全球長時儲能理事會發(fā)布長時儲能白皮書（摘要及文件）
分類：前沿資訊
- 作者：謝偉
- 發(fā)布時間：2021-11-26
【概要描述】長時儲能技術(shù)在實(shí)現(xiàn)2040凈零排放與2050碳中和目標(biāo)的過程中，將扮演怎樣的角色？我們還需要做些什么來推動這些技術(shù)的迅速發(fā)展？
報告摘要
全球現(xiàn)在并未按照預(yù)想的計(jì)劃在控制暖化不超過1.5攝氏度的道路上前進(jìn)，要達(dá)到這一巴黎協(xié)定所制定的目標(biāo)，人類需要在各行各業(yè)盡最大可能進(jìn)行減排。而占到全球三分之一碳排放量的電力行業(yè)必將是這場全球減碳戰(zhàn)役的主導(dǎo)，且需要在2040年達(dá)到凈零排放的目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，電力行業(yè)需要借助創(chuàng)新技術(shù)來解決三個關(guān)鍵問題：1. 將現(xiàn)有發(fā)電量提升三倍已滿足未來全球用電的需求；2.發(fā)電技術(shù)完成從化石燃料向可再生能源的轉(zhuǎn)變；3. 維持社會和經(jīng)濟(jì)成本在可接受范圍內(nèi)。
在分析了一萬多個關(guān)于成本-性能的數(shù)據(jù)后，這項(xiàng)報告提出要保證將來可再生能源占發(fā)電主體的電力系統(tǒng)的平滑性和穩(wěn)定性，除了現(xiàn)有的鋰電池和氫氣燃機(jī)技術(shù)外，長時儲能技術(shù)將是必不可少的解決方案。
長時儲能技術(shù)包含多種儲能形式，并且有望實(shí)現(xiàn)長時間尺度儲能的低成本化和規(guī)模化生產(chǎn)。在現(xiàn)有短時儲能鋰電池技術(shù)的基礎(chǔ)上，這些技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)幾小時、幾天、甚至幾個星期的儲能需求，以保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。不過，不同的長時儲能技術(shù)還處在不同的技術(shù)成熟度上。這份報告將主要探討新型儲能技術(shù)：機(jī)械儲能、熱儲能、化學(xué)儲能、以及電化學(xué)儲能。而鋰電池、分布式氫氣燃機(jī)、及抽水蓄能等技術(shù)將不在討論之列。
當(dāng)前快速增長的可再生能源發(fā)電裝機(jī)量已經(jīng)開始對電力系統(tǒng)造成沖擊與挑戰(zhàn)，包括發(fā)電量與用電量的不匹配，電網(wǎng)中電力流向的改變，以及可以人為調(diào)控輸出的化石燃料發(fā)電占比逐漸下降。這些挑戰(zhàn)都迫切地召喚著創(chuàng)新解決方案以解決電網(wǎng)在不同時間尺度上的穩(wěn)定性，包括日間的、幾天到幾周的、以及季節(jié)性的。
長時儲能就是最合適的解決方案之一，因?yàn)樗鼈兛梢詫?shí)現(xiàn)極低的度電成本：1. 它們解耦了儲能的容量和充放電的功率；2.它們可以在各種地形或環(huán)境中大規(guī)模使用；3. 相比于升級輸配電網(wǎng)絡(luò)，它們的裝機(jī)速度非?？??；谝陨蠋讉€原因，越來越多的資本開始進(jìn)入這一領(lǐng)域，到目前為止全球已有超過5GW/65GWh總裝機(jī)的長時儲能項(xiàng)目在運(yùn)行或建設(shè)中。
而這還只是剛剛起步，因?yàn)槲覀兊哪Ｐ头治鲲@示到2040年長時儲能技術(shù)有望達(dá)到1.5-2.5TW總裝機(jī)規(guī)模，是目前全部儲能裝機(jī)量的8-15倍。相應(yīng)的，到2040年長時儲能容量將達(dá)到85-150TWh，到時能儲存全球用電量的10%。這些裝機(jī)容量需要的投資金額將達(dá)到總計(jì)1.5-3萬億美元，到2040年將產(chǎn)生大約1.3萬億美元的投資回報。
這些數(shù)字的規(guī)模反映了長時儲能技術(shù)的廣泛用途以及它們在平衡電力系統(tǒng)和提高效率方面可以發(fā)揮的核心作用。其中包括維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、助力企業(yè)簽訂電力購買協(xié)議、以及為使用偏遠(yuǎn)或不穩(wěn)定電網(wǎng)的企業(yè)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。同樣，在離網(wǎng)系統(tǒng)中使用長時儲能也有很大的潛力，因?yàn)殡x網(wǎng)系統(tǒng)的靈活性較低，且目前嚴(yán)重依賴化石燃料。但到目前為止，預(yù)計(jì)大部分的長時儲能部署還是將與電力系統(tǒng)的調(diào)峰、調(diào)頻和輸配電網(wǎng)絡(luò)效率優(yōu)化等核心任務(wù)相關(guān)。
總之，長時儲能在許多（但不是所有）情況下提供了低成本的靈活性解決方案。為了到 2040 年實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的最低成本脫碳，需要部署多樣化的解決方案，因?yàn)榇笠?guī)模部署長時儲能的回報是巨大的。根據(jù)估算，到2040年，長時儲能的部署可減少每年15-23億噸二氧化碳的排放，即當(dāng)前全部電力系統(tǒng)排放量的10%至15%。僅在美國，到2040年的時候，長時儲能每年就可以為電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完全脫碳節(jié)約350億美元。
實(shí)現(xiàn)這個部署規(guī)模需要大幅降低長時儲能技術(shù)的成本。長時儲能理事會成員公司提供的預(yù)測表明，這些都是可以實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)樵诖酥暗钠渌屡d能源技術(shù)（包括太陽能光伏和風(fēng)能）的發(fā)展提供了可以借鑒的道路?？傊杀窘档蛯⑷Q于研發(fā)、產(chǎn)量和規(guī)模生產(chǎn)效率的改進(jìn)。同樣，長時儲能的部署進(jìn)度也將與電力系統(tǒng)的脫碳率和可再生能源發(fā)電裝機(jī)量密切相關(guān)。
雖然長時儲能技術(shù)仍處于起步階段，但在未來幾年它們的裝機(jī)量將快速攀升。在最理想的脫碳進(jìn)度下，模型預(yù)測到2025年長時儲能的裝機(jī)量將達(dá)到30-40GW/1TWh。當(dāng)可再生能源在電力系統(tǒng)的發(fā)電量中占到60%-70%的市場份額時，長時儲能將迎來一個重要的里程碑，這也是設(shè)定了激進(jìn)目標(biāo)的國家將在2025年到2035年之間實(shí)現(xiàn)的情景，將促使長時儲能技術(shù)作為成本最低的靈活性解決方案得到廣泛應(yīng)用。
然而，在實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)之前，需要政府采取行動幫助降低成本、引導(dǎo)投資走向、并發(fā)出市場信號，使投資者能夠從長時儲能投資上獲得有吸引力的回報。一個有利的政府環(huán)境應(yīng)推出以下措施1. 長遠(yuǎn)的系統(tǒng)規(guī)劃；2. 早期補(bǔ)償機(jī)制，以在市場處于起步階段時降低投資者的風(fēng)險；3. 支持性政策、法規(guī)和市場機(jī)制的設(shè)計(jì)。
長遠(yuǎn)的系統(tǒng)規(guī)劃，包括明確的可再生能源占比階段目標(biāo)，對于建立投資者信心至關(guān)重要。對早期部署和規(guī)模化生產(chǎn)的支持政策將有助于啟動市場，并迅速降低成本曲線。最后，有效的市場機(jī)制設(shè)計(jì)，例如能夠充分發(fā)揮長時儲能價值的裝機(jī)政策和市場交易機(jī)制，將使投資者能夠從中贏利?？傊@些措施將最終促使我們以最低的社會經(jīng)濟(jì)成本實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型。
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參考文獻(xiàn)：
1. https://www.ldescouncil.com/
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深圳市中和儲能科技有限公司，立足于研發(fā)、推廣與應(yīng)用儲能技術(shù)，旨在通過電化學(xué)儲能技術(shù)的應(yīng)用助力于實(shí)現(xiàn)中國“碳中和”的目標(biāo)。發(fā)展初期，公司專注利用在儲能領(lǐng)域已經(jīng)積累多年的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)及杰出的研發(fā)能力向中國儲能市場提供技術(shù)支持與咨詢服務(wù)。同時，公司著重于對中國儲能市場進(jìn)行調(diào)查與分析，為中國市場研發(fā)或引入最先進(jìn)、最有效的儲能技術(shù)，包括但不限于：液流電池系統(tǒng)，鋰離子電池材料，燃料電池，離子交換膜。