1、長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能：碳中和時(shí)代的必然選擇

1.1、儲(chǔ)能的本質(zhì)：讓能量更可控

儲(chǔ)能的核心是實(shí)現(xiàn)能量在時(shí)間和空間上的移動(dòng)，本質(zhì)上是讓能量更加可控。我們 把各種發(fā)電方式的本質(zhì)歸一化，可以發(fā)現(xiàn)：火電、核電、生物質(zhì)發(fā)電天然就有相 應(yīng)的介質(zhì)進(jìn)行能量的存儲(chǔ)，并且介質(zhì)適宜進(jìn)行貯存和運(yùn)輸，即本身就配置了儲(chǔ)能 功能。而對(duì)于水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、光熱發(fā)電、光伏發(fā)電而言，發(fā)電借助的來源 是瞬時(shí)的、不可貯存和轉(zhuǎn)運(yùn)的。相應(yīng)地，如果我們想讓這些能源更加可控，必須 人為的添加儲(chǔ)能裝置。可以理解為，儲(chǔ)能裝置的添加，會(huì)使得水力、風(fēng)力、光伏、 光熱成為更理想的發(fā)電形式。

1.2、儲(chǔ)能的應(yīng)用：讓分布式更“優(yōu)質(zhì)”、讓系統(tǒng)更靈活

發(fā)電側(cè)與電網(wǎng)側(cè)一直承擔(dān)著讓能量更可控的任務(wù)，儲(chǔ)能將作為一種方式提供靈活 性資源。在抽水蓄能大建設(shè)、新型儲(chǔ)能興起之前，電網(wǎng)的靈活性資源更多的需要 火電提供。而目前，在一個(gè)優(yōu)質(zhì)的電網(wǎng)存在的情況下，系統(tǒng)的靈活性調(diào)節(jié)資源是 由抽水蓄能、新型儲(chǔ)能、火電等共同提供的。此時(shí)，建設(shè)抽水蓄能和新型儲(chǔ)能的 節(jié)奏，要評(píng)估兩個(gè)方面：（1）從經(jīng)濟(jì)性維度上，建設(shè)抽水蓄能、建設(shè)新型儲(chǔ)能 與進(jìn)行火電靈活性改造何者最優(yōu)；（2）從需求量維度上，火電靈活性改造存在 存量機(jī)組數(shù)量約束、抽水蓄能存在地理資源約束，這兩大約束會(huì)在什么時(shí)間點(diǎn)成 為掣肘因素。

儲(chǔ)能可以讓分布式光伏發(fā)電更“優(yōu)質(zhì)”，使其有成為家庭用電主力的可能。儲(chǔ)能 的應(yīng)用使得用戶側(cè)“自發(fā)自用”成為了可能，在一個(gè)更多偏向于盈利屬性的電網(wǎng) 環(huán)境下，儲(chǔ)能加持下的分布式光伏發(fā)電更加“優(yōu)質(zhì)”。此時(shí)，分布式光儲(chǔ)的推進(jìn) 核心變成了經(jīng)濟(jì)性考量：光儲(chǔ)發(fā)電的成本與從電網(wǎng)買電的價(jià)格孰高孰低。在沒有可靠電力保障的情況下，儲(chǔ)能是正常生活的剛需。儲(chǔ)能裝置儲(chǔ)存的是能量， 而充足的能源是保障生活正常進(jìn)行的必要需求。而在戶外、偏遠(yuǎn)地區(qū)，在有戰(zhàn)爭(zhēng) 可能的地區(qū)，在電網(wǎng)保障不足的地區(qū)，從生存與避險(xiǎn)的角度講，配置儲(chǔ)能是最基 本的需求。此處儲(chǔ)能推進(jìn)的核心是：正常家庭能否負(fù)擔(dān)得起一套儲(chǔ)能設(shè)備，或者 一套光儲(chǔ)系統(tǒng)。

1.3、儲(chǔ)能的需求：高比例可再生能源下的必然要求

高比例可再生能源對(duì)系統(tǒng)的靈活性調(diào)節(jié)能力提出了更高的需求。長(zhǎng)時(shí)間來看，新 能源發(fā)電可以滿足電量平衡需要，但由于出力波動(dòng)，在短時(shí)內(nèi)無法滿足電力平衡 需要。新能源出力具有不確定性、間歇性以及不可控性的特點(diǎn)，為電力系統(tǒng)維持 發(fā)電及負(fù)荷的實(shí)時(shí)平衡帶來挑戰(zhàn)。由于新能源機(jī)組出力具有間歇性，同樣容量的 新能源機(jī)組與常規(guī)火電或水電機(jī)組帶負(fù)荷的能力并不相同，因此電力系統(tǒng)充裕度 分析中新能源容量無法與常規(guī)機(jī)組同等對(duì)待。以風(fēng)電為例，風(fēng)電可信容量指等可 靠性前提下風(fēng)電機(jī)組可以視為的常規(guī)機(jī)組容量大小，風(fēng)電容量可信度為其可信容 量占其裝機(jī)容量的比例，根據(jù)王彤等對(duì)南網(wǎng)的可靠性評(píng)估結(jié)果，南網(wǎng) 2020 年風(fēng) 電的容量可信度在 0.67%~18.75%之間。而方鑫等人在《并網(wǎng)光伏電站置信容 量評(píng)估》一文中測(cè)算，光伏的容量可信度在 54%~56%之間。

波動(dòng)性可再生能源并網(wǎng)會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生多種影響。這些影響并非突然出現(xiàn)，而 是隨著波動(dòng)性可再生能源滲透率的提高而逐步增多。具體可根據(jù)波動(dòng)性可再生能 源滲透率的不同分為四個(gè)階段：第 1 階段：已部署第一批波動(dòng)性可再生能源發(fā)電廠，但對(duì)系統(tǒng)基本沒有影響；只 會(huì)造成極少的局部影響，例如在發(fā)電廠的并網(wǎng)點(diǎn)。

第 2 階段：隨著波動(dòng)性可再生能源發(fā)電廠數(shù)量的增加，負(fù)荷與凈負(fù)荷之間的變化 日益明顯。改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行方式以更充分地利用現(xiàn)有系統(tǒng)資源，通常足以滿足系統(tǒng) 并網(wǎng)要求。第 3 階段：供需平衡難度更大，需要系統(tǒng)性地提高電力系統(tǒng)靈活性，現(xiàn)有設(shè)施和 改進(jìn)運(yùn)行方式難以滿足這一要求。第 4 階段：在某些特定時(shí)段，波動(dòng)性可再生能源發(fā)電量足以提供系統(tǒng)大部分電力 需求，電力系統(tǒng)在系統(tǒng)受到擾動(dòng)后迅速響應(yīng)的方式發(fā)生變化。可能涉及到規(guī)則調(diào) 整，使波動(dòng)性可再生能源發(fā)電也要提供頻率響應(yīng)服務(wù)，如一次調(diào)頻和二次調(diào)頻。

目前美國(guó)加州可再生能源發(fā)電高峰時(shí)占比超 50%，正處于第 4 階段。根據(jù) CAISO 數(shù)據(jù)，繪制 2021 年加州夏季單日電力供給調(diào)配曲線。分析發(fā)現(xiàn)，可再生能源能 夠滿足 8-17 點(diǎn)左右的日間供電需求，而在 19 點(diǎn)以后的時(shí)間，可再生能源發(fā)電 量驟降，此時(shí)電網(wǎng)中的靈活性調(diào)節(jié)資源發(fā)力，天然氣大力發(fā)電，但是仍有巨量的 用電缺口需要通過從其他州進(jìn)口電力補(bǔ)足。對(duì)于美國(guó)加州而言，需要從其他州進(jìn) 口電力來補(bǔ)足的用電缺口，就是其對(duì)于儲(chǔ)能的需求空間。

1.4、長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能：碳中和時(shí)代的必然呼喚

長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能（long-duration energy storage)，一般指 4 小時(shí)以上的儲(chǔ)能技術(shù)。長(zhǎng) 時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)是可實(shí)現(xiàn)跨天、跨月，乃至跨季節(jié)充放電循環(huán)的儲(chǔ)能系統(tǒng)，以滿足電 力系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定?？稍偕茉窗l(fā)電滲透率越高，所需儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)越長(zhǎng)?？稍偕?源發(fā)電具有間歇性的特點(diǎn)，主要發(fā)電時(shí)段和高峰用電時(shí)段錯(cuò)位，存在供需落差。隨滲透率上升，平衡電力系統(tǒng)的負(fù)荷要求增加。相較于短時(shí)儲(chǔ)能，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng) 可更好地實(shí)現(xiàn)電力平移，將可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的電力轉(zhuǎn)移到電力需求高峰時(shí) 段，起到平衡電力系統(tǒng)、規(guī)?；瘍?chǔ)存電力的作用。

儲(chǔ)能設(shè)備削峰填谷功能凸顯，以 4h 為代表的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能設(shè)備具有發(fā)展必要性。根 據(jù) CAISO 數(shù)據(jù)，繪制 2021 年加州夏季單日電池儲(chǔ)能設(shè)備的充放電曲線。由圖 可見，儲(chǔ)能設(shè)備在白天以高功率儲(chǔ)存電能，在晚間用電高峰高功率放電，高峰放 電持續(xù)時(shí)間超 4h。根據(jù) Strategen 的《Long Duration Energy Storage for California's Clean, Reliable Grid》研究報(bào)告，未來到 2045 年，太陽能將成為 加州最主要的可再生能源，占比達(dá) 75%。為平衡太陽能發(fā)電，需要在白天存儲(chǔ) 8 到 12 個(gè)小時(shí)的電能，晚間存儲(chǔ)調(diào)度量也將增加，最多時(shí)需連續(xù)放電 12 小時(shí)， 長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能發(fā)展不可或缺。

美國(guó)加州由于較高的可再生能源發(fā)電比例，是最早大量部署持續(xù)放電時(shí)間 4 小 時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的地區(qū)之一。從 2019 年開始，加州地區(qū)就已經(jīng)開始陸續(xù)部署 4 小時(shí) 的儲(chǔ)能系統(tǒng)。根據(jù) Strategen 預(yù)測(cè)，加州到 2030 年將部署 2-11GW 的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能 設(shè)備，到 2045 年將實(shí)現(xiàn) 45-55GW 的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能配置。

1.5、長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的推進(jìn)節(jié)奏：循序漸進(jìn)、星辰大海

對(duì)于長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能而言，最重要的是為電力系統(tǒng)的靈活性調(diào)節(jié)提供支撐。概括而言， 電力系統(tǒng)中，靈活性資源的需求方主要是風(fēng)力、光伏發(fā)電設(shè)施；電力系統(tǒng)的靈活 性主要來自于兩個(gè)方面，一方面是原有發(fā)電機(jī)組的靈活發(fā)電，另一方面就是儲(chǔ)能 設(shè)施的配置。我們?cè)诜治鐾七M(jìn)節(jié)奏時(shí)，將靈活性提供方簡(jiǎn)化為三部分：存量機(jī)組；成熟的儲(chǔ)能方式——抽水蓄能；新型儲(chǔ)能技術(shù)。通過這種方式，可大致勾勒出隨 著風(fēng)光發(fā)電量占比的逐步提升，儲(chǔ)能的推進(jìn)節(jié)奏。具體可分為三個(gè)階段：

階段 1：風(fēng)光發(fā)電量 10%左右的水平（對(duì)應(yīng)中國(guó) 2021 年前后所處的階段）：新 型長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略窗口期 在此階段，存量的發(fā)電機(jī)組（煤電、氣電）可以進(jìn)行改造，提供更多的靈活性資 源支持；傳統(tǒng)的儲(chǔ)能方式抽水蓄能由于建設(shè)周期較長(zhǎng)（6-8 年），需盡快規(guī)劃上 馬；新型儲(chǔ)能項(xiàng)目成本仍然過高，但是如果仍存在靈活性缺口，需要新型儲(chǔ)能項(xiàng) 目盡快補(bǔ)上。

階段 2：風(fēng)光發(fā)電量 20%左右的水平（對(duì)應(yīng)中國(guó)約 2025 年前后所處的階段）：新型長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化降本的決戰(zhàn)期 在此階段，存量的發(fā)電機(jī)組改造基本完成，無法提供更多的增量靈活性；抽水蓄 能項(xiàng)目逐漸落成，與存量機(jī)組一同成為靈活性調(diào)節(jié)主力；而此時(shí)，對(duì)于新型儲(chǔ)能 的需求量也進(jìn)一步提升。階段 3：風(fēng)光發(fā)電量 30%左右的水平（對(duì)應(yīng)中國(guó)約 2030 年的階段，對(duì)應(yīng)美國(guó)加 州約 2020 年所處的階段）：成本最優(yōu)的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)裝機(jī)量快速增長(zhǎng)期 在此階段，存量機(jī)組無改進(jìn)空間且逐步淘汰；抽水蓄能受限于地理資源約束無法 繼續(xù)上量；只能依靠新型長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)提供增量的靈活性資源。

分地域來看：節(jié)奏上先歐美，后國(guó)內(nèi)：以美國(guó)加州、德國(guó)、澳大利亞南部為代表的歐美地區(qū)，當(dāng)前風(fēng)光發(fā)電量占比已經(jīng) 很高，對(duì)于長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的需求也愈發(fā)迫切?？紤]到當(dāng)前各類新型儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)性，他 們更多的選擇配置鋰電儲(chǔ)能系統(tǒng)。以寧德時(shí)代、陽光電源為代表的中國(guó)鋰電儲(chǔ)能 行業(yè)，正在全球范圍內(nèi)開疆拓土，占領(lǐng)份額。

具體到中國(guó)：預(yù)計(jì)從 2020 年到 2025 年，我國(guó)風(fēng)光發(fā)電量占比將從 9.5%提升到 16.4%。根據(jù)《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》的目標(biāo)：2025 年可再生能源年發(fā)電量 達(dá)到 3.3 萬億千瓦時(shí)，“十四五”期間可再生能源發(fā)電量增量在全社會(huì)用電量增 量中的占比超過 50%，全國(guó)可再生能源電力總量消納責(zé)任權(quán)重達(dá)到 33%左右；“十四五”期間，風(fēng)電和太陽能發(fā)電量實(shí)現(xiàn)翻倍，到 2025 年可再生能源電力非 水電消納責(zé)任權(quán)重達(dá)到 18%左右。我們假設(shè)：（1）火電年利用小時(shí)數(shù)從 2020 年的 4290 小時(shí)下降到 4000 小時(shí)；（2）2025 年燃?xì)?、其他火電、生物質(zhì)發(fā)電占比與 2020 年保持一致；（3）水電利用小時(shí)數(shù)不變；（4）風(fēng)電年均新增 50GW，利用小時(shí)數(shù)提升至 1700 小時(shí)；（5）光伏年均新增 90GW，利用小時(shí)數(shù)提升至 1050 小時(shí)。

在此假設(shè)情況下，可以滿足《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》中的目標(biāo)。根據(jù) 此假設(shè)情景計(jì)算，從 2020 年到 2025 年，我國(guó)風(fēng)光發(fā)電量占比將從 9.5%提升到 16.4%。

在“十四五”期間，火電改造與抽水蓄能是靈活性增量的主力，這為新型儲(chǔ)能加 速發(fā)展提供了戰(zhàn)略窗口期。在當(dāng)前情況下，一方面中國(guó)存在著一批可以進(jìn)行改造 來增加靈活性的機(jī)組；一方面中國(guó)存在著一部分抽水蓄能資源儲(chǔ)備。根據(jù)潘爾生 等《火電靈活性改造的現(xiàn)狀、關(guān)鍵問題與發(fā)展前景》，不同機(jī)組特征、改造目標(biāo)、 燃料特性等條件都將帶來改造投資的巨大差別，通常投資按 30~90 元/千瓦計(jì)算， 是最便宜的靈活性調(diào)節(jié)資源。其次為抽水蓄能，之后為以鋰電為代表的新型儲(chǔ)能。

據(jù)郭劍波院士《中國(guó)高比例新能源帶來的平衡挑戰(zhàn)》分析，我國(guó)“十四五”期間 將完成存量煤電機(jī)組靈活性改造 2 億干瓦，增加系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力 3000~4000 萬千 瓦，新增煤電機(jī)組中具備靈活調(diào)節(jié)能力的達(dá) 1.5 億干瓦；到 2025 年，新型儲(chǔ)能 裝機(jī)容量達(dá)到 3000 萬干瓦以上；抽水蓄能規(guī)模 2025 年達(dá)到 6200 萬千瓦以上， 2030 年達(dá)到 1.2 億干瓦左右。新型儲(chǔ)能將會(huì)在 2025 年以后，逐漸成為靈活性 調(diào)節(jié)的主力。

2、長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能：百花齊放，百舸爭(zhēng)流

儲(chǔ)能技術(shù)特點(diǎn)及降本情況各不相同，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的不同，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)將呈現(xiàn) 多線并舉的格局。概括而言，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)可分為機(jī)械儲(chǔ)能、儲(chǔ)熱和化學(xué)儲(chǔ)能三 大主線。其中，機(jī)械儲(chǔ)能包括抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能；儲(chǔ)熱主要為熔鹽儲(chǔ)熱；化學(xué)儲(chǔ)能包括鋰離子電池儲(chǔ)能、鈉離子電池儲(chǔ)能以及液流電池儲(chǔ)能。

2.1、抽水蓄能：當(dāng)前最成熟、度電成本最低的儲(chǔ)能技術(shù)

2.1.1、原理：依靠水的重力勢(shì)能作為介質(zhì)儲(chǔ)能

抽水蓄能仍然是當(dāng)前最成熟、裝機(jī)最多的主流儲(chǔ)能技術(shù)。抽水蓄能是機(jī)械儲(chǔ)能的 一種：在電力負(fù)荷低谷期將水從下池水庫(kù)抽到上池水庫(kù)時(shí)將電能轉(zhuǎn)化成重力勢(shì)能 儲(chǔ)存起來，在負(fù)荷高峰時(shí)利用反向水流發(fā)電，綜合效率在 70%到 85%之間。

2.1.2、優(yōu)劣勢(shì)：儲(chǔ)能技術(shù)成熟，但選址受限、開發(fā)周期較長(zhǎng)

優(yōu)勢(shì)：當(dāng)前最成熟的儲(chǔ)能技術(shù)，度電成本最低。根據(jù)《儲(chǔ)能技術(shù)全生命周期度電 成本分析》（文軍等，2021 年）中測(cè)算，在不考慮充電成本且折現(xiàn)率為 0 的情 況下，抽水蓄能僅有 0.207 元/kWh 的度電成本，在各種儲(chǔ)能技術(shù)中度電成本最 低。劣勢(shì) 1：地理資源約束明顯，遠(yuǎn)期來看無法足量的滿足儲(chǔ)能需求。雖然抽水蓄能 不具有化學(xué)電池易老化和儲(chǔ)能容量限制的問題，但是它對(duì)于地理因素的要求較 高，一般來說只能建造在山與丘陵存在的地方，上下水庫(kù)要求存在于較近的距離 內(nèi)，并有著較高的高度差。并且在高度差不明顯的條件下，抽水蓄能電站所能達(dá) 到的能量密度相對(duì)有限。

劣勢(shì) 2：初始投資成本高、開發(fā)建設(shè)時(shí)間長(zhǎng)，在風(fēng)光建設(shè)超預(yù)期的時(shí)候，儲(chǔ)能資 源無法及時(shí)匹配。抽水蓄能電站的建造成本較高、開發(fā)周期約 7 年。根據(jù)《抽水 蓄能電站建設(shè)與運(yùn)營(yíng)模式思考》（孫曉新，2020 年）數(shù)據(jù)，一個(gè) 120 萬千瓦的 電站通常需要 60-80 億元的投資。根據(jù)《溧陽抽水蓄能電站工程設(shè)計(jì)變更與優(yōu)化》 （李建軍等，2018 年）溧陽抽水蓄能電站建設(shè)周期約為 7 年，主體工程于 2011 年 4 月開工建設(shè)，2017 年 10 月 11 日最后第 6 臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，工程全部竣工 投產(chǎn)。

2.1.3、產(chǎn)業(yè)鏈：主要涉及投資、承包、設(shè)備商

在抽水蓄能電站的建設(shè)中，涉及的主要公司為投資商、承包商、設(shè)備商。在投資運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)：國(guó)網(wǎng)、南網(wǎng)為主要投資運(yùn)營(yíng)企業(yè)。截至 2021 年底，國(guó)網(wǎng)在運(yùn) 和在建抽水蓄能規(guī)模分別為 2351 萬千瓦、4587 萬千瓦，占比分別為 64.6%、 74.4%，在抽水蓄能開發(fā)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)市場(chǎng)中處于領(lǐng)導(dǎo)地位。在承包環(huán)節(jié)：中國(guó)電建份額占比最高。抽水蓄能項(xiàng)目主要采用 EPC 模式，由中 國(guó)電建等建筑商規(guī)劃設(shè)計(jì)，承擔(dān)建設(shè)項(xiàng)目。根據(jù)中國(guó)電建 2021 年 5 月公告，公 司在國(guó)內(nèi)抽水蓄能規(guī)劃設(shè)計(jì)方面的份額占比約 90%，承擔(dān)建設(shè)項(xiàng)目份額占比約 80%。在具體建設(shè)過程中，涉及上市公司的主要為設(shè)備環(huán)節(jié)：行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局長(zhǎng)期較為穩(wěn) 固，主要參與公司有三家，“兩大一小”，“兩大”為哈爾濱電氣、東方電氣， “一小”為浙富控股。

2.1.4、產(chǎn)業(yè)化：最早實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化，裝機(jī)總規(guī)模超36GW

中國(guó)抽水蓄能裝機(jī)規(guī)模顯著增長(zhǎng)。根據(jù)國(guó)際可再生能源機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)，截至 2021 年 底，我國(guó)已投產(chǎn)的抽水蓄能電站總規(guī)模為 36.39GW，中國(guó)抽水蓄能電站總規(guī)模 占全球的比例，從 2010 年的 17%提升至 2021 年的 28%。從單個(gè)電站規(guī)模來看，目前國(guó)內(nèi)最大的為惠州與廣州的抽水蓄能電站，規(guī)模均為 2.4GW?？⒐び?2011 年的惠州抽水蓄能電站工程總投資為 81 億元，設(shè)計(jì)年發(fā) 電量為 46 億千瓦時(shí)；一期竣工于 1993 年、二期竣工于 1999 年的廣州抽水蓄能 電站工程總投資為 60 億元，設(shè)計(jì)年發(fā)電量為 49 億千瓦時(shí)。

2.2、壓縮空氣儲(chǔ)能：效率提升下，極具前景的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)

2.2.1、原理：依靠高壓氣體作為介質(zhì)儲(chǔ)能

壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)大容量、長(zhǎng)時(shí)間電能儲(chǔ)蓄的電力儲(chǔ)能系統(tǒng)。通 過壓縮空氣存儲(chǔ)多余的電能，在需要時(shí)，將高壓氣體釋放到膨脹機(jī)做功發(fā)電。傳 統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)原理脫胎于燃?xì)廨啓C(jī)，其工作流程為：壓縮、儲(chǔ)存、加熱、 膨脹、冷卻。當(dāng)前壓縮空氣技術(shù)以中溫蓄熱式壓縮空氣儲(chǔ)能為主。中溫技術(shù)將壓縮空氣加熱到 200-300℃，溫度越高，轉(zhuǎn)換效率就越高，最新壓縮空氣儲(chǔ)能的電轉(zhuǎn)換效率可以 達(dá)到 60-70%。但高溫對(duì)壓縮機(jī)等設(shè)備材料的要求更高，當(dāng)前產(chǎn)業(yè)化方向以中溫 為主。

2.2.2、優(yōu)劣勢(shì)：已擺脫地理約束，但當(dāng)前效率相對(duì)較低

優(yōu)勢(shì) 1：隨著技術(shù)的進(jìn)步，可以通過儲(chǔ)氣罐的形式存儲(chǔ)壓縮氣體，從而擺脫了地 理約束，可以大規(guī)模上量。傳統(tǒng)的壓縮空氣儲(chǔ)能需要借助特定的地理?xiàng)l件建造大 型儲(chǔ)氣室，如巖石洞穴、鹽洞、廢棄礦井等，從而大大限制了壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng) 的應(yīng)用范圍。當(dāng)前隨著技術(shù)的進(jìn)步，可以通過建設(shè)大型儲(chǔ)氣罐來進(jìn)行存儲(chǔ)。優(yōu)勢(shì) 2：?jiǎn)挝怀杀鞠鄬?duì)較低。設(shè)備成本占系統(tǒng)成本的大部分，存在著隨著大規(guī)模 應(yīng)用快速降本的可能。劣勢(shì)：整個(gè)系統(tǒng)的效率相對(duì)來說仍在較低的水平。當(dāng)前涉及運(yùn)行的項(xiàng)目效率在 50%-70%之間，較成熟的抽水蓄能的 76%左右還有一定的差距，這一定程度上 影響了整個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性。

2.2.3、產(chǎn)業(yè)鏈：壓縮機(jī)、膨脹機(jī)為核心部件

壓縮機(jī)是壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中最核心的部件之一，其性能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起決定性影 響。大型壓縮空氣儲(chǔ)能電站的壓縮機(jī)多為軸流與離心壓縮機(jī)結(jié)合機(jī)組的結(jié)構(gòu)，壓 縮機(jī)壓比需達(dá)到 40-80，甚至更高。根據(jù)美國(guó)電力研究協(xié)會(huì)報(bào)告，按 2002 年美 元計(jì)價(jià)下，Huntorf 電站裝配的壓縮機(jī)成本大約在 170 美元/KW。膨脹機(jī)同樣是壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中的核心部件。大型壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)中的膨脹 機(jī)具有膨脹比大、負(fù)荷高等特點(diǎn)，一般采用多級(jí)膨脹加中間再熱的結(jié)構(gòu)。根據(jù)美 國(guó)電力研究協(xié)會(huì)報(bào)告，按 2002 年美元計(jì)價(jià)，百兆瓦級(jí)大型電站中，透平膨脹機(jī) 的投資成本大約在 185 美元/KW。

2.2.4、產(chǎn)業(yè)化：百兆瓦級(jí)先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng) 調(diào)試

自從 1949 年 Stal Laval 提出利用地下洞穴實(shí)現(xiàn)壓縮空氣儲(chǔ)能以來，國(guó)內(nèi)外對(duì)壓 縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的研究和開發(fā)十分活躍。20 世紀(jì) 70 年代起，傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)入商業(yè)化發(fā)展。目前唯二實(shí)現(xiàn)商業(yè) 化運(yùn)行的大型壓縮空氣儲(chǔ)能電站是德國(guó) Huntorf 和美國(guó) Alabama McIntosh 電 站，輸出功率均達(dá)到百兆瓦級(jí)。作為傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，其儲(chǔ)氣裝置為地下 洞穴或廢棄礦洞，發(fā)電過程中均需使用燃料，能量轉(zhuǎn)化率相對(duì)較低，在 45-55% 左右。

以中儲(chǔ)國(guó)能為代表的中國(guó)企業(yè)持續(xù)推進(jìn)先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的研究。相較于傳 統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)不依賴化石燃料、不使用儲(chǔ)氣洞穴， 具有壽命長(zhǎng)、清潔無污染、儲(chǔ)能周期不受限制等優(yōu)勢(shì)。中儲(chǔ)國(guó)能于 2021 年底實(shí) 現(xiàn)并網(wǎng)的張家口 100MW/400MWh 先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，設(shè)計(jì)效率達(dá)到了 70.4%，單位裝機(jī)成本降低至 450-750 美元/KW。該項(xiàng)目將有效促進(jìn)我國(guó)壓縮空 氣儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

2.3、鋰離子電池：優(yōu)秀的中短時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)同樣適用于部分長(zhǎng)時(shí)場(chǎng)景

2.3.1、優(yōu)劣勢(shì)：儲(chǔ)能技術(shù)較為成熟，但鋰資源約束明顯

優(yōu)勢(shì) 1：鋰電池儲(chǔ)能是當(dāng)前技術(shù)最為成熟、裝機(jī)規(guī)模最大的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。根 據(jù)中關(guān)村儲(chǔ)能數(shù)據(jù)，2021 年鋰離子電池占中國(guó)新型儲(chǔ)能裝機(jī)量的 89.7%，是最 具代表性的新型儲(chǔ)能技術(shù)，目前廣泛應(yīng)用于 1-2 小時(shí)的中短時(shí)儲(chǔ)能場(chǎng)景中，在 4-8 小時(shí)的儲(chǔ)能項(xiàng)目中也有應(yīng)用。

劣勢(shì) 1：鋰離子電池提供功率與貯存能量的裝置綁定在一起，在不提升功率，僅 提升容量的情況下，電池成本等比例增加。即 4 小時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池成本是 1 小時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的 4 倍。而抽水蓄能、壓縮空氣、液流電池、熔融鹽等儲(chǔ)能方式， 均可以實(shí)現(xiàn)功率裝置和能量裝置的解耦，若單純?cè)黾觾?chǔ)能時(shí)間，僅需等比例配置 貯存能量的裝置即可。劣勢(shì) 2：隨著全球電池需求量的迅速增長(zhǎng)，鋰資源開始面臨著資源約束問題。一 方面是鋰資源的總量分布有限，地殼豐度僅為 0.006%;另一方面是鋰資源的空間 分布不均勻，鋰礦主要分布在澳洲、南美地區(qū)，根據(jù)美國(guó)地質(zhì)勘探局 2021 年報(bào) 告，我國(guó)鋰資源儲(chǔ)量?jī)H占全球 6%，且開采成本較高，現(xiàn)在的電池生產(chǎn)用鋰對(duì)外 依存度過高。同時(shí)，鋰資源約束還帶來鋰資源在動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電池間分配的問 題。

鋰資源的供需緊張也使得 2021 年以來，鋰資源大幅漲價(jià)，鋰電池成本持續(xù)上升。根據(jù) wind 數(shù)據(jù)，與 2021 年 1 月 1 日價(jià)格相比，最高點(diǎn) 2022 年 3 月 22 日碳酸 鋰價(jià)格上漲 849%，氫氧化鋰價(jià)格上漲 883%。

2.3.2、產(chǎn)業(yè)鏈：發(fā)展成熟，電池價(jià)值量占比最高

鋰離子電池儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)來說已經(jīng)比較成熟。在整個(gè)系統(tǒng)中，電池成本占比最 高。當(dāng)前受限于上游鋰資源價(jià)格居高不下，當(dāng)前的整個(gè)鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)成本 與 2021 年初相比不降反升。

2.4、鈉離子電池：與鋰電類似，但無資源約束的儲(chǔ)能方式

2.4.1、原理：與鋰離子電池類似

鈉離子電池與鋰離子電池的工作原理類似，為嵌脫式電池。充電時(shí)，Na+從正極 脫嵌，進(jìn)入負(fù)極；放電時(shí)，Na+從負(fù)極回到正極，外電路電子從負(fù)極進(jìn)入正極， 將 Na+還原為 Na。

2.4.2、優(yōu)劣勢(shì)：更低的理論成本，更低的循環(huán)壽命

優(yōu)勢(shì)：與鋰資源相比，鈉資源儲(chǔ)量非常豐富，所以在大規(guī)模應(yīng)用的場(chǎng)景下，鈉離 子電池沒有明顯的資源約束。而且，鈉離子電池的正極材料、集流體材料的理論 成本比鋰電更低，在完成產(chǎn)業(yè)化降本之后，其初始投資成本有望較鋰電更低。劣勢(shì)：在電池性能上，由原理所決定的，鈉離子電池的循環(huán)壽命和儲(chǔ)能效率低于 鋰離子電池。鈉離子電池循環(huán)壽命提升速度較快，2018 年商業(yè)化初期鈉離子電 池循環(huán)壽命在 2000 次左右，2020 年底胡勇勝研究團(tuán)隊(duì)研究出了循環(huán)壽命達(dá)到 4500 次的鈉離子電池。但是當(dāng)前主流的鋰離子電池儲(chǔ)能，循環(huán)壽命更高，2021 年，寧德時(shí)代研制出循環(huán)壽命超過 12000 次的鋰離子電池。

2.4.3、產(chǎn)業(yè)鏈：上中下游發(fā)展初具雛形

鈉離子電池作為一種新的電池技術(shù)路線，產(chǎn)業(yè)鏈包括上游資源企業(yè)、中游的電池 材料及電芯企業(yè)。鈉離子電池與鋰離子電池最大的區(qū)別在于正極材料。目前鈉離 子電池正極材料主要有鈉過渡金屬氧化物（如 NaMnO2）、鈉過渡金屬磷酸鹽 （如 Na3V2(PO4)3)、鈉過渡金屬硫酸鹽（如 Na2Fe2(SO4)3)、鈉過渡金屬普魯 士藍(lán)類化合物（如 Na2FeFe(CN)6)等幾大類。層狀金屬氧化物是當(dāng)前比較主流 的正極材料。除正負(fù)極材料外，鈉離子電池的電解液、隔膜、外形封裝和相關(guān)制 備工藝與鋰電池相似，可利用現(xiàn)有鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈，加速產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

2.4.4、產(chǎn)業(yè)化：MWh級(jí)鈉離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)投入運(yùn)行

鈉離子電池商業(yè)化進(jìn)展近年來加快。2021 年 7 月，寧德時(shí)代發(fā)布鈉離子電池產(chǎn) 品，行業(yè)龍頭正式進(jìn)入到鈉離子電池領(lǐng)域。此外，中科海鈉也在近年來先后推出 鈉離子電池電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車和儲(chǔ)能電站的示范項(xiàng)目。2021 年 6 月 28 日， 由中科海鈉和中科院物理所聯(lián)合打造的，全球首套 1MWh 鈉離子電池光儲(chǔ)充智 能微網(wǎng)系統(tǒng)在山西太原綜改區(qū)正式投入運(yùn)行。

2.5、液流電池：功率與容量解耦的電化學(xué)儲(chǔ)能方式

2.5.1、原理：依靠氧化還原液流電池進(jìn)行儲(chǔ)能

液流電池是一種大規(guī)模高效電化學(xué)儲(chǔ)能裝置。區(qū)別于其他電池儲(chǔ)能裝置，液流電 池將反應(yīng)活性物質(zhì)儲(chǔ)存于電解質(zhì)溶液中，可實(shí)現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)與能量?jī)?chǔ)存場(chǎng)所的分 離，使得電池功率與儲(chǔ)能容量設(shè)計(jì)相對(duì)獨(dú)立，適合大規(guī)模蓄電儲(chǔ)能需求。目前典 型液流電池體系包括全釩液流電池、鐵鉻液流電池、鋅溴液流電池、多硫化鈉/ 溴電池等。

全釩液流電池

全釩液流電池（Vanadium Redox Battery，VRB），是一種活性物質(zhì)呈循環(huán)流 動(dòng)液態(tài)的氧化還原電池。通過兩個(gè)不同化合價(jià)的、被隔膜隔開的釩離子之間交換 電子來實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)化。釩電池充電后，正極為 V5+，負(fù)極為 V2+；放電后，正負(fù)極分別為 V4+和 V3+溶液。正極和負(fù)極之間由隔膜隔開，該隔膜只 允許 H+通過,，H+也就起到了電池內(nèi)部導(dǎo)電的作用。

鐵鉻液流電池

鐵鉻液流電池（Iron-chromium flow battery），是最早被提出的液流電池體系。鐵鉻電池充電后，正極為 Fe3+，負(fù)極為 Cr2+；放電后，正極為 Fe2+，負(fù)極為 Cr3+。鹽酸作為支持電解質(zhì)，水為溶劑。

2.5.2、優(yōu)劣勢(shì)：容量、功率獨(dú)立設(shè)計(jì)，規(guī)模易擴(kuò)展，但成本較高

優(yōu)勢(shì) 1：在長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能中，液流電池最大的優(yōu)勢(shì)為輸出功率和儲(chǔ)能容量可分開設(shè)計(jì)。通過增加單片電池的數(shù)量和電極面積，即可增加液流電池的功率，目前中國(guó)商業(yè) 化示范運(yùn)行的釩電池的功率已達(dá) 5MW。通過增加電解液的體積或提高電解液的 濃度，即可任意增加液流電池的電量，可達(dá)百兆瓦時(shí)以上。優(yōu)勢(shì) 2：循環(huán)壽命長(zhǎng)。由于液流電池的正、負(fù)極活性物質(zhì)只分別存在于正、負(fù)極 電解液中，充放電時(shí)無其它電池常有的物相變化，可深度放電而不損傷電池，電 池使用壽命長(zhǎng)。劣勢(shì)：成本問題是當(dāng)前液流電池最大的劣勢(shì)。全釩液流電池當(dāng)前的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程較 快，但是面臨著釩資源約束的問題；鐵鉻液流電池沒有明顯的資源約束問題，但 是當(dāng)前產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)相對(duì)較慢。

2.5.3、產(chǎn)業(yè)鏈：隔膜、電解液為影響性能的核心材料

液流電池主要由電解液、隔膜、電極材料、泵、功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等部分組成。電解液是液流電池的核心材料，是整個(gè)化學(xué)體系中存儲(chǔ)能量的介質(zhì)。在全釩液流 電池中，電解液成本占據(jù)了儲(chǔ)能電池成本的一半以上。隔膜是影響液流電池性能和成本的又一核心材料。它起著阻隔正極和負(fù)極電解液 互混，隔絕電子以及傳遞質(zhì)子形成電池內(nèi)電路的作用。因此隔膜應(yīng)該具備高的氫 離子導(dǎo)電能力和高的離子選擇性，盡量避免正負(fù)極電解液中不同價(jià)態(tài)的釩離子互 混，以減少由此造成的電池容量損失。隔膜還應(yīng)該具有優(yōu)良的化學(xué)及電化學(xué)穩(wěn)定 性、耐腐蝕性、抗氧化性，滿足電池長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的要求。而且需要成本低廉，提 高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，利于大規(guī)模商業(yè)化推廣。良好的化學(xué)穩(wěn)定性，高的比表面積和電催化活性是電極的關(guān)鍵。泵在釩電池中起到輸送電解液的作用，需要具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。

全釩液流電池

根據(jù) Y.K. Zeng 的《A comparative study of all-vanadium and iron-chromium redox flow batteries for large-scale energy storage》測(cè)算，儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)為 8h 的 情況下，電解液的價(jià)值量占比 53%，隔膜的價(jià)值量占比 19%，石墨氈價(jià)值量占 比 5%，泵價(jià)值量占比 4%，功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)價(jià)值量占比 12%。

2.5.4、產(chǎn)業(yè)化：百兆瓦級(jí)全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)整站調(diào)試

全釩液流電池

隨著相關(guān)示范項(xiàng)目的帶動(dòng)，全釩液流電池成本有望降低，從而在產(chǎn)品技術(shù)端推進(jìn) 其商業(yè)化進(jìn)程。2022 年 5 月，全球最大 100MW/400MWh 級(jí)全釩液流電池儲(chǔ)能 電站正式并網(wǎng)，將加速全釩液流電池商業(yè)化腳步。

鐵鉻液流電池

2019 年以來，鐵鉻液流電池商業(yè)化進(jìn)程逐漸加快。2019 年，中國(guó)國(guó)家電投集團(tuán) 科學(xué)技術(shù)研究院有限公司研發(fā)的首個(gè) 31.25KW 鐵鉻液流電池電堆（容和一號(hào)） 成功下線。2020 年，中國(guó)國(guó)家電投集團(tuán)開發(fā)的 250KW/1.5MWh 鐵鉻液流電池 在河北省張家口市光儲(chǔ)示范項(xiàng)目中正式投產(chǎn)運(yùn)行，是我國(guó)首個(gè)百千瓦級(jí)的鐵鉻液 流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目。

2.6、熔鹽儲(chǔ)熱：光熱電站的配儲(chǔ)系統(tǒng)

2.6.1、原理：依靠熔鹽介質(zhì)儲(chǔ)存熱能

熔鹽儲(chǔ)熱通過儲(chǔ)熱介質(zhì)的溫度變化、相態(tài)變化或化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)熱能的儲(chǔ)存與釋 放。儲(chǔ)熱介質(zhì)吸收電能、輻射能等能量，儲(chǔ)蓄在介質(zhì)內(nèi)，當(dāng)環(huán)境溫度低于介質(zhì)溫 度時(shí)，儲(chǔ)熱介質(zhì)可將熱能釋放出來。熔鹽儲(chǔ)熱是大規(guī)模中高溫儲(chǔ)熱的主流技術(shù)方向。儲(chǔ)熱技術(shù)可分為顯熱儲(chǔ)熱、相變 儲(chǔ)熱和熱化學(xué)儲(chǔ)熱三類。目前，顯熱儲(chǔ)熱技術(shù)成熟度最高、價(jià)格較低、應(yīng)用較為 廣泛；潛熱儲(chǔ)熱是研究熱點(diǎn)；而熱化學(xué)儲(chǔ)熱尚未成熟。其中，熔融鹽為常用的中 高溫顯熱儲(chǔ)熱介質(zhì)，具備較寬的液體溫度范圍，儲(chǔ)熱溫差大、儲(chǔ)熱密度高，適合 大規(guī)模中高溫儲(chǔ)熱項(xiàng)目。

2.6.2、優(yōu)劣勢(shì)：熱發(fā)電場(chǎng)景中的儲(chǔ)能介質(zhì)

優(yōu)勢(shì)：熔鹽作為儲(chǔ)熱介質(zhì)，成本較低，工作狀態(tài)穩(wěn)定，儲(chǔ)熱密度高，儲(chǔ)熱時(shí)間長(zhǎng)， 適合大規(guī)模中高溫儲(chǔ)熱，單機(jī)可實(shí)現(xiàn) 100MWh 以上的儲(chǔ)熱容量。劣勢(shì)：能量轉(zhuǎn)換方式?jīng)Q定了熔鹽儲(chǔ)熱只有應(yīng)用在熱發(fā)電的場(chǎng)景下才會(huì)有經(jīng)濟(jì)優(yōu) 勢(shì)。熔鹽是通過儲(chǔ)存熱量的方式來儲(chǔ)存能量的，如果需要儲(chǔ)存的是電能，那整個(gè) 流程中需要完成“電能——熱能——電能”的轉(zhuǎn)換，效率很低。因此，熔鹽儲(chǔ)能 只能應(yīng)用在采用熱能發(fā)電的場(chǎng)景中，作為能量的存儲(chǔ)介質(zhì)，如光熱發(fā)電、火電廠 改造等；或者應(yīng)用在終端能量需求為熱能而非電能的場(chǎng)景，如清潔供熱。

（1）光熱發(fā)電：熔鹽儲(chǔ)熱將儲(chǔ)熱和傳熱介質(zhì)合為一體，簡(jiǎn)化電站系統(tǒng)組成。作 為光熱發(fā)電的配套儲(chǔ)能設(shè)施，熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)可提高太陽能的利用率，減少功率波 動(dòng)，促進(jìn)電網(wǎng)穩(wěn)定輸出。（2）清潔供熱：熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)的熱能利用效率高，可實(shí)現(xiàn)余熱、廢熱的回收利 用，為工業(yè)園區(qū)的食品加工、紡織等企業(yè)提供穩(wěn)定持續(xù)的蒸汽、熱風(fēng)等高品質(zhì)熱 源。（3）火電廠改造：在火電廠加裝熔鹽儲(chǔ)熱設(shè)備，可將其改造為儲(chǔ)能調(diào)峰電站， 靈活輸出電力，儲(chǔ)熱可轉(zhuǎn)化成蒸汽為用戶供熱，提高電廠經(jīng)濟(jì)效益。

2.6.3、產(chǎn)業(yè)鏈：光熱發(fā)電市場(chǎng)促儲(chǔ)熱產(chǎn)業(yè)鏈成熟

熔鹽的主要成分為硝酸鈉、硝酸鉀鹽，是較為常見的化學(xué)材料，目前國(guó)內(nèi)熔鹽供 應(yīng)和化鹽服務(wù)較為成熟。同時(shí)，熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)中還需配備熔鹽泵、熔鹽罐、蒸汽 發(fā)生器、保溫材料、玻璃等關(guān)鍵設(shè)備，以防止熔鹽凍堵，因此一次性投資規(guī)模較 大。經(jīng)過光熱發(fā)電配儲(chǔ)市場(chǎng)培育，熔鹽儲(chǔ)熱產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展較為成熟。若市場(chǎng)需求進(jìn) 一步擴(kuò)大，產(chǎn)業(yè)鏈投資成本有望下降。

2.6.4、產(chǎn)業(yè)化：百兆瓦級(jí)熔鹽塔式光熱電站并網(wǎng)發(fā)電

熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)通常與光熱發(fā)電聯(lián)系在一起，1979 年開始的第二次石油危機(jī)使得 光熱發(fā)電等新能源研究興起。1982 年美國(guó) 10MW 塔式光熱發(fā)電站 Solar One 投 入建設(shè)，其改進(jìn)版本 Solar Two 裝備了雙罐熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)，是熔鹽塔式光熱電 站的鼻祖。但石油危機(jī)結(jié)束，光熱電站資金支持力度減小，商業(yè)化進(jìn)程放緩。21 世紀(jì)初，西班牙在美國(guó) Solar Two 技術(shù)基礎(chǔ)上建設(shè)了 GemaSolar 電站，裝 配 15h 級(jí)雙罐熔鹽儲(chǔ)能系統(tǒng)。隨著 2012 年西班牙政府取消新建光熱電站的電價(jià) 補(bǔ)貼，其發(fā)展也偃旗息鼓。2016 年起，光熱發(fā)電在中國(guó)迎來新的快速發(fā)展階段， 熔鹽儲(chǔ)熱商業(yè)化步伐也隨之加快。

中控德令哈 50 MW 塔式熔融鹽太陽能熱發(fā)電站項(xiàng)目是我國(guó)首批投入運(yùn)行的以熔 融鹽為傳熱和儲(chǔ)熱介質(zhì)的塔式項(xiàng)目，配備 7h 級(jí)熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)，設(shè)計(jì)年發(fā)電量為 1.46 億 KWh。項(xiàng)目于 2017 年 3 月 15 日正式開工建設(shè)，并于 2018 年 12 月 30 日并網(wǎng)發(fā)電。項(xiàng)目 95%以上采用了國(guó)產(chǎn)設(shè)備，其運(yùn)行表現(xiàn)良好驗(yàn)證了中國(guó)自主 研發(fā)光熱技術(shù)的先進(jìn)性和國(guó)產(chǎn)設(shè)備的可靠性。首航高科敦煌 100MW 熔鹽塔式光熱電站是我國(guó)首個(gè)百兆瓦級(jí)光熱發(fā)電項(xiàng)目，電 站設(shè)計(jì)年發(fā)電量達(dá) 3.9 億度。該電站由北京首航節(jié)能自主設(shè)計(jì)、投資和建設(shè)，是 目前全球最高的熔鹽塔式光熱電站，于 2018 年 12 月 28 日成功并網(wǎng)投運(yùn)。它是 目前全球聚光規(guī)模最大、吸熱塔最高、儲(chǔ)熱罐最大、建設(shè)周期最短、可 24 小時(shí) 連續(xù)發(fā)電的 100 兆瓦級(jí)熔鹽塔式光熱電站。

3、經(jīng)濟(jì)性是比較長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的最佳準(zhǔn)繩

在第二章中，我們?cè)敿?xì)介紹了抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、鋰離子電池儲(chǔ)能、鈉離 子電池儲(chǔ)能、液流電池儲(chǔ)能、熔鹽儲(chǔ)熱六種儲(chǔ)能方式。其中，抽水蓄能面臨著一 定的地理資源約束；鋰離子電池儲(chǔ)能和全釩液流電池儲(chǔ)能面臨著一定的礦產(chǎn)資源 約束；熔鹽儲(chǔ)熱面臨著一定的應(yīng)用場(chǎng)景制約。在本章中，我們暫時(shí)忽略資源約束 問題，根據(jù)當(dāng)前時(shí)點(diǎn)的情況，統(tǒng)一測(cè)算抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、鋰離子電池儲(chǔ) 能、鈉離子電池儲(chǔ)能、液流電池儲(chǔ)能五種技術(shù)在長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能場(chǎng)景下的平準(zhǔn)化度電成 本（Levelized Cost of Energy，LCOE）。以經(jīng)濟(jì)性作為各類長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的比 較準(zhǔn)繩。

3.1、計(jì)算方法：測(cè)算各類長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的LCOE

為體現(xiàn)投資的時(shí)間價(jià)值，采用凈現(xiàn)值法計(jì)算儲(chǔ)能電站的收益。對(duì)于儲(chǔ)能項(xiàng)目，現(xiàn) 金流入為放電電量的電費(fèi)收入和其他來源收入。令 NPV 等于 0 的放電電量電價(jià) 即為全生命周期儲(chǔ)能度電成本。NPV=∑(收入-成本)/(1+折現(xiàn)率) 第 n 年。令 NPV=0， 得到上網(wǎng)電價(jià)，即度電成本。

收入計(jì)算方法：第 n 年的收入=第 n 年的上網(wǎng)放電電量*上網(wǎng)電價(jià)+第 n 年的其他收入來源 其中，年上網(wǎng)電量與儲(chǔ)能容量、自放電率、循環(huán)衰退率、年循環(huán)次數(shù)和放電深度 有關(guān)。成本測(cè)算方法：第 0 年的成本=初次投資成本 第 n 年的成本=年維護(hù)運(yùn)營(yíng)成本+替換成本+充電成本+回收成本（n≧1） 細(xì)分成本結(jié)構(gòu)如下：1）初始投資成本，指儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)時(shí)投入的總成本；2）年維護(hù)運(yùn)營(yíng)成本，指儲(chǔ)能系統(tǒng)每年運(yùn)行和維護(hù)過程中產(chǎn)生的費(fèi)用，可拆解為 容量維護(hù)成本、功率維護(hù)成本和人工運(yùn)營(yíng)成本；3）替換成本，指由于儲(chǔ)能系統(tǒng)組件壽命等因素，需要按照指定的時(shí)間間隔進(jìn)行 更換，在替換組件過程中所產(chǎn)生的費(fèi)用；4）回收成本，指儲(chǔ)能系統(tǒng)在使用壽命終止時(shí)項(xiàng)目拆除所產(chǎn)生的費(fèi)用和設(shè)備二次 利用帶來的收入之差，若拆除成本大于二次利用帶來的收入，則回收成本為正值；反之則回收成本為負(fù)值。

3.2、核心假設(shè)：基于當(dāng)前時(shí)點(diǎn)的技術(shù)與成本情況

在計(jì)算儲(chǔ)能技術(shù)全生命周期成本之前，我們做出如下假設(shè)：（注：關(guān)于抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能的核心假設(shè)來自于論文 《儲(chǔ)能技術(shù)全生命周期度電成本分析》） 1）假設(shè)儲(chǔ)能電站僅依靠調(diào)峰獲利，每年其他收入為 0。2）假設(shè)抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的儲(chǔ)能時(shí)間為 5h，電站的使用壽命分別按 50 年和 30 年設(shè)計(jì)，在生命周期內(nèi)無需進(jìn)行設(shè)備更換。3）假設(shè)鋰離子電池、液流電池和鈉離子電池的儲(chǔ)能時(shí)間為 5h，電站的使用壽命 均按 20 年設(shè)計(jì)，電池的循環(huán)壽命分別按 8000 次、20000 次和 3500 次計(jì)算。當(dāng) 電池達(dá)到使用壽命時(shí)，更換電池部分，其他設(shè)備無需更換。根據(jù)電化學(xué)性質(zhì)決定， 液流電池的循環(huán)壽命＞鋰離子電池的循環(huán)壽命＞鈉離子電池的循環(huán)壽命。

4）假設(shè)抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能的裝機(jī)功率分別為 100MW、60MW，鋰離子電 池、液流電池和鈉離子電池儲(chǔ)能的裝機(jī)功率均為 10MW。5）假設(shè)抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、鋰離子電池、液流電池和鈉離子電池的儲(chǔ)能 效率分別為 76%/60%/88%/75%/80%。6）假設(shè)抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能的放電深度均為 100%，鋰離子電池、液流電 池和鈉離子電池的放電深度均為 90%。7）假設(shè)抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、鋰離子電池、液流電池和鈉離子電池自放電 率均為 0%。8）假設(shè)抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能無循環(huán)衰退，鋰離子電池、液流電池和鈉離子 電池的循環(huán)衰退率分別為每次 0.004%/0.002%/0.004%。9）假設(shè)上述 5 種儲(chǔ)能技術(shù)均不考慮回收成本（即使用壽命到期時(shí)，殘值為 0）， 等效充放電次數(shù)均按 1 天 1 次循環(huán)，年循環(huán) 330 次計(jì)算。10）考慮充電電價(jià)為 0.288 元/kWh。11）以收益較好的光伏電站的 IRR 為參考，取折現(xiàn)率為 8%。

3.3、初始投資成本、儲(chǔ)能效率與循環(huán)壽命是三大核心因素

3.3.1、最便宜的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能：抽水蓄能、壓縮空氣、鋰離子電池儲(chǔ)能

在考慮充電成本情況下，抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)最為經(jīng)濟(jì)，而鋰離子電池 儲(chǔ)能為現(xiàn)階段度電成本最低的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，鈉離子電池和液流電池度電成本 較高。

3.3.2、壓縮空氣：效率提升至65%時(shí)，經(jīng)濟(jì)性有望超過抽水蓄能

隨儲(chǔ)能效率提升，壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的度電成本將持續(xù)下降，有望超過抽水蓄能， 成為最經(jīng)濟(jì)的大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)。進(jìn)行敏感性分析，初始投資成本為 1.4 元/Wh 時(shí)，假設(shè)儲(chǔ)能效率提升至 70%/75%/80%，考慮充電電價(jià)的度電成本可下降至 0.834/0.806/0.782 元/kWh。目前，張家口 100MW/400MWh 先進(jìn)壓縮空氣儲(chǔ) 能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率已達(dá)到 70.4%，后續(xù)可持續(xù)觀測(cè)其運(yùn)營(yíng)情況。

3.3.3、鋰離子電池：鋰價(jià)回落后，仍是比較經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能方案

隨產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加速和原材料價(jià)格回落，鋰離子儲(chǔ)能初始投資成本有望逐步下降， 將提升其儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性。進(jìn)行敏感性分析，儲(chǔ)能效率為 88%時(shí)，假設(shè) 10MW/50MWh 鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的初始投資成本降至 1.5/1.2/1.0(元/Wh)時(shí)，考慮充電電價(jià) 的度電成本為 1.081/0.966/0.890 元/kWh。

3.3.4、液流電池：初始投資成本和儲(chǔ)能效率是兩大掣肘因素

隨產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加速，液流電池儲(chǔ)能的初始投資成本有望下降，其儲(chǔ)能效率逐步上 升，將進(jìn)一步改善液流電池的度電成本。進(jìn)行敏感性分析，儲(chǔ)能效率為 75%時(shí)， 假設(shè) 10MW/50MWh 液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的初始投資成本降至 2.5/2.0/1.5 (元 /Wh)時(shí)，考慮充電電價(jià)的度電成本將下降為 1.293/1.132/0.971 元/kWh。

3.3.5、鈉離子電池：極致降本后，可作為比較經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能方案

隨產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加速，鈉離子電池儲(chǔ)能初始投資成本有望逐步下降，大幅提升其儲(chǔ) 能經(jīng)濟(jì)性。進(jìn)行敏感性分析，儲(chǔ)能效率為 80%時(shí)，假設(shè) 10MW/50MWh 鈉離子 電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的初始投資成本降至 1.6/1.3/1.0 (元/Wh)時(shí)，考慮充電電價(jià)的度電成本為 1.263/1.153/1.044 元/kWh。當(dāng)初始投資成本下降至 1.3（元/Wh）時(shí)， 度電成本將低于當(dāng)前鋰離子電池。

文章來源：洛奇馬的能源轉(zhuǎn)型日記