前沿产业、发展现状、挑战及机遇——系列报告之长时储能篇

EnvironmentalDefense Fund 前沿产业发展现状挑战及机遇 系列报告之 长时储能篇 目录 要点01 现状03 国内外政策规划04 >长时储能技术路线及发展现状06 挑战11 储能成本相对较高，新型长时储能的成本回收机制有待建立11 储能项目利用率较低11 长时储能多元发展仍需技术突破12 机遇及建议13 机遇13 建议13 参考文献15 要点 [现状 ·储能技术是解决以风、光为主的新能源系统波动性、间歇性的有效技术，对建立新型电力系统具有关链的支撑作用，具有丰大的战略意义。随差新能源装机容量和发电比例的提升：对储能时长的要求越来越高，容量型储能的需求日益增长。容量型长时储能可以提供数小时、数天、数周乃至更长时间的电力供应技术方案，减小降谷差，提升电力系统效率和设备利用率：提高电力系统的稳定性，为清洁能源的稳定输出和消纳提供有力保障。 ，国内外都特长时储能视为实现能源转型的重点技术：出台多种政策支持长时储能发展。国内发 五”新型储能发展实施方案》等都从不同角度提到了发展长时储能。国际上美国、英国、德国、法国、意大利等多国也相继表示对长时储能技术提供资金和政策支持：推动长时储能装机增长。 ，长时循能授术种类较多，包括抽水蓄能、压缩空气储能、液流电池情能、储热醛冷、储氢等，这些疫术为可再生能源的大规模利用提供强有力的支撑。 挑战 ·新型长时储能投资建设成本相对骏高：相关的政策和市场机制还不够完善，成本回收机制有待 建立。 ，当前储能项目中存在若利用率偏低的普遍问题，许多储能电站建而不用，造成资源浪费 ·新型长时储能技术目前仍处于发展中：多数技术仍面临技术瓶颈。 01 机遇及建议 “十四五”时期是我国实现碳达峰目标的关键期和窗口期，也是新型循能发展的更要战略机追期，多项国家政策和市场交易机制陆续出台，新型长时储能市场化进入快车道。具体建议如下： 电力韩助市场政策，提高储能项目经济性。 提高储能项目利用率，因地制宜配置储能规模和型式，推广“共享储能”的商业模式，实现多 方共。 通过技术示范：推动长时储能多元化、产业化发展：突破技术瓶颈：提升储能的经济性和安 全性。 报告作者：李蕴洁 张梦云 冉泽 liyunjie@cet.net.cn zhangmengyun@cet.net.cn ranze@cet.net.cn 02 现状 为了应对气候变化和实现全球能源转型：可再生能源在整个能源体系中的占比增加，带动了机量显著提升，可再生能源全球装机增量未求五年有望解雷，预计到2025年初：可再生能源将 能源的目标：可再生能源发展预计将送一步加速。裁至2022年底，中国可再生能源装机12.13 亿干瓦，超过了煤电装机规模，在全部发电总装机占比上升到47.3%：可再生能源年发电量 2.7万亿干瓦时，占全社会用电量的31.6%。 储能技术是解决以风、光为主的新能源系统波动性、间欧性的有效技术，对建立新型电力系统 具有关键的支摔作用，具有重大的战略意义。储能产业研究白皮书20233指出，截至2022年底，全球已投运电力储能项目累计装机规模237.2GW，年增长率15%，中国已投运电力储能项日累计装机规模59.8GVW：占全球市场总规模的25%。 根据不同的时长要求和应用场景储能 ≥4小时 约1~2小时 ≤30分钟 ≥15分钟 容量型 能量型 功率型 备用型 随差新能源装机容量和发电比例的提升：对循能时长的要求越来越高，容量型储能的需求日益增长。容量型长时储能可以提供数小时、数天、数周乃至更长时间的电力供应技术方案，减小峰谷差，提升电力系统效率和设备利用率，提高电力系统的稳定性，为洁洁能源的稳定输出和消纳提供有力保障。 长时储能是在普通储能系统的基出上，可实现跨天、跨月，乃至跨季节充放电循环的情能系统：但目前国内外对于长时储能的充放电时长暂未达成统一标准，一般将持续放电4小时以上的称作长时储能。 长时储能技术种类较多，包括抽水芦能、压缩空气储能、液流电池储能、储热百冷、储氢等这些技术为可再生能源的大观模利用提供强有力的支撑。 03 >国内外政策规划 国中人 自双碳目标提出以来，中国启动了对储能发展的整体规划部署，密集出台了一系列储能 相关政策。 《关于加快推动新型储能发展的指导意见2021年7月，国家发改委、国家能源同联合发布。明确了到2025年实现紧计装机容量达到3000万千瓦的目标。 &关于鼓励可再生能源发电企业自建或购买调峰能力增加讲网规模的通知2021年8月：国家发改委、国家能源局发布。提出超过电网企业保意性并网以外的规模初期按照功率15%的挂钩比例（时长4小时以上）配建调峰能力，按照20%以上 挂钩比例进行配建的优先并网。 >&“十四五”能源领域科技创新规划” 2021年11月，国家能源同和科技部发布。将开发能量型/容量型储能技术列为巨点任务之 ：针对电网削峰填谷、集中式可再生能源并网等储能应用场景，开展大容三长时储能器件 与系统集成研究。 >《“十四五”新型储能发展实施方案》 2022年1月：国家发改委与国家能源局联合印发。提出，针对新能源消纳和系统调降可题，推动大客量、中长时间尺度储能技术示范。重点试点示范压缩空气、液流电池 高效储热等日到周、周到季时间尺度储能技术，以及可再生能源制氧氢、制氢等更长周期 储能技术，满足多时间尺度应用需求。 04 世界各国也积极部署长时储能技术支撑能源转型 >美国 美国能源部2021年公布了“长时储能攻关计划”：目的是在未来将电网规模绪能系统的成本降低90%：使其能够提供10小时以上的储能时间。 2022年发布的《通胀削减法案》首次将独立储能纳入了投资税收抵免的补贴范围， 不再限制与太阳能发电配合使用，最高可获得70%的投资税收抵免，同时将原计 划于2023开始的补贴退坡延后了十年，至2033年后才开始逐渐退坡 2022年11月，美国能源部宣布，将为长时储能项目提供至少>3.5亿美元的资金支 持，充放电循环时长在10小时以上的零碳且低成本的长时储能技术都有望获得资助。 >英国 2022年2月宣布拨款3960万英榜，用于支持英国的创新性长时储能技术项目， 覆盖无隔膜绿氢电解槽、更力储能、全钒液流电池、先进压缩空气储能、海水+压 缩空气联合储能等技术路线。 2023年4月：英国宣布通过“长时储能竞赛”投入2980万英镑，支持3个长时 储能前沿技术研发示范项目：包括抽水蓄热、全钒液流电池、储热和压缩空气储能。 此外：德国、法国、意大利等多国也相继表示对长时储能技术提供资金和政策支持，推动长时储能装机的增长，支摔高比例可再生能源电网的稳定性。 05 >长时储能技术路线及发展现状 储能应用场景的多样性决定了储能技术也向若多元化发展。循能技术按照技术原理可分为5类：机械储能、化学储能、电化学储能、热储能。传统储能技术以拍水声能和电化学储能为主，随若国家对于储能产业的互视以及技术更新速度的加快、制造工艺的发展，多种新型储能技术已 经在实际工程中得到应用，而且在电力系统各个环节发挥重要作用。虽然长时储能技术多处于商业化早期阶段：仍未大规模普及应用，但近年在规模上有所突破：应用模式也逐渐增多，技术各有干秋。 图1：长时储能不同技术路线对比 分类储能技术能量效率持续充放电时间响应时间寿命特点 机械储能 抽水蓝能 7080% 810h 分钟级 >30年 压空气储能 5070% 410h 分种级 4050年 锂离子电池 8598% 0.54h 百毫秒级 5-10年 电化学储能 全乳液流电池 7585% 424h 百童抄级 5-15年 技术成熟、成本低、 寿命长 性能稳定、寿命长 能量密度大 安全生高、赤命长、 容量大 化学储能氧储能 5575% 数小时一数店分钟级10-15年大容量、长同期、 旁季节、远距离 热储能溶盐储能70%10小时以上2030年韧哎大、诺前时问长、 寿命长 数据来源：《电力储能技术发展现状及走向分析折》13、《长时储能技术及典型案例分析》 06 压缩空气储能技术 压缩空气储能是大规模超长时间尺度的储能技术，县有规模大、寿命长、单位成本低、清洁无污染等优势，同时可以实现调峰、调频、调相等功能5。压缩空气储能技术的基本原理为在非用电高峰期消耗多余电能，将空气压缩并储存在储气设备内，在用电高峰期将高压空气释放，推动电机发电，从而实现电网削蜂填谷、提高电网稳定性和可靠性。压缩空气可以呈现气态、液态，超临界态储存。压缩空气储能具有本质上的高安全性，空气扩散能力强，不具可燃性，无展炸和燃烧风险6。目前，压缩空气诺能从规模、效率，成本，及使用寿命上，能够对标同为物理储能的拍水蓄能间，西北、北京等缺水地区可以用压缩空气储能替代抽水茎能。 压缩空气储能 传统压缩空气储能新型压缩空气储能 传统压缩空气储能在释放能量时需新型压缩空气储能一般带有声热系要将高压空气从储气室导入燃烧室，利统，能够将压缩储能阶段产生的热量回用燃料燃烧加熟升温后，驱动涡轮机发收，并用于加热释能阶段膨长做功的高电，需要消耗天然气等化石然料。压空气。由于蓄热系统的加入，压缩热 得到回收利用，储能效率获得提高。 目前，国际上德国和美国已经有商业化的传统压缩空气储能电站，但存在依赖化石然料、效 率低、能量密度低等缺点。近年来，中国积极发展压缩空气储能技术，已建成多个示范项目，2022年：中国科学院工程热物理研究所储能研发团队在河北张家口市张北县建设了国际首套 100MW新型压缩空气储能系统并实现并网发电，系统效率达70.2%，在国际上处于领先地位： 07 液流电池储能 液流电池通过电解液内离子价态变化产生的能量差实见电能储和释放，可实现电化学反 应与能量储存场所的分离，使得电池功率与储能容量设计相对独立，适合大规模萃电储能需求。液流电池具有储能规模大、安全性高、效率高、寿命长、生命同期的性价比高等特点。 目前主要的液流电池包括全钒液 流电池、锌基液流电池、铁铬液流电 全钒液流电池优势 池，其中全钒液流电池是技术成熟度具有本质安全、设计灵活、充放电效率高、寿命 最高，商业化进程最快，度电成本最长、成熟度高等特征 低的技术路线，其余类型的液流电池能够满足大规模跨天甚至跨月的充放电需求，是 长时储能领域首选的电化学储能技术路线网， 还有待进一步的技术突破。 国内在全钒液流电池领域也已建成多个示范项目，2022年中国科学院大连化学物建研究所提供技术支撑的汽今全球功率最大、容最大的百兆有级液流电池储能调降电站正式升网发电。该目是国家能源同批准建设的首个国家级大型化学储能示范项目，本次并网的是 该电站的一期工程，规模为100兆瓦（MW）（400兆瓦时（MWh）。 全钒液流电池成本主要来白电堆和电解液：受到脑膜等电堆材料及钒价格的影响，目前全钒液流电池的市场规模较小，其初装成本仍然较高，而随若技术进步和规模化发展，未米全钒液流电池的成本仍有下降空间。尽管全钒液流电池一次性投入成本较高，未来或可通过租赁电解液建立新的商业模式，从而降低投入成本。 08 锂电池储能 锂离子电池优势为了适应储能应用需求，中国开始自主研发大容量电力储能专用电池，探索出了锂浆料电池，降 具有储能密度高、充放电效 率高，响应速度快、产业链 完整等优点， 低了电池制造成本。在钰浆料电池的基硅上，进一步发展出半开放键浆储能专用电池。半开放涅浆储 能专用电池主要适用于光伏发电，储能时长可达4 通是近几年发展最快的电化学小时以上。工作原理与链电池类似：但具备三个优 诸能技术。 锂离子电池缺点 势。一是安全性更高。半开放意味若有管路跟大容 量电芯直接连接，一旦电池如果出现故障可以直接往电芯内部注入安全剂，达到电芯内部的本质安全。 遍价格高，体积小，且具而但电的安全性控制只能喷游到模组级别：到不了 备安全风险，不适宜大型储 场示电芯内部。二是可以对电池进行修补，而锂电池不能修补。三是易于回收。可以直接用高压水枪把极 片整休冲洗，通过锂补充