發展長時儲能 推動構建新型電力系統

　　在實現“雙碳”目標背景下，風電、太陽能發電等新能源發電發展迅速，其波動性給電力系統穩定運行和供需平衡帶來挑戰。長時儲能憑借長周期、大容量特性，能夠在長時間維度上平抑新能源發電帶來的波動，保障季節性及極端天氣下的電力供應。

國網新源新疆阜康抽水蓄能電站下水庫。耿文浩 攝

　　目前，國內外對于長時儲能的放電時長尚未統一定義，國內一般認為持續放電時長在4小時以上的技術屬于長時儲能，主要包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、熔鹽儲熱、液流電池和氫儲能等5種類型。發展長時儲能對我國保障能源安全、推動能源綠色低碳轉型、促進能源高質量發展具有重要意義。

　　長時儲能是保障新型電力系統安全穩定運行的重要手段

　　國網能源研究院有限公司預測：2060年全社會用電量約15.7萬億千瓦時，電源裝機將超過67億千瓦，非化石能源裝機占比和發電量占比均超過80%;其中，風能、太陽能發電裝機將超過40億千瓦，裝機占比超過60%，發電量占比超過50%。

　　隨著新能源電源和電力電子設備大規模接入，電力系統高比例可再生能源、高比例電力電子設備的“雙高”特征凸顯，系統轉動慣量持續下降，調頻、調壓能力不足，使得電力實時平衡難度增大，這對電力系統調節資源提出了巨大的需求。同時，風電、太陽能發電易受天氣影響，“極熱無風、極寒少光”特點明顯，出現極端天氣時出力不穩定，容易造成電力供需不平衡。根據仿真分析，當電力系統中風電、太陽能發電量占比超過50%時，需要解決數天、數周乃至跨季節的電力電量平衡問題。由于2至4小時的短時儲能不具備相應的支撐能力，大規模長周期儲能的作用將會進一步凸顯。

　　與短時儲能相比，長時儲能在提升新能源發電消納能力、增強電網靈活性等方面優勢更明顯，尤其是應對季節性氣候或極端天氣時，長時儲能可以提供更長時間的電力安全保障儲備，實現跨天、跨月甚至跨季節的充放電循環。“新能源+長時儲能”將成為保障新型電力系統安全穩定運行的重要解決方案之一。

　　長時儲能技術在不同時間尺度調節場景下發揮作用

　　國家發展改革委和國家能源局對儲能發展進行了整體規劃部署，出臺了《“十四五”新型儲能發展實施方案》等文件，要求重點試點示范壓縮空氣、液流電池、高效儲熱等日到周、周到季時間尺度儲能技術，以及可再生能源制氫、制氨等更長周期儲能技術，滿足多時間尺度應用需求。

　　根據日、周、季等時間尺度，長時儲能分為日長時儲能(4至12小時)、周長時儲能(12至100小時)和季長時儲能(100小時以上)。日長時儲能主要應用于日間能量轉換，周長時儲能主要應用于多天電力平衡，季長時儲能主要應用于季節電力平衡以及極端天氣下的電力平衡。

　　綜合考慮當前長時儲能技術放電時長和容量、效率、經濟性、技術成熟度等多種因素，日調節、周調節以及季調節場景適用不同的長時儲能技術。

　　在日調節場景下，抽水蓄能是最適用的儲能技術。當前，火電機組仍是我國電力系統靈活性的主要支撐，儲能主要用于日間調峰。抽水蓄能憑借技術成熟以及成本低等優勢成為長時儲能的主流方式，而壓縮空氣儲能、熔鹽儲熱、液流電池和氫儲能等仍處在工程示范階段，在當前市場機制下不具備競爭力。

　　在周調節場景下，壓縮空氣儲能、熔鹽儲熱和液流電池等將成為長時儲能的主要方式，形成多元化競爭格局。隨著新能源占比逐步提高，電力系統對長時儲能的需求進一步增加，將推動多種長時儲能技術應用。壓縮空氣儲能依靠大型地下洞穴或地上儲氣室進行儲氣，隨著深冷液化、超臨界等技術取得突破，可作為抽水蓄能的補充。熔鹽儲熱在光熱發電、火電機組靈活性改造以及熱電聯供等場景具有明顯優勢，是大規模中高溫儲熱的主流技術。液流電池功率和容量解耦，擴容性強，不受地理條件限制，采用模塊化設計，有利于提高儲能的規模和靈活性。

　　在季調節場景下，氫儲能是最適用的大規模、長周期儲能方式。到2060年，新能源將成為發電主力且成本大幅降低。由于風電具有較強的隨機性、間歇性和反調峰特性，風資源豐富的地區更需要跨季節長時儲能來保障季節性電力平衡和極端天氣下的電力供應。與其他儲能方式相比，氫儲能在放電時長和容量上具有明顯優勢，儲存形式多樣，不受地理條件限制，有望成為跨季節長時儲能技術的首選。氫儲能隨著制、儲、輸、用等方面技術不斷突破，成本將大幅降低，能夠應用于電力系統各個環節。

　　需從政策、技術和應用等方面推動長時儲能發展

　　構建新型電力系統需要不同時長的儲能技術，以滿足各類場景的調節需求。然而，長時儲能整體上還處于初步發展階段，技術類型較多，商業模式和運行機制尚不完善，產業發展規模較小，還沒有形成完整的產業鏈，成本也有待進一步下降。為此，需要從政策、技術和應用等三方面推動長時儲能技術發展。

　　在政策方面，建議出臺適用于長時儲能發展的電力市場機制，完善長時儲能相關市場價格機制，建立合理的長效補償和補償監管機制，加大對長時儲能產業發展的支持力度，促進長時儲能產業可持續發展。

　　在技術方面，建議持續跟蹤長時儲能技術在成本、效率、安全、應用等方面的創新研究，適時開展部分長時儲能相關礦產資源儲備，加強長時儲能全產業鏈經濟性與技術成熟度分析，以科技創新推動長時儲能技術的多元化應用研究和工程示范。

　　在應用方面，建議結合新型電力系統的建設階段，分析研判長時儲能技術在新型電力系統中的場景適用性，厘清長時儲能技術演變路徑，統籌發展應用長時儲能和短時儲能，明確各類儲能技術的建設時序和區域布局，更好地服務新型電力系統建設。

　　(作者：閆華光 康建東 李揚 單位：國家電網有限公司大數據中心 中國電力科學研究院)