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目前，全球電力行業正處于從化石能源轉向可再生能源的能源轉型關鍵階段。然而可再生能源在電力結構中占比的上升也帶來了新的挑戰，風電和太陽能發電的隨機性、間歇性與波動性對現有發電系統造成了巨大的結構性壓力。
大量的風能和太陽能接入系統將導致頻繁的電力過剩和短缺。若新能源裝機占比進一步上漲，電力供需不平衡的時期將有可能持續幾天甚至幾
目前，全球電力行業正處于從化石能源轉向可再生能源的能源轉型關鍵階段。然而可再生能源在電力結構中占比的上升也帶來了新的挑戰，風電和太陽能發電的隨機性、間歇性與波動性對現有發電系統造成了巨大的結構性壓力。大量的風能和太陽能接入系統將導致頻繁的電力過剩和短缺。若新能源裝機占比進一步上漲，電力供需不平衡的時期將有可能持續幾天甚至幾周，且在全球變暖的氣候背景下，極端天氣事件將使電力波動發生的頻率更高。 總的來說，在能源轉型這條賽道上，電力行業將面臨三大挑戰： （1）電力系統供需失衡：電力供應過剩、短缺的情況將在更長的時間維度上頻繁發生。 （2）輸配電模式的轉變：由傳統輸配電模式向分布式、源網荷多遠互動的模式轉變，電網升級成本大幅上升。 3）系統機械慣量、旋轉備用缺失：大部分可再生能源不具備傳統發電機的機械慣量，使電網整體調頻能力降低，進一步降低電網穩定性。 1、新型長時儲能LDES成為解決新能源接入問題的關鍵技術 隨著鋰離子電池儲能應用在電力領域的廣泛鋪開，鋰電儲能的劣勢也逐漸顯現，主要體現在較差的安全性以及在長時（＞4h）儲能應用方面較差的經濟性。 新型長時儲能（LDES，Long Duration Energy Storage）可以通過在更長時間維度上（＞4h，跨天，跨周，跨季節）存儲和釋放能量來提高電力系統的靈活性。其主要應用場景體現在四個方面： （1）日內儲能應用：4~12個小時的長時儲能，解決日內電力供需失衡。 （2）跨天、跨周儲能應用：主要應對短期天氣異常（缺乏光照、缺水等）造成的中長期電力失衡。 （3）跨季節應用：解決冬季能源需求高峰以及氣候變化帶來的電力系統長期不確定性。 （4） 應對極端天氣事件。 2、新型長時儲能LDES可通過多種技術路線實現 前文所提到的應用場景要求新型長時儲能不僅能在技術方面滿足日內、跨天、跨周、跨季節儲能的要求，還要在經濟性、安全性以及容量規模方面具備更更強的競爭力。 這要求新型長時儲能可以靈活擴大規模以維持數小時、數天甚至數周的電力供應，減少稀有金屬原材料的使用（例如鋰離子電池所需的鎳鈷錳等），以彌補鋰電儲能系統長時儲能方面的短板。新型長時儲能可以通過多種方式實現，如機械儲能、熱儲能、電化學儲能、化學儲能等。 （1）機械儲能：最成熟的機械儲能技術是抽水蓄能，占全球總儲能容量的95%，但對廠站選址有一定要求。當下出現的新型抽水蓄能設施如地質力學水泵可減少其對地理條件的依賴。 此外，機械儲能還包括壓縮空氣儲能、重力儲能、液態空氣儲能。壓縮空氣儲能同時兼顧熱儲能，用于存儲壓縮過程中產生的熱量并在放電循環中重復使用；重力儲能目前處于商業化的早期階段。 （2）熱儲能：熱儲能技術可同時釋放電力和熱量，技術路線可分為改變介質溫度、改變介質材料狀態、熱化學熱反應等。這些技術使用如熔鹽、混凝土、鋁合金或巖石材料等介質將熱量存儲于絕熱容器中。使用最廣泛的技術路線是熔鹽和聚光太陽能（CSP）發電設施相結合。 （3）化學儲能：氫儲，天然氣儲能等。 （4）電化學儲能：基于電化學反應的長時儲能，液流電池是目前較為成熟的技術路線。液流電池將電能儲存于外部儲罐中的化學溶劑中，通過離子交換膜實現充放電。 新型金屬空氣液流電池主要使用低成本且資源豐富的金屬物質、空氣和水，具有可擴展性和較低的系統安裝成本。混合液流電池同時具有液體電解質和金屬陽極，結合了傳統液流電池和金屬電池的特性。 3、相較于其他儲能形式，新型長時儲能LDES具有五大優點 面對復雜的輸電側、電網側及用戶側的應用場景，新型長時儲能LDES的應用場景可以主要分為以下5個方面： （1）電能存儲，容量備用，優化輸配電網。 （2）優化偏遠地區區域電網電能供給，改善電網不穩定性。 （3）支持離網/微電網設施供應的穩定與安全。（例如孤島電力系統等） （4）參與電力現貨，電能質量管理：助力企業用于降低用電成本，對沖電價、燃料價格波動，實現環保運營等。 （5）參與電網輔助服務，提升電網穩定性：部分LDES具備旋轉慣性，可參與調頻、旋轉備用等輔助服務。 4、新型長時儲能LDES有望迎來大規模裝機增長 雖然目前一些新型長時儲能LDES技術仍處于初期階段，但在能源轉型加速的大背景下，國際長時儲能委員會（LDES Council）與麥肯錫預測LDES從2025年開始將在全球范圍迎來大規模裝機，累積裝機量有望達到30-40GW（總容量達1TWh），是目前公開產能的6-8倍，且95%的裝機為分布式裝機； 2030年新能源發電滲透率將達到60%-70%，LDES累積裝機將有望達到150-400GW（總容量達5-10TWh）。 2040年，全球LDES裝機容量預計將擴大至1.5-2.5TW（總容量達85-140TWh），約目前總儲能裝機容量的8-15倍，每年減少15-23億噸的碳排放，約占目前電力部門排放量的10%-15%。 其存儲電力將占比全球發電量的10%，市場規模超過1萬億美元。這也意味著到2040年，LDES的累計投資將達到1.5萬億-3萬億美元。截至2021年，對LDES主要公司的累積投資金額已經達到了25億美元，且在過去4年中增加近兩倍。 總體來看，可再生能源占比的提升將大力推動LDES的裝機容量和市場化發展，可再生能源占比在電力系統中達到60%-70%的市場份額的時間點，有望成為LDES發展的關鍵里程碑。 可再生能源發電占比的增加將為8-12小時乃至更長時間維度的儲能需求帶來增長，也是新型長時儲能LDES的重要市場。與鋰電池相比，新型長時儲能LDES技術主要具有以下5個優勢： （1） 存儲大量電能時邊際成本低。 （2） 能量和功率解耦。 （3） 可模塊化、可擴展性、廠站位置要求少，安全性更強。 （4） 不依賴稀有元素，經濟成本低，具有產業規模化效應。 （5） 與輸電網和配電網的升級擴容相比，建設周期短。 |
