目前，全球電力行業(yè)正處于從化石能源轉(zhuǎn)向可再生能源的能源轉(zhuǎn)型關(guān)鍵階段。然而可再生能源在電力結(jié)構(gòu)中占比的上升也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電的隨機(jī)性、間歇性與波動(dòng)性對(duì)現(xiàn)有發(fā)電系統(tǒng)造成了巨大的結(jié)構(gòu)性壓力。
大量的風(fēng)能和太陽(yáng)能接入系統(tǒng)將導(dǎo)致頻繁的電力過(guò)剩和短缺。若新能源裝機(jī)占比進(jìn)一步上漲，電力供需不平衡的時(shí)期將有可能持續(xù)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(dòng)發(fā)生的頻率更高。
隨著鋰離子電池儲(chǔ)能應(yīng)用在電力領(lǐng)域的廣泛鋪開(kāi)，鋰電儲(chǔ)能的劣勢(shì)也逐漸顯現(xiàn)，主要體現(xiàn)在較差的安全性以及在長(zhǎng)時(shí)（＞4h）儲(chǔ)能應(yīng)用方面較差的經(jīng)濟(jì)性。
新型長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能（LDES，Long Duration Energy Storage）可以通過(guò)在更長(zhǎng)時(shí)間維度上（＞4h，跨天，跨周，跨季節(jié)）存儲(chǔ)和釋放能量來(lái)提高電力系統(tǒng)的靈活性。其主要應(yīng)用場(chǎng)景體現(xiàn)在四個(gè)方面：
（1）日內(nèi)儲(chǔ)能應(yīng)用：4~12個(gè)小時(shí)的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，解決日內(nèi)電力供需失衡。
（2）跨天、跨周儲(chǔ)能應(yīng)用：主要應(yīng)對(duì)短期天氣異常（缺乏光照、缺水等）造成的中長(zhǎng)期電力失衡。
（3）跨季節(jié)應(yīng)用：解決冬季能源需求高峰以及氣候變化帶來(lái)的電力系統(tǒng)長(zhǎng)期不確定性。
（4）?應(yīng)對(duì)極端天氣事件。
2新型長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能LDES可通過(guò)多種技術(shù)路線(xiàn)實(shí)現(xiàn)
前文所提到的應(yīng)用場(chǎng)景要求新型長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能不僅能在技術(shù)方面滿(mǎn)足日內(nèi)、跨天、跨周、跨季節(jié)儲(chǔ)能的要求，還要在經(jīng)濟(jì)性、安全性以及容量規(guī)模方面具備更更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
這要求新型長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能可以靈活擴(kuò)大規(guī)模以維持?jǐn)?shù)小時(shí)、數(shù)天甚至數(shù)周的電力供應(yīng)，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(bǔ)鋰電儲(chǔ)能系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能方面的短板。新型長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能可以通過(guò)多種方式實(shí)現(xiàn)，如機(jī)械儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能等。
（1）機(jī)械儲(chǔ)能：最成熟的機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)是抽水蓄能，占全球總儲(chǔ)能容量的95%，但對(duì)廠(chǎng)站選址有一定要求。當(dāng)下出現(xiàn)的新型抽水蓄能設(shè)施如地質(zhì)力學(xué)水泵可減少其對(duì)地理?xiàng)l件的依賴(lài)。
此外，機(jī)械儲(chǔ)能還包括壓縮空氣儲(chǔ)能、重力儲(chǔ)能、液態(tài)空氣儲(chǔ)能。壓縮空氣儲(chǔ)能同時(shí)兼顧熱儲(chǔ)能，用于存儲(chǔ)壓縮過(guò)程中產(chǎn)生的熱量并在放電循環(huán)中重復(fù)使用；重力儲(chǔ)能目前處于商業(yè)化的早期階段。
（2）熱儲(chǔ)能：熱儲(chǔ)能技術(shù)可同時(shí)釋放電力和熱量，技術(shù)路線(xiàn)可分為改變介質(zhì)溫度、改變介質(zhì)材料狀態(tài)、熱化學(xué)熱反應(yīng)等。這些技術(shù)使用如熔鹽、混凝土、鋁合金或巖石材料等介質(zhì)將熱量存儲(chǔ)于絕熱容器中。使用最廣泛的技術(shù)路線(xiàn)是熔鹽和聚光太陽(yáng)能（CSP）發(fā)電設(shè)施相結(jié)合。
（3）化學(xué)儲(chǔ)能：氫儲(chǔ)，天然氣儲(chǔ)能等。
（4）電化學(xué)儲(chǔ)能：基于電化學(xué)反應(yīng)的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，液流電池是目前較為成熟的技術(shù)路線(xiàn)。液流電池將電能儲(chǔ)存于外部?jī)?chǔ)罐中的化學(xué)溶劑中，通過(guò)離子交換膜實(shí)現(xiàn)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(zhì)、空氣和水，具有可擴(kuò)展性和較低的系統(tǒng)安裝成本?；旌弦毫麟姵赝瑫r(shí)具有液體電解質(zhì)和金屬陽(yáng)極，結(jié)合了傳統(tǒng)液流電池和金屬電池的特性。
圖1：長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能分類(lèi)概述（LDES Council & McKinsey & Company，長(zhǎng)城證券研究院）
3相較于其他儲(chǔ)能形式，新型長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能LDES具有五大優(yōu)點(diǎn)
可再生能源發(fā)電占比的增加將為8-12小時(shí)乃至更長(zhǎng)時(shí)間維度的儲(chǔ)能需求帶來(lái)增長(zhǎng)，也是新型長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能LDES的重要市場(chǎng)。與鋰電池相比，新型長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能LDES技術(shù)主要具有以下5個(gè)優(yōu)勢(shì)：
（1）??? 存儲(chǔ)大量電能時(shí)邊際成本低。
（2）??? 能量和功率解耦。
（3）??? 可模塊化、可擴(kuò)展性、廠(chǎng)站位置要求少，安全性更強(qiáng)。
（4）??? 不依賴(lài)稀有元素，經(jīng)濟(jì)成本低，具有產(chǎn)業(yè)規(guī)模化效應(yīng)。
（5）??? 與輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)的升級(jí)擴(kuò)容相比，建設(shè)周期短。
圖2：不同技術(shù)路線(xiàn)單位能量占地面積測(cè)算（LDES Council & McKinsey & Company，長(zhǎng)城證券研究院）
面對(duì)復(fù)雜的輸電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)及用戶(hù)側(cè)的應(yīng)用場(chǎng)景，新型長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能LDES的應(yīng)用場(chǎng)景可以主要分為以下5個(gè)方面：
（1）電能存儲(chǔ)，容量備用，優(yōu)化輸配電網(wǎng)。
（2）優(yōu)化偏遠(yuǎn)地區(qū)區(qū)域電網(wǎng)電能供給，改善電網(wǎng)不穩(wěn)定性。
（3）支持離網(wǎng)/微電網(wǎng)設(shè)施供應(yīng)的穩(wěn)定與安全。（例如孤島電力系統(tǒng)等）
（4）參與電力現(xiàn)貨，電能質(zhì)量管理：助力企業(yè)用于降低用電成本，對(duì)沖電價(jià)、燃料價(jià)格波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)環(huán)保運(yùn)營(yíng)等。
（5）參與電網(wǎng)輔助服務(wù)，提升電網(wǎng)穩(wěn)定性：部分LDES具備旋轉(zhuǎn)慣性，可參與調(diào)頻、旋轉(zhuǎn)備用等輔助服務(wù)。
圖3：長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能應(yīng)用概覽（LDES Council & McKinsey & Company，長(zhǎng)城證券研究院）
4新型長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能LDES有望迎來(lái)大規(guī)模裝機(jī)增長(zhǎng)
雖然目前一些新型長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能LDES技術(shù)仍處于初期階段，但在能源轉(zhuǎn)型加速的大背景下，國(guó)際長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能委員會(huì)（LDES Council）與麥肯錫預(yù)測(cè)LDES從2025年開(kāi)始將在全球范圍迎來(lái)大規(guī)模裝機(jī)，累積裝機(jī)量有望達(dá)到30-40GW（總?cè)萘窟_(dá)1TWh），是目前公開(kāi)產(chǎn)能的6-8倍，且95%的裝機(jī)為分布式裝機(jī)；
2030年新能源發(fā)電滲透率將達(dá)到60%-70%，LDES累積裝機(jī)將有望達(dá)到150-400GW（總?cè)萘窟_(dá)5-10TWh）。
2040年，全球LDES裝機(jī)容量預(yù)計(jì)將擴(kuò)大至1.5-2.5TW（總?cè)萘窟_(dá)85-140TWh），約目前總儲(chǔ)能裝機(jī)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(mén)排放量的10%-15%。
其存儲(chǔ)電力將占比全球發(fā)電量的10%，市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)1萬(wàn)億美元。這也意味著到2040年，LDES的累計(jì)投資將達(dá)到1.5萬(wàn)億-3萬(wàn)億美元。截至2021年，對(duì)LDES主要公司的累積投資金額已經(jīng)達(dá)到了25億美元，且在過(guò)去4年中增加近兩倍。
圖4：長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能全球投資概況（LDES Council & McKinsey & Company，長(zhǎng)城證券研究院）
總體來(lái)看，可再生能源占比的提升將大力推動(dòng)LDES的裝機(jī)容量和市場(chǎng)化發(fā)展，可再生能源占比在電力系統(tǒng)中達(dá)到60%-70%的市場(chǎng)份額的時(shí)間點(diǎn)，有望成為L(zhǎng)DES發(fā)展的關(guān)鍵里程碑。
參考資料：長(zhǎng)城證券
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦儲(chǔ)能與充電）：新型長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的五大優(yōu)點(diǎn)