CNESA首次定義長時儲能!儲能產業下一個風口

　　實現碳達峰碳中和是一場廣泛而深刻的經濟社會系統性變革，其核心是能源結構轉型。能源結構轉型是指由化石能源為主逐步轉變為可再生能源為主的新型能源體系，相應地，電力系統也將發生系統性變革。隨著雙碳目標的深入推進，可再生能源規模化發展與其不穩定天然屬性的矛盾日益突出，已成為構建新型能源體系的重大挑戰。

　　儲能在新型能源體系中發揮著重要作用，如何立足我國能源資源稟賦的基本國情，科學規劃和高質量發展各類儲能技術，是新型能源體系的重點議題。近年來，隨著我國可再生能源快速發展，尤其2023年我國可再生能源占電力總裝機比例首次突破50%，具有里程碑意義。由于長時儲能技術可以賦予電網更高的可靠性和靈活性來支撐和補充可再生能源大規模接入，長時儲能得到越來越多的關注，被認為是未來儲能技術與產業發展的重點。但是，我國長時儲能尚處于發展早期，對其定義尚未完全統一，還存在諸多挑戰，影響其高質量發展，本文將進行初步探討。

　　何為長時儲能

　　從世界范圍來看，國際上對長時儲能還沒有統一的定義。不同的國家和機構，根據能源結構、電力系統、政策與市場特點，給出了不同的長時儲能定義。美國能源部(DOE)的定義是額定功率持續運行(放電)10小時以上，使用壽命在15年至20年的儲能系統;美國桑迪亞國家實驗室認為長時儲能技術是持續放電時間不低于4小時的儲能技術;美國加利福尼亞能源委員會(CEC)和美國能源部高級計劃研究局(ARPA E)定義10小時及以上的儲能系統是長時儲能;國際長時儲能委員會(LDESC)提出了兩種定義，即8~24小時的長時儲能以及24小時以上的儲能技術。

　　結合美國可再生能源發展現狀可以看出，近年來，美國可再生能源得到了快速發展，多個地區逐步采用4小時儲能系統用于峰值電力需求服務，部分地區制訂了“4小時容量規則”，允許持續4小時以上的儲能系統在容量市場或其他提供容量的合同中獲得補償。基于這一規則，在2021年到2022年美國部署的儲能系統中，約有40%是持續時間4小時的儲能系統。但是，由于美國現行電網系統和電力設備的老化，已經開始面臨電網限制和并網排隊積壓等問題，面對電力需求的持續上漲以及可再生能源高比例接入，美國急需高于4小時的儲能，以便提高電網效率和可靠性來接納可再生能源。

　　從電網結構與用電規模看，中國和美國的情況較為相似;但是從可再生能源發展規模與技術水平而言，我國在裝機容量和發電量兩個關鍵指標上，均遠超美國當前水平。因此，基于我國可再生能源和電力系統的現狀和發展趨勢，我們認為適合我國國情的長時儲能的定義為：在額定功率下能夠實現持續放電4小時及以上，或者數天、數月的大規模低成本儲能技術。具體地，根據我國新型能源系統的發展階段和靈活性儲能的總體需求，長時儲能技術又可以分為：

　　(1)中長時儲能，主要是指在額定功率下持續運行(放電)4-10小時的儲能系統;

　　(2)長時儲能，主要是指在額定功率下持續運行(放電)10小時到1周的儲能系統;

　　(3)超長時儲能，主要是指在額定功率下持續運行(放電)1周以上的儲能系統。

　　長時儲能技術的主要特征和功能

　　目前，長時儲能可分為物理儲能、化學儲能、熱儲能和氫儲能4條主線，具體技術包括：抽水蓄能、壓縮空氣儲能、重力儲能、液流電池、熔鹽儲熱以及各類儲氫技術等。隨著可再生能源的大規模發展，長時儲能技術將是未來新型能源系統中的關鍵環節，它具有以下主要特征：

　　一是時間尺度長，長時儲能具有長時間的充放電循環能力，能夠實現日內長時、跨天、跨周、跨月乃至跨季節的電力調節，而且隨著可再生能源占比增加，電力系統中總儲能時長增加，長時儲能占比提高。

　　二是儲能容量大，長時儲能具有較大的儲能容量，功率與容量一般可以實現解耦，可根據不同的功率和容量需求存儲和釋放大量電能。

　　三是單位成本低，大規模長時儲能可以大幅降低度電成本。以抽水蓄能為例，其度電成本僅0.21-0.25元/kWh。

　　四是技術多樣性，長時儲能涵蓋了多種技術路線，每種技術都有其獨特的工作原理和適用場景，可以根據實際需求進行選擇和優化。不同技術之間可以相互補充，共同構成更加完善的儲能系統。

　　一般認為，可再生能源裝機及其發電量占比不斷提升帶來的量變，將逐步引發能源系統特別是電力系統在物理形態和技術框架上產生本質性變化，在這個過程中，長時儲能的占比也將逐步擴大。國際長時儲能理事會(LDES)在2021年《聯合國氣候變化框架公約》第26次年度峰會上宣布，當可再生能源發電量占比達到60%至70%，長時儲能將成為“成本最低的靈活性解決方案”，并且預測到2030年，全球長時儲能的累計裝機將達到150-400GW，到2040年，長時儲能的累計裝機進一步提升到1.5-2.5TW。

　　我國已成為可再生能源大國。2023年底，中國可再生能源裝機突破14.5億千瓦，占全國電力總裝機超過50%，超過火電裝機，迎來歷史性的時刻。長時儲能在這種大規模新能源接入的新型能源系統中將發揮更加重要的作用：

　　一是為電力系統提供長周期調節能力，支撐能源結構調整。利用長時儲能技術可以在不同空間尺度和時間尺度上支撐電力系統實現跨日、跨周的動態平衡。

　　二是應對極端天氣下的能源需求，增強電網安全特性。利用長時儲能與超長時儲能技術可以提高極端天氣下電力系統的安全穩定運行。

　　三是改善電力系統的靈活性，提升電力系統柔韌性。挖掘與提升短時儲能價值，增加部署多時間尺度儲能技術，實現源網荷儲協同配合，適應新型電力系統發展，為規劃構建新型能源系統、新型電力系統建設保駕護航。

　　發展現狀與主要建議

　　“十四五”期間， 我國在長時儲能技術領域取得了突出的成績。在壓縮空氣儲能、液流電池和氫能領域創造了多個國際首臺套示范項目;抽水蓄能的單機機組邁向300MW交流勵磁變速抽水蓄能機組;國際首套300MW先進壓縮空氣儲能技術實現并網;儲熱技術實現了全球首座電熱熔鹽儲能試驗站和660MW煤電機組耦合蒸汽熔鹽儲熱調峰的投運。新的儲能建設項目中，百兆瓦級和中長時儲能成常態。預計我國在2030年長時儲能裝機規模約2300萬千瓦，約占同期新型儲能裝機總規模的20%;2060年超長時儲能裝機規模約1.5億千瓦。

　　在政策法規方面，我國政府相繼出臺《關于加快推動新型儲能發展的指導意見》、《關于深化電力體制改革加快構建新型電力系統的意見》等文件，推動大容量長時儲能技術規模化應用。國家能源局在《新型電力系統發展藍皮書》中指出，我國要在2030年~2045年滿足日以上時間尺度的平衡調節需求，在2045年~2060年覆蓋全周期的多類型儲能系統運行。

　　構建新型能源系統是一個長期的系統性工程，需要立足國家能源資源稟賦，在新能源安全可靠替代的基礎上穩步推進。我國幅員遼闊，可再生能源的發展在各個省市各不相同，資源和電力需求都不一樣，對于儲能，部分地區屬于超前發展模式，部分地區選擇各種儲能技術全面部署，部分地區則是重點發展某一類型或某一應用場景的儲能技術，因此，對于未來我國長時儲能的技術與產業發展，更是需要發揮國家和地方在政策規劃上的聯動及區域協同機制，群策群力，共促長時儲能技術的健康發展，建議具體舉措如下：

　　一是堅持頂層設計和科學規劃。科學地開展近遠期相結合的長時儲能規劃，有利于解決利益相關者的不確定性，提升市場信心，引導建立長時儲能供應鏈，為低成本長時儲能高質量發展提供保障。加快組建具有世界水平的長時儲能國家實驗室，匯集全行業的資源和力量，依托重大科研基礎設施，聯合產業協會和科研院所以及高校，建立戰略性研發和協同創新平臺，持續開展儲能技術的研發。構建長時儲能技術標準體系，及時結合行業發展水平和新興應用場景優化標準體系，提升行業整體技術水平。

　　二是堅持可再生能源與長時儲能的協同發展。對可再生能源配儲規模和比例開展科學論證，因地制宜，因時制宜，統籌布局不同時長和規模的長時儲能技術。充分發揮國家和地方政府上下聯動機制，在能源基地積極引導長時儲能技術的示范與產業化工作，探索完善可再生能源與長時儲能協調和融合發展模式。同時在政策上盡早明確稅收抵免、碳定價、溫室氣體減排目標，引導市場、資本、人才等各種積極因素的匯集，共促發展。

　　三是進一步完善長時儲能市場機制。首先，建立完善儲能價值評價體系，探索分級容量競價機制，完善包含長時儲能源網荷儲項目的電價機制。其次，建立健全長時儲能政策保障機制，從項目管理、科技創新、市場環境、價格機制、產業發展等方面逐步完善。最后在示范應用階段，還可以探討直接的技術支持和扶持措施，包括技術轉讓獎勵、國債優先支持和貸款擔保等措施，以及對長時儲能系統提供的服務和資源進行直接補償，提高進入該領域的投資者對部署長時儲能的信心。

　　(本文作者：陳海生 中關村儲能產業技術聯盟理事長、中國能源研究會儲能專委會主任委員、中國科學院工程熱物理研究所所長;張華良 中國科學院工程熱物理研究所研究員，中關村儲能產業技術聯盟長時儲能專業委員會秘書長;岳芬 中關村儲能產業技術聯盟副研究員/副秘書長)

作者：陳海生、張華良、岳芬