近日，IPCC關(guān)于全球氣候變化的最新報(bào)告發(fā)布，再次向世界發(fā)出了警報(bào)。作為 “雙碳 “背景下建設(shè)零碳電網(wǎng)的關(guān)鍵組成部分，儲(chǔ)能終于迎來(lái)了爆發(fā)式的發(fā)展機(jī)遇。

大多數(shù)人心目中的儲(chǔ)能主要是放電時(shí)間短（<10小時(shí)）的抽水蓄能或以鋰電池為主的電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)，占世界儲(chǔ)能總裝機(jī)容量的93%。以下是五大電力儲(chǔ)能鋰電池企業(yè)，供參考。

隨著電源結(jié)構(gòu)的不斷創(chuàng)新，它是否會(huì)成為下一個(gè)顛覆性的儲(chǔ)能技術(shù)方向？讓我們從定義、應(yīng)用和商業(yè)化進(jìn)程的角度來(lái)詳細(xì)了解一下。

 

 

什么是長(zhǎng)期儲(chǔ)能

 

到目前為止，長(zhǎng)期儲(chǔ)能的時(shí)間還沒(méi)有明確的定義，美國(guó)能源部將其歸類(lèi)為在額定功率下連續(xù)放電10小時(shí)以上。

然而，離開(kāi)了使用場(chǎng)景，只關(guān)注充放電時(shí)間是沒(méi)有意義的。業(yè)界相對(duì)公認(rèn)的說(shuō)法是，一個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)跨天、跨月、甚至跨季的充放電循環(huán)。

在最熱鬧的電化學(xué)儲(chǔ)能賽道上，長(zhǎng)期儲(chǔ)能明星公司Form Energy最近發(fā)布了鐵空氣電池，并與全球最大的鋼鐵制造商安賽樂(lè)米塔爾達(dá)成了戰(zhàn)略合作。第一個(gè)項(xiàng)目于2023年在明尼蘇達(dá)州 投入使用。

斯坦福大學(xué)的崔毅教授也在2020年成立了EnergyVenue公司，專注于廣泛用于航空航天領(lǐng)域的金屬氫電池，并計(jì)劃與香港中華煤氣公司開(kāi)展試點(diǎn)項(xiàng)目。

 

流動(dòng)電池也是一個(gè)長(zhǎng)期的儲(chǔ)能商業(yè)技術(shù)路徑。Zinc8、Primus、Invinity和其他歐洲和美國(guó)的電池初創(chuàng)公司主要關(guān)注鋅流電池。住友電工、榮科、普能等亞洲能源公司以釩液流電池為主要技術(shù)，并已開(kāi)始在4-8小時(shí)儲(chǔ)能項(xiàng)目中與主流鋰電池制造商競(jìng)爭(zhēng)。

當(dāng)然，長(zhǎng)期儲(chǔ)能涵蓋了電化學(xué)以外的各種儲(chǔ)能方式。在機(jī)械儲(chǔ)能領(lǐng)域，除了性價(jià)比最高的傳統(tǒng)抽水蓄能外，還出現(xiàn)了一批以壓縮空氣和重力儲(chǔ)能為主的新型儲(chǔ)能技術(shù)，在未來(lái)兩三年內(nèi)將推出100兆瓦級(jí)別的示范項(xiàng)目，如Hydrostor、Highview、Energy Vault等。

此外，熱儲(chǔ)能（如馬耳他熔鹽儲(chǔ)能公司）、化學(xué)儲(chǔ)能（氫氣、氨氣）等技術(shù)也逐漸進(jìn)入人們的視野。

長(zhǎng)期儲(chǔ)能仍處于百家爭(zhēng)鳴的中早期研發(fā)論證階段，勝負(fù)尚未公布。目前，由于動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的推動(dòng)，電化學(xué)儲(chǔ)能處于相對(duì)有利的競(jìng)爭(zhēng)地位，不受地理環(huán)境的限制。

 

 

為什么我們需要長(zhǎng)期儲(chǔ)能

 

首先，為了實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，火力發(fā)電廠將逐漸退出歷史舞臺(tái)，預(yù)計(jì)占總發(fā)電量的10%甚至更少。

當(dāng)這種穩(wěn)定的基荷發(fā)電資源日漸減少時(shí)，長(zhǎng)期儲(chǔ)能+大規(guī)模風(fēng)電和太陽(yáng)能項(xiàng)目將可能取代化石能源成為基荷電廠，這將對(duì)零碳電力系統(tǒng)的中后期建設(shè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

其次，隨著太陽(yáng)能和風(fēng)能的不斷發(fā)展，其發(fā)電的間歇性對(duì)電網(wǎng)的負(fù)面影響也越來(lái)越嚴(yán)重。生態(tài)系統(tǒng)被破壞后，一些水電站也面臨著越來(lái)越長(zhǎng)的旱季，無(wú)法保證輸出。

而要解決這個(gè)問(wèn)題，僅僅建設(shè)更多的輸電網(wǎng)絡(luò)是不夠的。長(zhǎng)期儲(chǔ)能憑借其容量大、周期長(zhǎng)的特點(diǎn)，可以在較長(zhǎng)的時(shí)間維度上調(diào)節(jié)新能源發(fā)電的波動(dòng)，在清潔能源過(guò)剩時(shí)避免電網(wǎng)擁堵，在負(fù)荷高峰時(shí)增加清潔能源消費(fèi)。

頻繁的自然災(zāi)害（如德州嚴(yán)寒、加州野火、鄭州暴雨等）不僅會(huì)造成大面積停電，影響日常生活，而且會(huì)加速輸配電設(shè)備的老化，增加電網(wǎng)運(yùn)行成本。

其他外部不可抗力因素，如天然氣管道運(yùn)輸受阻、煤炭供應(yīng)短缺等，也將導(dǎo)致能源資源多日甚至季節(jié)性供應(yīng)不足而導(dǎo)致電價(jià)上漲。長(zhǎng)期儲(chǔ)能的另一個(gè)主要應(yīng)用是保證極端天氣下的電力供應(yīng)，降低社會(huì)電力成本。

 

長(zhǎng)期儲(chǔ)能離商業(yè)化還有多遠(yuǎn)

 

雖然長(zhǎng)期需求可觀，但長(zhǎng)期儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)賬還很難算清楚。

如果長(zhǎng)期儲(chǔ)能簡(jiǎn)單地沿用短期儲(chǔ)能的盈利模式，其經(jīng)濟(jì)效益將是有限的。

與短期儲(chǔ)能相比，長(zhǎng)期儲(chǔ)能最大的優(yōu)勢(shì)在于其容量邊際成本（每千瓦時(shí)邊際成本）。功率和容量可以相對(duì)獨(dú)立地?cái)U(kuò)展，避免了未使用功率的額外成本。開(kāi)關(guān)疊加的靈活性高。

大部分電力輔助服務(wù)市場(chǎng)基本滿足2-4小時(shí)的短期系統(tǒng)。如果長(zhǎng)期儲(chǔ)能想要突破短期儲(chǔ)能的商業(yè)壁壘，就必須解決目前短期技術(shù)的困難，并在更長(zhǎng)的時(shí)間維度上證明其經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

 

 

要在較長(zhǎng)的時(shí)間維度上直觀、準(zhǔn)確地衡量長(zhǎng)期儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)價(jià)值并不容易。

現(xiàn)有的電網(wǎng)擴(kuò)容規(guī)劃模型是上世紀(jì)傳統(tǒng)電網(wǎng)運(yùn)行模式的產(chǎn)物，只從全年中提取幾個(gè)有代表性的時(shí)間段進(jìn)行電網(wǎng)模擬仿真分析。

然后計(jì)算各種能量比例下的系統(tǒng)可靠性，缺乏對(duì)極端天氣和靈活性的考慮，自然無(wú)法體現(xiàn)長(zhǎng)期儲(chǔ)能的長(zhǎng)期價(jià)值。

以加州公用事業(yè)委員會(huì)（CPUC）使用的長(zhǎng)期新能源擴(kuò)展規(guī)劃模型RESOLVE為例。該模型對(duì)37個(gè)典型日進(jìn)行采樣，逐一模擬電力系統(tǒng)的生產(chǎn)情況。每個(gè)單日樣本沒(méi)有任何時(shí)間上的連續(xù)性。放電只能在24小時(shí)內(nèi)進(jìn)行、

這限制了長(zhǎng)期儲(chǔ)能在多日?qǐng)鼍跋碌撵`活響應(yīng)，也不可能準(zhǔn)確量化極端氣候?qū)﹄娋W(wǎng)的影響–正是這些小概率的 “黑天鵝 “事件直接推動(dòng)了重大項(xiàng)目的投資決策。

其次，RESOLVE模型只支持三種儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：鋰離子儲(chǔ)能、液流儲(chǔ)能和抽水儲(chǔ)能，并沒(méi)有充分考慮其他新能源，導(dǎo)致成本估算過(guò)高。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，越來(lái)越多的公司和研究機(jī)構(gòu)推出了自己的模型，如Form Energy的Formware、Vibrant Energy的WIS:dom、Energy Exemplar的Plexos、MIT-Princeton的開(kāi)源軟件GenX等。

除了不明確的經(jīng)濟(jì)效益外，長(zhǎng)期儲(chǔ)能的成本也是其商業(yè)化的一個(gè)障礙。

 

 

最近麻省理工學(xué)院的一個(gè)研究小組在《自然-能源》雜志上探討了長(zhǎng)期儲(chǔ)能的成本和其他技術(shù)特征對(duì)零碳電網(wǎng)的整體發(fā)電成本的影響。研究表明，長(zhǎng)期儲(chǔ)能的價(jià)格至少要達(dá)到50美元/千瓦時(shí)，才能得到更廣泛的應(yīng)用；

要大幅降低總體發(fā)電成本（>10%），成本必須落在1美元/千瓦時(shí)-10美元/千瓦時(shí)的范圍內(nèi)。除了長(zhǎng)期儲(chǔ)能本身的充放電效率和成本外，還有很多能源組合（核能、化石能源+碳捕獲和儲(chǔ)存技術(shù)、氫能等）可以提供穩(wěn)定的電力服務(wù)，可以與其競(jìng)爭(zhēng)。這些技術(shù)的未來(lái)發(fā)展和成本也影響到長(zhǎng)期儲(chǔ)能在電網(wǎng)中的占有率。

 

與其他硬技術(shù)一樣，長(zhǎng)期儲(chǔ)能從研發(fā)、示范、實(shí)施到規(guī)?；倪^(guò)程中，將面臨產(chǎn)能、供應(yīng)鏈、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)等方面的挑戰(zhàn)。每個(gè)環(huán)節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)都必須嚴(yán)格控制，以實(shí)現(xiàn)既定的目標(biāo)成本指標(biāo)。

長(zhǎng)期儲(chǔ)能也面臨著巨大的融資挑戰(zhàn)。為了獲得項(xiàng)目融資，必須向投資者展示儲(chǔ)能資產(chǎn)的性能和可靠性。

目前常見(jiàn)的做法是進(jìn)行第三方工程報(bào)告，并發(fā)布長(zhǎng)期保證協(xié)議（O&M）和容量保證協(xié)議（Capacity Maintenance）。

但是，長(zhǎng)期儲(chǔ)能技術(shù)還沒(méi)有得到大規(guī)模實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的支持，很難提供全面的保證。即使公司做出承諾，投資者仍會(huì)有疑慮：一旦公司破產(chǎn)，誰(shuí)來(lái)接手30年的項(xiàng)目周期？

許多曾經(jīng)炙手可熱的新能源創(chuàng)業(yè)公司，如LightSail Energy和Nikola都因?yàn)榧夹g(shù)欺詐而跌落神壇，這增加了投資者對(duì)未知技術(shù)的疑慮，也必然會(huì)增加長(zhǎng)期儲(chǔ)能的難度。

以美國(guó)為首的多國(guó)政府已經(jīng)開(kāi)始加大對(duì)長(zhǎng)期儲(chǔ)能技術(shù)的支持。作為全球新能源政策風(fēng)向標(biāo)的加州，最近宣布了高達(dá)50GW的長(zhǎng)期儲(chǔ)能擴(kuò)張計(jì)劃，以實(shí)現(xiàn)2060年的碳中和目標(biāo)。

八個(gè)加州社區(qū)聯(lián)合電力管理機(jī)構(gòu)早在2020年底就發(fā)出招標(biāo)，購(gòu)買(mǎi)500MW/4GWh的儲(chǔ)能系統(tǒng)，這些儲(chǔ)能系統(tǒng)明顯超過(guò)8小時(shí)。美國(guó)能源部已經(jīng)開(kāi)始提供低息貸款，希望在未來(lái)十年將長(zhǎng)期儲(chǔ)能的成本降低90%。

由比爾-蓋茨領(lǐng)導(dǎo)的突破能源風(fēng)險(xiǎn)投資公司也與能源部一起花費(fèi)了15億美元，以公私合作的方式加速長(zhǎng)期能源儲(chǔ)存的商業(yè)化。

 

 

中國(guó)的長(zhǎng)期儲(chǔ)能-現(xiàn)狀與啟示

 

中國(guó)的儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)多年的努力和探索，終于迎來(lái)了發(fā)展機(jī)遇。在分時(shí)電價(jià)和電力市場(chǎng)等利好政策下，短期儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)性剛剛轉(zhuǎn)好。

實(shí)現(xiàn) “雙碳 “目標(biāo)的號(hào)角剛剛吹響，建設(shè)深度低碳電網(wǎng)（2030-2050）還需要時(shí)間。在這個(gè)時(shí)候談?wù)撻L(zhǎng)期儲(chǔ)能是否有點(diǎn) “過(guò)于雄心勃勃”？

在我看來(lái)，現(xiàn)在是增加長(zhǎng)期儲(chǔ)能投資的時(shí)候了。

目前，火電占全國(guó)總發(fā)電量的68%。2030年，火力發(fā)電的比例需要下降近20%。所有新的發(fā)電量將由清潔能源來(lái)滿足。此外，火力發(fā)電站的退役和碳封存的改造將加劇極端天氣。

這意味著在未來(lái)三到五年內(nèi)，區(qū)域電網(wǎng)的供應(yīng)將出現(xiàn)持續(xù)波動(dòng)。在五年內(nèi)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期儲(chǔ)能的商業(yè)化，對(duì)中國(guó)2030年的碳峰值具有重要意義。

 

如何合理衡量長(zhǎng)期儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)效益，也是中國(guó)面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)。目前，電力研究所等電力研究機(jī)構(gòu)都有自己的生產(chǎn)模擬軟件。這些電力規(guī)劃分析的結(jié)果將直接影響中國(guó)長(zhǎng)期儲(chǔ)能的規(guī)模。

我們已經(jīng)面臨著跨區(qū)域、多發(fā)電類(lèi)型、雙軌并行的市場(chǎng)和計(jì)劃、分布式和集中式混合的復(fù)雜電力系統(tǒng)。因此，有必要加快電力規(guī)劃的升級(jí)和轉(zhuǎn)型，并在模型中考慮更多持續(xù)的極端天氣。為儲(chǔ)能設(shè)定合理的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)參數(shù)。

嚴(yán)格控制海量電網(wǎng)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，全年進(jìn)行8760小時(shí)的連續(xù)模擬，利用開(kāi)源模型數(shù)據(jù)、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合等方式，集思廣益，提出最經(jīng)濟(jì)可靠的儲(chǔ)能配置方案。

 

此外，還需要穩(wěn)步推進(jìn)長(zhǎng)期儲(chǔ)能技術(shù)的市場(chǎng)機(jī)制和政策支持。國(guó)內(nèi)長(zhǎng)期儲(chǔ)能技術(shù)以液流電池為主，非電化學(xué)技術(shù)路線的長(zhǎng)期儲(chǔ)能企業(yè)非常少。

隨著地緣政治博弈的加劇，我們需要對(duì)自己的初創(chuàng)企業(yè)更加樂(lè)觀和耐心。在盡職調(diào)查的基礎(chǔ)上，我們可以通過(guò)公私合作、政策市場(chǎng)頂層設(shè)計(jì)等多種形式，幫助長(zhǎng)期儲(chǔ)能技術(shù)走出資金困局。，應(yīng)落實(shí)儲(chǔ)能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，鼓勵(lì)更多的電力企業(yè)對(duì)長(zhǎng)期儲(chǔ)能需求做出更科學(xué)、更系統(tǒng)的規(guī)劃，并在招標(biāo)中明確儲(chǔ)能的用途和長(zhǎng)期需求。

 

 

未來(lái)的電力系統(tǒng)將是多能互補(bǔ)的。新能源+儲(chǔ)能模式將迎來(lái)歷史機(jī)遇，長(zhǎng)期儲(chǔ)能也將成為碳中和戰(zhàn)略不可或缺的一部分。過(guò)去十年，寧德時(shí)代作為十大儲(chǔ)能電池企業(yè)和十大動(dòng)力電池企業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，依靠科技創(chuàng)新和艱苦奮斗，在儲(chǔ)能和動(dòng)力電池領(lǐng)域占據(jù)了領(lǐng)先地位。未來(lái)十年，在長(zhǎng)期儲(chǔ)能領(lǐng)域，來(lái)自中國(guó)的領(lǐng)軍企業(yè)也可能沖到時(shí)代的最前沿。