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“善弈者謀局，不善弈者謀子”，最近幾年，伴隨著各種新能源技術(shù)相繼興起，以光伏、風(fēng)電等新型能源的裝機(jī)比例以及放電量逐年提升，風(fēng)光電力波動(dòng)性、間歇性等對(duì)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)提出了挑戰(zhàn)，構(gòu)建新型的電力系統(tǒng)迫在眉睫，電力儲(chǔ)能技術(shù)在新型電力系統(tǒng)中將扮演重要角色。尤其是加州、澳大利亞等以風(fēng)光為主要電力的區(qū)域遭遇的大停電事件，引起了人們對(duì)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)（LDES）的價(jià)值更多關(guān)注，全球主要地區(qū)將長(zhǎng)時(shí)電力儲(chǔ)能技術(shù)視為新型戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，爭(zhēng)相布局。其中加州公共事業(yè)委員會(huì)（California Public Utilities Commission）等將LDES技術(shù)定義為一種可以在額定功率下穩(wěn)定放電不少于8小時(shí)的電力儲(chǔ)能技術(shù)。

一、主流的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)

普遍認(rèn)為可以滿(mǎn)足長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能條件的儲(chǔ)能技術(shù)主要有：抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、液流電池以及其它新型電力儲(chǔ)能技術(shù)，通常在長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)中并不包括鋰離子電池儲(chǔ)能技術(shù),典型長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)指標(biāo)如下表所示。與常規(guī)的短時(shí)儲(chǔ)能相比，這些LDES技術(shù)不僅僅在放電時(shí)間上存在差異，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和基本特性上也有顯著差異，許多LDES技術(shù)的應(yīng)用涉及電力、運(yùn)輸、供熱等多個(gè)領(lǐng)域。評(píng)估這些儲(chǔ)能技術(shù)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性面臨很多障礙，基于一手?jǐn)?shù)據(jù)北卡羅來(lái)納大學(xué)學(xué)者對(duì)新興的LDES技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比，并對(duì)一些應(yīng)用案例進(jìn)行了討論。


重力儲(chǔ)能技術(shù)

以抽水蓄能（PSH）為代表的傳統(tǒng)的重力儲(chǔ)能技術(shù)，盡管沒(méi)有證據(jù)表明對(duì)生態(tài)環(huán)境有嚴(yán)重的影響，但能量密度以及地理環(huán)境的限制，促使一些研究者開(kāi)發(fā)出另外一些新型的儲(chǔ)能技術(shù)，其中包括Gracis city、Energy Vault以及Energozapas公司，Gracis city公司主要利用廢棄的礦井，實(shí)現(xiàn)地下重力儲(chǔ)存系統(tǒng)，用絞車(chē)代替抽水蓄能發(fā)電機(jī)組，根據(jù)介紹這家公司可開(kāi)發(fā)技術(shù)能夠釋放重達(dá)12000噸重物，已經(jīng)建成了一個(gè)250千瓦的示范項(xiàng)目，另外正在積極的開(kāi)發(fā)一個(gè)4兆瓦商業(yè)化項(xiàng)目，Energy Vault技術(shù)原理與Gracis city相同，主要實(shí)現(xiàn)地上重力儲(chǔ)能，通過(guò)在地上建設(shè)塔架，并利用起重機(jī)或類(lèi)似技術(shù)實(shí)現(xiàn)重物移動(dòng)，目前該公司正在積極開(kāi)拓中國(guó)市場(chǎng)。Energozapas位于俄羅斯這家公司主要利用軌道位置高低來(lái)實(shí)現(xiàn)電力的存儲(chǔ)與釋放，使用軌道將重物在山上和山下移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)能量存儲(chǔ)，公司已經(jīng)在加利福尼亞州完成了一個(gè)示范項(xiàng)目，另外正在積極推進(jìn)50 MW商業(yè)化項(xiàng)目。相比于PSH這些儲(chǔ)能技術(shù)，更容易模塊化、響應(yīng)速度較快，且避免了因蒸發(fā)帶來(lái)的能量損失。

壓縮空氣儲(chǔ)能

壓縮空氣儲(chǔ)能主要分絕熱與非絕熱兩大類(lèi)，其中非絕熱壓縮空氣在發(fā)電過(guò)程中需要燃燒化石燃料對(duì)空氣進(jìn)行加熱，絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)將壓縮空氣過(guò)程中產(chǎn)生的熱量進(jìn)行了收集，原理上來(lái)看絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能效率更高。根據(jù)報(bào)道，當(dāng)前壓縮空氣儲(chǔ)能效率可達(dá)65%以上，隨著系統(tǒng)規(guī)模的不斷增加，效率有所提高。國(guó)際上出現(xiàn)了一批從事壓縮空氣的公司，包括Hydrostor、Highview等公司，并開(kāi)發(fā)了相關(guān)示范項(xiàng)目對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證，國(guó)內(nèi)中科院物理所和清華大學(xué)均有相關(guān)項(xiàng)目正在建設(shè)中，技術(shù)上國(guó)內(nèi)處于第一梯隊(duì)。盡管絕熱壓縮空氣有諸多好處，但相比于非絕熱系統(tǒng)維護(hù)成本顯著增高。

熱儲(chǔ)能技術(shù)

熱儲(chǔ)能市場(chǎng)規(guī)模十分龐大，并不比電力儲(chǔ)能技術(shù)市場(chǎng)規(guī)模小，通常熱儲(chǔ)能技術(shù)可分為顯熱、潛熱和熱化學(xué)反應(yīng)三大類(lèi)。其中顯熱儲(chǔ)熱密度從10-50 kWh/ton，潛熱為50-150 kWh/ton（50-200 kWh/m3）

熱化學(xué)儲(chǔ)熱為120–250 kWh/噸（200–600 kWh/m3）。其中在發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用最多的主要為融鹽儲(chǔ)熱，通常在光熱電站中應(yīng)用的較多，可滿(mǎn)足4-10h甚至更長(zhǎng)時(shí)間能量存儲(chǔ)，可保障整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全天發(fā)電。按照現(xiàn)有在運(yùn)行項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)估，光熱電站儲(chǔ)熱效率為67%，系統(tǒng)為1.6MW/16MWh，成本大概在18美元/kwh。美國(guó)NREL對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了評(píng)估，隨著系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，成本有望降低至10美元/KWh。

液流電池儲(chǔ)能技術(shù)

液流電池技術(shù)種類(lèi)較多，包括全釩。全鐵、鋅鐵、鐵鉻、鋅溴等多個(gè)體系，液流電池得益于功率和能量單元分離的特征可實(shí)現(xiàn)電力長(zhǎng)時(shí)間純儲(chǔ)，可滿(mǎn)足8h以上電力存儲(chǔ)。其中釩液流電池技術(shù)更成熟，能量密度和充放電效率最高，被視為最具競(jìng)爭(zhēng)力，但釩液流電池初始投資成本較高，3300元/KWh的投資成本限制了大規(guī)模應(yīng)用，目前行業(yè)正在開(kāi)發(fā)一些其它廉價(jià)體系的液流電池，比如Primus Power主要開(kāi)發(fā)鋅溴電池，我國(guó)國(guó)電投主要開(kāi)發(fā)鐵鉻電池，但新化學(xué)體系電池相關(guān)實(shí)證項(xiàng)目較少，運(yùn)行時(shí)間基本都比較短。

P2G技術(shù)

電力轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w已成為一種潛在的電力轉(zhuǎn)換方式，如通過(guò)電制氫，或者轉(zhuǎn)化為其它氣體可實(shí)現(xiàn)電力大規(guī)模長(zhǎng)期(季節(jié))性存儲(chǔ)，電制氣有利于實(shí)現(xiàn)能源、電力、交通和熱力之間的耦合。限制電制氣的主要影響因素包括轉(zhuǎn)化效率較低以及電解槽設(shè)備的初始投資較高等因素。目前，全球氫產(chǎn)量中只有4%來(lái)自水，全球范圍內(nèi)部分公司正在積極的推進(jìn)P2G項(xiàng)目，典型的如LG和FuelCell Energy公司，在德國(guó)，韋爾特公司使用14.4兆瓦的海上風(fēng)力發(fā)電為6 MW AEL電解槽供電，制備氫氣，并與二氧化碳合成甲烷。

二、針對(duì)上述長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)

對(duì)不同長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能進(jìn)行進(jìn)行了對(duì)比，主要通過(guò)占地面積、部署靈活性、效率、投資成本等幾個(gè)方面對(duì)不同的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行了討論。其中部署靈活和占地面積方面，認(rèn)為抽水蓄能受到的限制較多，另外壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)也存在相關(guān)問(wèn)題。從效率指標(biāo)來(lái)看，鋰離子電池幾乎是最高的，但鋰離子電池功率單元能能量單元解耦比較困難，隨著系統(tǒng)不斷增大，電池?zé)峁芾硖魬?zhàn)越來(lái)越高，超過(guò)一定時(shí)間后效率會(huì)下降，在季節(jié)性時(shí)間尺度上，基于物理的電力存儲(chǔ)技術(shù)（如重力和PSH）具有相對(duì)較高的效率和低怠速損耗，甚至超越鋰離子電池。其中熱儲(chǔ)能技術(shù)，效率取決于絕熱技術(shù)，目前項(xiàng)目部署的主要時(shí)間尺度有較低，在大多數(shù)熱力系統(tǒng)的估計(jì)損失為3–10%每周，關(guān)于氫器存儲(chǔ)和運(yùn)輸在現(xiàn)階段均存在較大的問(wèn)題，以液氫為例，幾乎每天的蒸發(fā)量可達(dá)5%左右。從成本上來(lái)，鋰離子電池在4h以下系統(tǒng)中具備較大競(jìng)爭(zhēng)力，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，儲(chǔ)熱、重力儲(chǔ)能、抽水蓄能、液流電池的優(yōu)勢(shì)逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。


三、總結(jié)

綜合來(lái)看，液流電池在長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)中具備一定的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)提高其利用率即使用頻次能夠顯著提升液流電池技術(shù)在長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能中經(jīng)濟(jì)性，目前閑置率較低以及初始投資成本較高在一定程度上限制了其應(yīng)用。在季節(jié)性時(shí)間尺度上，短期內(nèi)主要還是以抽水蓄能為主，其它一些新型重力儲(chǔ)能技術(shù)可能有一定的市場(chǎng)份額，另外短期來(lái)看儲(chǔ)氫和儲(chǔ)熱不具備經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

 原標(biāo)題： 長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能：技術(shù)路線百花齊放，誰(shuí)主沉浮？