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長時儲能：碳中和時代的必然呼喚

長時(shi)儲(chu)能，一般指 4 小(xiao)時(shi)以(yi)上的(de)儲(chu)能技術。長時(shi)儲(chu)能系統(tong)是可實(shi)現跨(kua)天、跨(kua)月，乃至跨(kua)季節充放電循環的(de)儲(chu)能系統(tong)，以(yi)滿足(zu)電力系統(tong)的(de)長期穩(wen)定。

可再(zai)生(sheng)(sheng)能源發(fa)電(dian)滲(shen)透(tou)率越高，所需(xu)儲(chu)能時(shi)長越長。可再(zai)生(sheng)(sheng)能源發(fa)電(dian)具有間歇性的特點，主要發(fa)電(dian)時(shi)段(duan)和高峰用(yong)電(dian)時(shi)段(duan)錯位，存(cun)在供(gong)需(xu)落(luo)差(cha)。

隨(sui)滲透率上升，平(ping)(ping)衡電(dian)力(li)系統(tong)的負荷要求(qiu)增加。相較于短時儲(chu)能，長時儲(chu)能系統(tong)可更(geng)好地實現電(dian)力(li)平(ping)(ping)移(yi)，將可再生能源發電(dian)系統(tong)的電(dian)力(li)轉(zhuan)移(yi)到電(dian)力(li)需求(qiu)高峰時段(duan)，起到平(ping)(ping)衡電(dian)力(li)系統(tong)、規模化儲(chu)存電(dian)力(li)的作用(yong)。

大(da)型(xing)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)賽道火熱，儲(chu)(chu)能(neng)(neng)新技術日新月異，鈉(na)離子(zi)電池、液流電池、重力儲(chu)(chu)能(neng)(neng)、飛輪儲(chu)(chu)能(neng)(neng)、壓(ya)縮空(kong)氣儲(chu)(chu)能(neng)(neng)產業化不(bu)斷(duan)加速，示(shi)范(fan)項目落地(di)的(de)消息層出不(bu)窮(qiong)。

液流電池

液流(liu)(liu)電池(chi)(chi)以正負極(ji)活性物質(zhi)為(wei)分類標準(zhun)，可分為(wei)全(quan)(quan)釩液流(liu)(liu)電池(chi)(chi)，鋅溴液流(liu)(liu)電池(chi)(chi)、鐵(tie)鉻(ge)液流(liu)(liu)電池(chi)(chi)等，其中，全(quan)(quan)釩和鐵(tie)鉻(ge)是商用主流(liu)(liu)。

液(ye)流電池由于結構設計，工(gong)作時，正(zheng)負極(ji)電解液(ye)分(fen)離，各自循(xun)環(huan)，互(hu)不干擾，具有(you)循(xun)環(huan)壽命長、適用(yong)范圍廣、容量高(gao)(gao)、安(an)全性高(gao)(gao)和電解液(ye)可重復使用(yong)等優點。

在長(chang)時儲(chu)能領域，鐵鉻液流電池(chi)優勢尤其明(ming)顯(xian)，毒(du)性、腐蝕(shi)性較低，循(xun)環壽命(ming)可(ke)達上(shang)(shang)萬次(ci)，折(zhe)合成使用時間，可(ke)達20年以上(shang)(shang)，且(qie)綜(zong)合成本接近抽水(shui)蓄能，在長(chang)時儲(chu)能領域潛力巨(ju)大。

目(mu)前，已經建成的液(ye)流電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)儲(chu)能項(xiang)目(mu)有(you)(you)200MW/800MWh大連(lian)液(ye)流電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)儲(chu)能調(diao)峰電(dian)(dian)(dian)(dian)站國家示范(fan)項(xiang)目(mu)、10MW/40MWh國電(dian)(dian)(dian)(dian)投駝山網源友(you)好(hao)風電(dian)(dian)(dian)(dian)場儲(chu)能項(xiang)目(mu)和1MW/2MWh華電(dian)(dian)(dian)(dian)滕州新能源熱電(dian)(dian)(dian)(dian)有(you)(you)限公司項(xiang)目(mu)等。

鈉離子電池

鈉離子(zi)電(dian)池(chi)優勢明顯，首先原(yuan)料(liao)豐富(fu)，地(di)殼鈉豐度約為(wei)鋰(li)(li)的435倍，其(qi)他原(yuan)材料(liao)相比磷酸鐵鋰(li)(li)電(dian)池(chi)等，也(ye)易得且成本較低(di)。

其次，可(ke)套用鋰電制(zhi)造工序、產(chan)業鏈，具備快速實現產(chan)業化的(de)能力，性(xing)能表現優異，安(an)全性(xing)高、快充性(xing)能優異、低溫性(xing)能良好。

目前，我國企業(ye)在鈉(na)電(dian)(dian)(dian)產業(ye)化(hua)進(jin)展中(zhong)(zhong)表現亮眼。中(zhong)(zhong)科(ke)海納在鈉(na)電(dian)(dian)(dian)儲能技術領域位居世界前列(lie)；寧德(de)時代等鋰電(dian)(dian)(dian)龍頭入局(ju)鈉(na)電(dian)(dian)(dian)儲能加快(kuai)產業(ye)化(hua)進(jin)程；華陽股份實現了全球第(di)一批鈉(na)離(li)子(zi)電(dian)(dian)(dian)芯產線投運。

壓縮空氣儲能(neng)

壓(ya)縮(suo)空氣儲能(neng)，指利(li)用電(dian)(dian)網(wang)(wang)負(fu)荷(he)高峰低谷，在電(dian)(dian)網(wang)(wang)負(fu)荷(he)低谷時(shi)使(shi)用電(dian)(dian)能(neng)，將(jiang)空氣進行壓(ya)縮(suo)存儲，之后，在電(dian)(dian)網(wang)(wang)負(fu)荷(he)高峰時(shi)釋放(fang)被壓(ya)縮(suo)的空氣，令其推(tui)動汽輪(lun)機發(fa)電(dian)(dian)。

根據工作(zuo)介質(zhi)、存儲(chu)(chu)介質(zhi)和熱源不同，壓縮空(kong)氣儲(chu)(chu)能(neng)可分為(wei)傳統(tong)(tong)壓縮空(kong)氣儲(chu)(chu)能(neng)系(xi)統(tong)(tong)、帶儲(chu)(chu)熱裝置的(de)壓縮空(kong)氣儲(chu)(chu)能(neng)系(xi)統(tong)(tong)和液(ye)氣壓縮儲(chu)(chu)能(neng)系(xi)統(tong)(tong)等(deng)。

壓縮空氣儲能在技術(shu)方面較為成熟，國內(nei)已有多個示范項(xiang)目(mu)落地。

2021年9月23日，在(zai)山(shan)東(dong)肥城經濟(ji)開發區，10MW的鹽穴壓縮空氣(qi)儲能調峰(feng)電站正式投運。

2022年(nian)5月26日，江蘇省(sheng)常州市金壇(tan)區，世界首個非補燃(ran)壓縮(suo)空氣儲(chu)能電站——金壇(tan)鹽穴壓縮(suo)空氣儲(chu)能國(guo)家試(shi)驗示(shi)范項(xiang)目正(zheng)式投運。

重力儲能

重力儲能(neng)分屬于機械(xie)儲能(neng)，工作(zuo)原理(li)是利用高度(du)差(cha)，升降(jiang)儲能(neng)介質，實現重力勢能(neng)和電(dian)能(neng)的相互轉換。

第一(yi)，初(chu)期投入成本低，僅需(xu)約(yue)3元/Wh，比抽水蓄能還低；第二，高安(an)全(quan)性，對環境沒什么嚴苛要求，在偏遠地區也能建；第三，長壽命，平(ping)均壽命可達30-35年。

我國(guo)重力(li)儲能(neng)(neng)先行者是中國(guo)天楹，2022年9月8日，其發布(bu)公告(gao)，與通(tong)遼(liao)市人民政府、中國(guo)投資協會達成戰略合作，打(da)造含重力(li)儲能(neng)(neng)項目(mu)的通(tong)遼(liao)風光儲氫氨一體(ti)化(hua)零(ling)碳產業(ye)園和零(ling)碳產業(ye)裝備制(zhi)造中心(xin)。

飛輪儲能

飛(fei)輪儲能(neng)(neng)的(de)核心部件是飛(fei)輪本體和電(dian)(dian)動(dong)/發(fa)電(dian)(dian)互逆(ni)式雙向電(dian)(dian)機(ji)。飛(fei)輪儲能(neng)(neng)工(gong)作(zuo)原(yuan)理為：互逆(ni)式雙向電(dian)(dian)機(ji)工(gong)作(zuo)，帶動(dong)飛(fei)輪高速旋轉(zhuan)，將電(dian)(dian)能(neng)(neng)轉(zhuan)化為機(ji)械動(dong)能(neng)(neng)進行存(cun)儲；在(zai)需要(yao)電(dian)(dian)能(neng)(neng)時，利用旋轉(zhuan)的(de)飛(fei)輪，帶動(dong)電(dian)(dian)機(ji)工(gong)作(zuo)發(fa)電(dian)(dian)，輸(shu)出電(dian)(dian)能(neng)(neng)，從而實(shi)現(xian)電(dian)(dian)能(neng)(neng)與(yu)機(ji)械動(dong)能(neng)(neng)的(de)相互轉(zhuan)換與(yu)存(cun)儲。

飛輪儲能(neng)的優點在于(yu)長壽命、易安裝、易維(wei)護、大儲能(neng)量、高儲能(neng)密度和不(bu)受(shou)充電次數(shu)限制等(deng)。

飛輪儲能(neng)可廣(guang)泛適用(yong)于不間斷電(dian)(dian)源、應急電(dian)(dian)源、免蓄電(dian)(dian)池磁(ci)懸浮飛輪儲能(neng)UPS、電(dian)(dian)動汽車電(dian)(dian)池、電(dian)(dian)網調(diao)峰(feng)和頻率控制(zhi)等領域(yu)。

目(mu)前，飛(fei)輪儲(chu)能的小型樣機已經有投入使(shi)用的具體案例，如2022年4月11日，在(zai)青島地鐵3號線萬(wan)年泉路站的2臺1兆瓦飛(fei)輪儲(chu)能裝(zhuang)置已經成功投用。

我國儲能長時儲能與先進國家存(cun)在差距

科(ke)技部布署(shu)的(de)“十(shi)四(si)五”儲(chu)能重大(da)專項中提出，要(yao)研究開發“4小時儲(chu)能技術”，只(zhi)是(shi)著眼于鋰(li)離子電池儲(chu)能技術，加上鋰(li)離子電池的(de)安全性等問題，遠(yuan)遠(yuan)滿足(zu)不了(le)實(shi)現“雙碳”目標的(de)需要(yao)。

我國的(de)(de)電(dian)化學儲能(neng)(neng)裝(zhuang)機(ji)容量90%為鋰(li)離(li)子電(dian)池(chi)技術(shu)(shu)，但目(mu)前的(de)(de)鋰(li)離(li)子電(dian)池(chi)儲能(neng)(neng)技術(shu)(shu)難以(yi)滿(man)足(zu)“新(xin)能(neng)(neng)源(yuan)+儲能(neng)(neng)”的(de)(de)新(xin)型儲能(neng)(neng)系統對長時儲能(neng)(neng)的(de)(de)需求。因此，繼續部署(shu)和支持高安全(quan)性、使用壽命大(da)于15年、環境友(you)好的(de)(de)長時技術(shu)(shu)的(de)(de)研(yan)究開發(fa)和工(gong)程(cheng)應(ying)用。

“雙碳”目標提出后，在2030年我國新型電(dian)(dian)(dian)力(li)系統(tong)中，可再生能(neng)源的(de)(de)(de)比例(li)將會大(da)(da)幅(fu)度(du)(du)提高，火力(li)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)比例(li)將會大(da)(da)幅(fu)度(du)(du)降低，電(dian)(dian)(dian)網調(diao)峰(feng)(feng)的(de)(de)(de)作用將由火電(dian)(dian)(dian)調(diao)峰(feng)(feng)電(dian)(dian)(dian)站移交(jiao)給儲能(neng)電(dian)(dian)(dian)站，長(chang)(chang)時段陰雨(yu)天(tian)時，太陽能(neng)電(dian)(dian)(dian)池的(de)(de)(de)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)量將大(da)(da)幅(fu)度(du)(du)降低，要(yao)保證電(dian)(dian)(dian)力(li)系統(tong)的(de)(de)(de)安全、穩(wen)定供電(dian)(dian)(dian)，需(xu)要(yao)大(da)(da)功率(lv)、長(chang)(chang)時儲能(neng)系統(tong)發(fa)(fa)(fa)揮作用。

結尾：

未(wei)來的電力系統必將是(shi)多能(neng)互補的，新能(neng)源+儲能(neng)這(zhe)一模(mo)式將迎(ying)來歷(li)史性的機(ji)遇，長時(shi)儲能(neng)也會成(cheng)為碳中和戰略(lve)中不可(ke)缺少的一部分。

未來十(shi)年，長時儲能領域(yu)里，來自中國領跑者(zhe)們或許也會沖在時代的最前(qian)沿。