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(guān)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(fēng)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(fēng)能和太陽能接入系統(tǒng)將導(dǎo)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。
隨著鋰離子電池儲能應(yīng)用在電力領(lǐng)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(yīng)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(yīng)用場景體現(xiàn)在四個方面：
（1）日內(nèi)儲能應(yīng)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(yīng)用：主要應(yīng)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(yīng)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(yīng)對極端天氣事件。
2新型長時儲能LDES可通過多種技術(shù)路線實現(xiàn)
前文所提到的應(yīng)用場景要求新型長時儲能不僅能在技術(shù)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(yīng)，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(xué)儲能、化學(xué)儲能等。
（1）機械儲能：最成熟的機械儲能技術(shù)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(dāng)下出現(xiàn)的新型抽水蓄能設(shè)施如地質(zhì)力學(xué)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(fù)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(shù)可同時釋放電力和熱量，技術(shù)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(xué)熱反應(yīng)等。這些技術(shù)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(shù)路線是熔鹽和聚光太陽能（CSP）發(fā)電設(shè)施相結(jié)合。
（3）化學(xué)儲能：氫儲，天然氣儲能等。
（4）電化學(xué)儲能：基于電化學(xué)反應(yīng)的長時儲能，液流電池是目前較為成熟的技術(shù)路線。液流電池將電能儲存于外部儲罐中的化學(xué)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。
圖1：長時儲能分類概述（LDES Council & McKinsey & Company，長城證券研究院）
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(shù)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)?；?yīng)。
（5）??? 與輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)的升級擴容相比，建設(shè)周期短。
圖2：不同技術(shù)路線單位能量占地面積測算（LDES Council & McKinsey & Company，長城證券研究院）
面對復(fù)雜的輸電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)及用戶側(cè)的應(yīng)用場景，新型長時儲能LDES的應(yīng)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(shè)施供應(yīng)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(wù)，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(wù)。
圖3：長時儲能應(yīng)用概覽（LDES Council & McKinsey & Company，長城證券研究院）
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(shù)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(yù)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(yù)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。
圖4：長時儲能全球投資概況（LDES Council & McKinsey & Company，長城證券研究院）
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(guān)鍵里程碑。
參考資料：長城證券
原文始發(fā)于微信公眾號（艾邦儲能與充電）：新型長時儲能的五大優(yōu)點