應降低成本。

“作為長時間的調節型資源，長時儲能的發展前景得到行業內的普遍認同。但也要看到，其應用場景及需求與電源發展及政策規劃緊密相關。未來的電源規劃和政策均存在一定的不確定性，這影響了市場對長時儲能需求的判斷。”徐東杰建議，應進一步研究制定新型儲能專項規劃，明確各類新型儲能發展規模、區域布局和建設時序等，更好地統籌長時儲能與短時儲能的發展。