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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了新的挑戰(zhàn)，風電和太陽能發(fā)電的隨機性、間歇性與波動性對現(xiàn)有發(fā)電系統(tǒng)造成了巨大的結(jié)構(gòu)性壓力。大量的風能和太陽能接入系統(tǒng)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(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發(fā)生的頻率更高。


總的來說，在能源轉(zhuǎn)型這條賽道上，電力行業(yè)將面臨三大挑戰(zhàn)：

（1）電力系統(tǒng)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(fā)生。
（2）輸配電模式的轉(zhuǎn)變：由傳統(tǒng)輸配電模式向分布式、源網(wǎng)荷多遠互動的模式轉(zhuǎn)變，電網(wǎng)升級成本大幅上升。
（3）系統(tǒng)機械慣量、旋轉(zhuǎn)備用缺失：大部分可再生能源不具備傳統(tǒng)發(fā)電機的機械慣量，使電網(wǎng)整體調(diào)頻能力降低，進一步降低電網(wǎng)穩(wěn)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(xiàn)，主要體現(xiàn)在較差的安全性以及在長時（＞4h）儲能應用方面較差的經(jīng)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(jié)）存儲和釋放能量來提高電力系統(tǒng)的靈活性。其主要應用場景體現(xiàn)在四個方面：

（1） 日內(nèi)儲能應用：4~12個小時的長時儲能，解決日內(nèi)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(jié)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(tǒng)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(xiàn)

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(nèi)、跨天、跨周、跨季節(jié)儲能的要求，還要在經(jīng)濟性、安全性以及容量規(guī)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(guī)模以維持數(shù)小時、數(shù)天甚至數(shù)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(tǒng)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(xiàn)，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(xiàn)的新型抽水蓄能設施如地質(zhì)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(tài)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(chǎn)生的熱量并在放電循環(huán)中重復使用；重力儲能目前處于商業(yè)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(zhì)溫度、改變介質(zhì)材料狀態(tài)、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(zhì)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(fā)電設施相結(jié)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(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，具有可擴展性和較低的系統(tǒng)安裝成本?；旌弦毫麟姵赝瑫r具有液體電解質(zhì)和金屬陽極，結(jié)合了傳統(tǒng)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(yōu)點

可再生能源發(fā)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(yōu)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(jīng)濟成本低，具有產(chǎn)業(yè)規(guī)?；?。

（5） 與輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)的升級擴容相比，建設周期短。


面對復雜的輸電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)及用戶側(cè)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(yōu)化輸配電網(wǎng)。

（2）優(yōu)化偏遠地區(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)設施供應的穩(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，對沖電價、燃料價格波動，實現(xiàn)環(huán)保運營等。

（5）參與電網(wǎng)輔助服務，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。


4、新型長時儲能LDES有望迎來大規(guī)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(zhuǎn)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(guī)模裝機，累積裝機量有望達到30-40GW（總?cè)萘窟_1TWh），是目前公開產(chǎn)能的6-8倍，且95%的裝機為分布式裝機；2030年新能源發(fā)電滲透率將達到60%-70%，LDES累積裝機將有望達到150-400GW（總?cè)萘窟_5-10TWh）。

2040年，全球LDES裝機容量預計將擴大至1.5-2.5TW（總?cè)萘窟_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(fā)電量的10%，市場規(guī)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(jīng)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(fā)展，可再生能源占比在電力系統(tǒng)中達到60%-70%的市場份額的時間點，有望成為LDES發(fā)展的關鍵里程碑。