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長時儲能：碳中和時代的必然呼喚

長時儲能(neng)，一(yi)般指 4 小時以上的儲能(neng)技(ji)術。長時儲能(neng)系統是可實(shi)現跨(kua)天、跨(kua)月，乃至跨(kua)季節充放電循環的儲能(neng)系統，以滿足(zu)電力系統的長期穩定。

可(ke)再(zai)生能(neng)源發電(dian)滲透(tou)率(lv)越高(gao)，所需儲能(neng)時(shi)(shi)長越長。可(ke)再(zai)生能(neng)源發電(dian)具(ju)有間歇(xie)性的特(te)點，主(zhu)要發電(dian)時(shi)(shi)段和高(gao)峰用電(dian)時(shi)(shi)段錯(cuo)位，存(cun)在供需落差。

隨滲透(tou)率(lv)上升，平衡電(dian)(dian)力系(xi)統的(de)負荷要求增加。相較于(yu)短時儲能(neng)(neng)，長時儲能(neng)(neng)系(xi)統可(ke)更好地實現(xian)電(dian)(dian)力平移，將可(ke)再生能(neng)(neng)源發電(dian)(dian)系(xi)統的(de)電(dian)(dian)力轉移到(dao)電(dian)(dian)力需求高(gao)峰時段，起到(dao)平衡電(dian)(dian)力系(xi)統、規模(mo)化儲存電(dian)(dian)力的(de)作用。

大型儲(chu)(chu)能(neng)賽道火熱，儲(chu)(chu)能(neng)新技術日新月異，鈉離子電(dian)(dian)池(chi)、液(ye)流電(dian)(dian)池(chi)、重力(li)儲(chu)(chu)能(neng)、飛輪儲(chu)(chu)能(neng)、壓縮空氣(qi)儲(chu)(chu)能(neng)產業化不斷加速，示范(fan)項目落(luo)地的消息(xi)層出不窮。

液流電池

液(ye)流(liu)電(dian)池(chi)以(yi)正負極(ji)活性物質為(wei)分類(lei)標準，可分為(wei)全釩液(ye)流(liu)電(dian)池(chi)，鋅溴液(ye)流(liu)電(dian)池(chi)、鐵鉻液(ye)流(liu)電(dian)池(chi)等，其中，全釩和鐵鉻是商用主流(liu)。

液(ye)流電池由于(yu)結構(gou)設(she)計，工作(zuo)時，正負極電解液(ye)分離，各(ge)自循(xun)(xun)環，互不干擾(rao)，具有(you)循(xun)(xun)環壽(shou)命長、適(shi)用范圍廣、容量高、安全性(xing)高和電解液(ye)可重復使用等優點。

在長(chang)(chang)時儲能領域，鐵鉻液流(liu)電池優勢尤其明顯，毒性、腐(fu)蝕性較低，循環壽命可達上萬次(ci)，折(zhe)合成(cheng)使用時間，可達20年(nian)以上，且綜(zong)合成(cheng)本接近抽水蓄能，在長(chang)(chang)時儲能領域潛力巨大(da)。

目(mu)前，已(yi)經建成(cheng)的液(ye)流電池(chi)(chi)儲(chu)能(neng)項(xiang)目(mu)有(you)200MW/800MWh大連液(ye)流電池(chi)(chi)儲(chu)能(neng)調峰電站國家示范項(xiang)目(mu)、10MW/40MWh國電投(tou)駝山網源(yuan)友好風電場儲(chu)能(neng)項(xiang)目(mu)和1MW/2MWh華電滕(teng)州新能(neng)源(yuan)熱電有(you)限公司項(xiang)目(mu)等。

鈉離子電池

鈉離子電(dian)池優勢明顯，首先原料豐(feng)富，地(di)殼鈉豐(feng)度約為鋰的435倍，其(qi)他原材料相比(bi)磷酸鐵鋰電(dian)池等(deng)，也易(yi)得且(qie)成本較低。

其次，可套用鋰(li)電制(zhi)造工(gong)序、產業鏈，具備快速實(shi)現產業化的能力(li)，性(xing)能表現優異，安全(quan)性(xing)高、快充性(xing)能優異、低(di)溫性(xing)能良好。

目前，我國企業在鈉電(dian)產(chan)業化進(jin)展中表現(xian)亮(liang)眼。中科海納(na)在鈉電(dian)儲(chu)能技術(shu)領(ling)域位居世界前列(lie)；寧德時代等鋰電(dian)龍頭入局鈉電(dian)儲(chu)能加快產(chan)業化進(jin)程；華(hua)陽(yang)股份實(shi)現(xian)了全球(qiu)第一批鈉離子(zi)電(dian)芯產(chan)線投運。

壓縮空氣儲能(neng)

壓(ya)縮(suo)空(kong)氣儲能(neng)，指利用(yong)電(dian)網負荷(he)高(gao)峰低谷，在(zai)電(dian)網負荷(he)低谷時使(shi)用(yong)電(dian)能(neng)，將空(kong)氣進行壓(ya)縮(suo)存儲，之后，在(zai)電(dian)網負荷(he)高(gao)峰時釋放(fang)被壓(ya)縮(suo)的空(kong)氣，令其推(tui)動汽(qi)輪機發電(dian)。

根據工作(zuo)介質、存儲介質和熱源不同，壓縮空氣(qi)儲能(neng)可分(fen)為傳統(tong)壓縮空氣(qi)儲能(neng)系統(tong)、帶(dai)儲熱裝置的壓縮空氣(qi)儲能(neng)系統(tong)和液氣(qi)壓縮儲能(neng)系統(tong)等。

壓縮空氣(qi)儲(chu)能在技術方面較為(wei)成熟，國內(nei)已有多(duo)個示范項目落地。

2021年(nian)9月23日，在山東肥城經(jing)濟開(kai)發區，10MW的鹽穴壓縮空(kong)氣儲能(neng)調(diao)峰電站正式投運。

2022年5月26日，江(jiang)蘇省(sheng)常州市金(jin)壇區，世(shi)界首個非補燃壓縮空氣儲能(neng)(neng)電站——金(jin)壇鹽穴壓縮空氣儲能(neng)(neng)國家試驗示范項目(mu)正式投運。

重力儲能

重力儲能(neng)(neng)分屬于(yu)機械(xie)儲能(neng)(neng)，工作原理是利用高度差，升降儲能(neng)(neng)介(jie)質，實現重力勢能(neng)(neng)和電能(neng)(neng)的相互轉換。

第一，初期投(tou)入成本(ben)低(di)，僅需約3元/Wh，比抽水蓄能還低(di)；第二，高安全性(xing)，對環境(jing)沒什么嚴(yan)苛(ke)要求，在偏遠(yuan)地(di)區也能建；第三(san)，長壽命(ming)，平均(jun)壽命(ming)可達30-35年。

我國(guo)重(zhong)(zhong)力儲能先行者是(shi)中國(guo)天楹(ying)，2022年9月8日，其(qi)發(fa)布公告，與通(tong)(tong)遼市(shi)人民政府、中國(guo)投資(zi)協會達(da)成(cheng)戰略合(he)作，打造(zao)含重(zhong)(zhong)力儲能項目的(de)通(tong)(tong)遼風光儲氫氨一(yi)體化零(ling)(ling)碳產(chan)業(ye)園(yuan)和(he)零(ling)(ling)碳產(chan)業(ye)裝備制(zhi)造(zao)中心。

飛輪儲能

飛(fei)(fei)輪(lun)儲(chu)能(neng)的核(he)心部件是飛(fei)(fei)輪(lun)本(ben)體和(he)電(dian)(dian)動(dong)/發電(dian)(dian)互逆式雙(shuang)向電(dian)(dian)機(ji)(ji)。飛(fei)(fei)輪(lun)儲(chu)能(neng)工作(zuo)原理為：互逆式雙(shuang)向電(dian)(dian)機(ji)(ji)工作(zuo)，帶(dai)動(dong)飛(fei)(fei)輪(lun)高速(su)旋轉(zhuan)，將電(dian)(dian)能(neng)轉(zhuan)化(hua)為機(ji)(ji)械動(dong)能(neng)進行存儲(chu)；在需要(yao)電(dian)(dian)能(neng)時，利用旋轉(zhuan)的飛(fei)(fei)輪(lun)，帶(dai)動(dong)電(dian)(dian)機(ji)(ji)工作(zuo)發電(dian)(dian)，輸出電(dian)(dian)能(neng)，從(cong)而實現電(dian)(dian)能(neng)與機(ji)(ji)械動(dong)能(neng)的相互轉(zhuan)換與存儲(chu)。

飛(fei)輪儲(chu)能的(de)優點(dian)在于長壽命、易安裝(zhuang)、易維護、大儲(chu)能量、高儲(chu)能密度和不受充電次數限制(zhi)等。

飛(fei)(fei)輪儲能可(ke)廣泛(fan)適用于不間斷電源(yuan)、應急(ji)電源(yuan)、免蓄電池(chi)(chi)磁懸浮飛(fei)(fei)輪儲能UPS、電動(dong)汽(qi)車電池(chi)(chi)、電網調峰和頻率控制(zhi)等領域。

目(mu)前(qian)，飛輪儲能(neng)的(de)小型(xing)樣機已經有投入(ru)使用的(de)具體案(an)例(li)，如2022年4月11日，在(zai)青島地鐵3號(hao)線萬(wan)年泉(quan)路站(zhan)的(de)2臺1兆瓦飛輪儲能(neng)裝置已經成功投用。

我國儲(chu)(chu)能(neng)長時儲(chu)(chu)能(neng)與先進國家存(cun)在差距

科技(ji)部布(bu)署的(de)“十四五(wu)”儲(chu)(chu)能重大專項中提出，要研究(jiu)開發“4小時(shi)儲(chu)(chu)能技(ji)術”，只是著眼于鋰離(li)子電(dian)(dian)池儲(chu)(chu)能技(ji)術，加(jia)上鋰離(li)子電(dian)(dian)池的(de)安全性(xing)等(deng)問題，遠遠滿足不(bu)了實現“雙碳”目標的(de)需要。

我國的(de)(de)(de)電化學儲(chu)能裝機容量90%為鋰離子電池技(ji)術，但目(mu)前的(de)(de)(de)鋰離子電池儲(chu)能技(ji)術難以滿足“新能源+儲(chu)能”的(de)(de)(de)新型儲(chu)能系統對長時儲(chu)能的(de)(de)(de)需(xu)求。因(yin)此，繼續部署和(he)(he)支持高安全性、使用壽命(ming)大于(yu)15年(nian)、環境友好的(de)(de)(de)長時技(ji)術的(de)(de)(de)研(yan)究開發和(he)(he)工程應(ying)用。

“雙(shuang)碳”目標提(ti)出后，在2030年我(wo)國新(xin)型電(dian)(dian)力(li)系統(tong)中，可再生能源的比例將(jiang)(jiang)(jiang)會大幅(fu)度提(ti)高，火力(li)發電(dian)(dian)的比例將(jiang)(jiang)(jiang)會大幅(fu)度降(jiang)低(di)，電(dian)(dian)網調峰的作用(yong)將(jiang)(jiang)(jiang)由火電(dian)(dian)調峰電(dian)(dian)站移交給(gei)儲(chu)(chu)能電(dian)(dian)站，長(chang)時(shi)段(duan)陰雨天時(shi)，太陽能電(dian)(dian)池的發電(dian)(dian)量將(jiang)(jiang)(jiang)大幅(fu)度降(jiang)低(di)，要(yao)保(bao)證電(dian)(dian)力(li)系統(tong)的安全(quan)、穩定供電(dian)(dian)，需要(yao)大功率、長(chang)時(shi)儲(chu)(chu)能系統(tong)發揮作用(yong)。

結尾：

未來的(de)電力系(xi)統必(bi)將(jiang)是(shi)多(duo)能互補的(de)，新能源+儲能這一(yi)模式將(jiang)迎來歷史性的(de)機遇，長時儲能也會成為碳中和(he)戰(zhan)略中不可缺少的(de)一(yi)部(bu)分。

未來(lai)十年，長時儲(chu)能領域里，來(lai)自中國領跑者們(men)或(huo)許也會(hui)沖在時代的(de)最前沿。