實(shí)現碳達峰碳中和是一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟社會(huì )系統性變革，其核心是能源結構轉型。能源結構轉型是指由化石能源為主逐步轉變?yōu)榭稍偕茉礊橹鞯男滦湍茉大w系，相應地，電力系統也將發(fā)生系統性變革。隨著(zhù)雙碳目標的深入推進(jìn)，可再生能源規?；l(fā)展與其不穩定天然屬性的矛盾日益突出，已成為構建新型能源體系的重大挑戰。
儲能在新型能源體系中發(fā)揮著(zhù)重要作用，如何立足我國能源資源稟賦的基本國情，科學(xué)規劃和高質(zhì)量發(fā)展各類(lèi)儲能技術(shù)，是新型能源體系的重點(diǎn)議題。近年來(lái)，隨著(zhù)我國可再生能源快速發(fā)展，尤其2023年我國可再生能源占電力總裝機比例首次突破50%，具有里程碑意義。由于長(cháng)時(shí)儲能技術(shù)可以賦予電網(wǎng)更高的可靠性和靈活性來(lái)支撐和補充可再生能源大規模接入，長(cháng)時(shí)儲能得到越來(lái)越多的關(guān)注，被認為是未來(lái)儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。但是，我國長(cháng)時(shí)儲能尚處于發(fā)展早期，對其定義尚未完全統一，還存在諸多挑戰，影響其高質(zhì)量發(fā)展，本文將進(jìn)行初步探討。
何為長(cháng)時(shí)儲能
從世界范圍來(lái)看，國際上對長(cháng)時(shí)儲能還沒(méi)有統一的定義。不同的國家和機構，根據能源結構、電力系統、政策與市場(chǎng)特點(diǎn)，給出了不同的長(cháng)時(shí)儲能定義。美國能源部(DOE)的定義是額定功率持續運行(放電)10小時(shí)以上，使用壽命在15年至20年的儲能系統;美國桑迪亞國家實(shí)驗室認為長(cháng)時(shí)儲能技術(shù)是持續放電時(shí)間不低于4小時(shí)的儲能技術(shù);美國加利福尼亞能源委員會(huì )(CEC)和美國能源部高級計劃研究局(ARPA E)定義10小時(shí)及以上的儲能系統是長(cháng)時(shí)儲能;國際長(cháng)時(shí)儲能委員會(huì )(LDESC)提出了兩種定義，即8~24小時(shí)的長(cháng)時(shí)儲能以及24小時(shí)以上的儲能技術(shù)。
結合美國可再生能源發(fā)展現狀可以看出，近年來(lái)，美國可再生能源得到了快速發(fā)展，多個(gè)地區逐步采用4小時(shí)儲能系統用于峰值電力需求服務(wù)，部分地區制訂了“4小時(shí)容量規則”，允許持續4小時(shí)以上的儲能系統在容量市場(chǎng)或其他提供容量的合同中獲得補償?；谶@一規則，在2021年到2022年美國部署的儲能系統中，約有40%是持續時(shí)間4小時(shí)的儲能系統。但是，由于美國現行電網(wǎng)系統和電力設備的老化，已經(jīng)開(kāi)始面臨電網(wǎng)限制和并網(wǎng)排隊積壓等問(wèn)題，面對電力需求的持續上漲以及可再生能源高比例接入，美國急需高于4小時(shí)的儲能，以便提高電網(wǎng)效率和可靠性來(lái)接納可再生能源。
從電網(wǎng)結構與用電規?？?，中國和美國的情況較為相似;但是從可再生能源發(fā)展規模與技術(shù)水平而言，我國在裝機容量和發(fā)電量?jì)蓚€(gè)關(guān)鍵指標上，均遠超美國當前水平。因此，基于我國可再生能源和電力系統的現狀和發(fā)展趨勢，我們認為適合我國國情的長(cháng)時(shí)儲能的定義為：在額定功率下能夠實(shí)現持續放電4小時(shí)及以上，或者數天、數月的大規模低成本儲能技術(shù)。具體地，根據我國新型能源系統的發(fā)展階段和靈活性?xún)δ艿目傮w需求，長(cháng)時(shí)儲能技術(shù)又可以分為：
(1)中長(cháng)時(shí)儲能，主要是指在額定功率下持續運行(放電)4-10小時(shí)的儲能系統;
(2)長(cháng)時(shí)儲能，主要是指在額定功率下持續運行(放電)10小時(shí)到1周的儲能系統;
(3)超長(cháng)時(shí)儲能，主要是指在額定功率下持續運行(放電)1周以上的儲能系統。
長(cháng)時(shí)儲能技術(shù)的主要特征和功能
目前，長(cháng)時(shí)儲能可分為物理儲能、化學(xué)儲能、熱儲能和氫儲能4條主線(xiàn)，具體技術(shù)包括：抽水蓄能、壓縮空氣儲能、重力儲能、液流電池、熔鹽儲熱以及各類(lèi)儲氫技術(shù)等。隨著(zhù)可再生能源的大規模發(fā)展，長(cháng)時(shí)儲能技術(shù)將是未來(lái)新型能源系統中的關(guān)鍵環(huán)節，它具有以下主要特征：
一是時(shí)間尺度長(cháng)，長(cháng)時(shí)儲能具有長(cháng)時(shí)間的充放電循環(huán)能力，能夠實(shí)現日內長(cháng)時(shí)、跨天、跨周、跨月乃至跨季節的電力調節，而且隨著(zhù)可再生能源占比增加，電力系統中總儲能時(shí)長(cháng)增加，長(cháng)時(shí)儲能占比提高。
二是儲能容量大，長(cháng)時(shí)儲能具有較大的儲能容量，功率與容量一般可以實(shí)現解耦，可根據不同的功率和容量需求存儲和釋放大量電能。
三是單位成本低，大規模長(cháng)時(shí)儲能可以大幅降低度電成本。以抽水蓄能為例，其度電成本僅0.21-0.25元/kWh。
四是技術(shù)多樣性，長(cháng)時(shí)儲能涵蓋了多種技術(shù)路線(xiàn)，每種技術(shù)都有其獨特的工作原理和適用場(chǎng)景，可以根據實(shí)際需求進(jìn)行選擇和優(yōu)化。不同技術(shù)之間可以相互補充，共同構成更加完善的儲能系統。
一般認為，可再生能源裝機及其發(fā)電量占比不斷提升帶來(lái)的量變，將逐步引發(fā)能源系統特別是電力系統在物理形態(tài)和技術(shù)框架上產(chǎn)生本質(zhì)性變化，在這個(gè)過(guò)程中，長(cháng)時(shí)儲能的占比也將逐步擴大。國際長(cháng)時(shí)儲能理事會(huì )(LDES)在2021年《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第26次年度峰會(huì )上宣布，當可再生能源發(fā)電量占比達到60%至70%，長(cháng)時(shí)儲能將成為“成本最低的靈活性解決方案”，并且預測到2030年，全球長(cháng)時(shí)儲能的累計裝機將達到150-400GW，到2040年，長(cháng)時(shí)儲能的累計裝機進(jìn)一步提升到1.5-2.5TW。
我國已成為可再生能源大國。2023年底，中國可再生能源裝機突破14.5億千瓦，占全國電力總裝機超過(guò)50%，超過(guò)火電裝機，迎來(lái)歷史性的時(shí)刻。長(cháng)時(shí)儲能在這種大規模新能源接入的新型能源系統中將發(fā)揮更加重要的作用：
一是為電力系統提供長(cháng)周期調節能力，支撐能源結構調整。利用長(cháng)時(shí)儲能技術(shù)可以在不同空間尺度和時(shí)間尺度上支撐電力系統實(shí)現跨日、跨周的動(dòng)態(tài)平衡。
二是應對極端天氣下的能源需求，增強電網(wǎng)安全特性。利用長(cháng)時(shí)儲能與超長(cháng)時(shí)儲能技術(shù)可以提高極端天氣下電力系統的安全穩定運行。
三是改善電力系統的靈活性，提升電力系統柔韌性。挖掘與提升短時(shí)儲能價(jià)值，增加部署多時(shí)間尺度儲能技術(shù)，實(shí)現源網(wǎng)荷儲協(xié)同配合，適應新型電力系統發(fā)展，為規劃構建新型能源系統、新型電力系統建設保駕護航。
發(fā)展現狀與主要建議
“十四五”期間， 我國在長(cháng)時(shí)儲能技術(shù)領(lǐng)域取得了突出的成績(jì)。在壓縮空氣儲能、液流電池和氫能領(lǐng)域創(chuàng )造了多個(gè)國際首臺套示范項目;抽水蓄能的單機機組邁向300MW交流勵磁變速抽水蓄能機組;國際首套300MW先進(jìn)壓縮空氣儲能技術(shù)實(shí)現并網(wǎng);儲熱技術(shù)實(shí)現了全球首座電熱熔鹽儲能試驗站和660MW煤電機組耦合蒸汽熔鹽儲熱調峰的投運。新的儲能建設項目中，百兆瓦級和中長(cháng)時(shí)儲能成常態(tài)。預計我國在2030年長(cháng)時(shí)儲能裝機規模約2300萬(wàn)千瓦，約占同期新型儲能裝機總規模的20%;2060年超長(cháng)時(shí)儲能裝機規模約1.5億千瓦。
在政策法規方面，我國政府相繼出臺《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲能發(fā)展的指導意見(jiàn)》、《關(guān)于深化電力體制改革加快構建新型電力系統的意見(jiàn)》等文件，推動(dòng)大容量長(cháng)時(shí)儲能技術(shù)規?；瘧?。國家能源局在《新型電力系統發(fā)展藍皮書(shū)》中指出，我國要在2030年~2045年滿(mǎn)足日以上時(shí)間尺度的平衡調節需求，在2045年~2060年覆蓋全周期的多類(lèi)型儲能系統運行。
構建新型能源系統是一個(gè)長(cháng)期的系統性工程，需要立足國家能源資源稟賦，在新能源安全可靠替代的基礎上穩步推進(jìn)。我國幅員遼闊，可再生能源的發(fā)展在各個(gè)省市各不相同，資源和電力需求都不一樣，對于儲能，部分地區屬于超前發(fā)展模式，部分地區選擇各種儲能技術(shù)全面部署，部分地區則是重點(diǎn)發(fā)展某一類(lèi)型或某一應用場(chǎng)景的儲能技術(shù)，因此，對于未來(lái)我國長(cháng)時(shí)儲能的技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，更是需要發(fā)揮國家和地方在政策規劃上的聯(lián)動(dòng)及區域協(xié)同機制，群策群力，共促長(cháng)時(shí)儲能技術(shù)的健康發(fā)展，建議具體舉措如下：
一是堅持頂層設計和科學(xué)規劃?？茖W(xué)地開(kāi)展近遠期相結合的長(cháng)時(shí)儲能規劃，有利于解決利益相關(guān)者的不確定性，提升市場(chǎng)信心，引導建立長(cháng)時(shí)儲能供應鏈，為低成本長(cháng)時(shí)儲能高質(zhì)量發(fā)展提供保障。加快組建具有世界水平的長(cháng)時(shí)儲能?chē)覍?shí)驗室，匯集全行業(yè)的資源和力量，依托重大科研基礎設施，聯(lián)合產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì )和科研院所以及高校，建立戰略性研發(fā)和協(xié)同創(chuàng )新平臺，持續開(kāi)展儲能技術(shù)的研發(fā)。構建長(cháng)時(shí)儲能技術(shù)標準體系，及時(shí)結合行業(yè)發(fā)展水平和新興應用場(chǎng)景優(yōu)化標準體系，提升行業(yè)整體技術(shù)水平。
二是堅持可再生能源與長(cháng)時(shí)儲能的協(xié)同發(fā)展。對可再生能源配儲規模和比例開(kāi)展科學(xué)論證，因地制宜，因時(shí)制宜，統籌布局不同時(shí)長(cháng)和規模的長(cháng)時(shí)儲能技術(shù)。充分發(fā)揮國家和地方政府上下聯(lián)動(dòng)機制，在能源基地積極引導長(cháng)時(shí)儲能技術(shù)的示范與產(chǎn)業(yè)化工作，探索完善可再生能源與長(cháng)時(shí)儲能協(xié)調和融合發(fā)展模式。同時(shí)在政策上盡早明確稅收抵免、碳定價(jià)、溫室氣體減排目標，引導市場(chǎng)、資本、人才等各種積極因素的匯集，共促發(fā)展。
三是進(jìn)一步完善長(cháng)時(shí)儲能市場(chǎng)機制。首先，建立完善儲能價(jià)值評價(jià)體系，探索分級容量競價(jià)機制，完善包含長(cháng)時(shí)儲能源網(wǎng)荷儲項目的電價(jià)機制。其次，建立健全長(cháng)時(shí)儲能政策保障機制，從項目管理、科技創(chuàng )新、市場(chǎng)環(huán)境、價(jià)格機制、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等方面逐步完善。最后在示范應用階段，還可以探討直接的技術(shù)支持和扶持措施，包括技術(shù)轉讓獎勵、國債優(yōu)先支持和貸款擔保等措施，以及對長(cháng)時(shí)儲能系統提供的服務(wù)和資源進(jìn)行直接補償，提高進(jìn)入該領(lǐng)域的投資者對部署長(cháng)時(shí)儲能的信心。
(本文作者：陳海生 中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟理事長(cháng)、中國能源研究會(huì )儲能專(zhuān)委會(huì )主任委員、中國科學(xué)院工程熱物理研究所所長(cháng);張華良 中國科學(xué)院工程熱物理研究所研究員，中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟長(cháng)時(shí)儲能專(zhuān)業(yè)委員會(huì )秘書(shū)長(cháng);岳芬 中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟副研究員/副秘書(shū)長(cháng))
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