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人們通常把能夠儲存約 8 小時到數(shù)天甚至數(shù)周能量的技術(shù)稱為長時儲能 (Long Duration Energy Storage，LDES)。
在過去五年中，投資到長時儲能的資金從 1 億美元增加到 23 億美元，增長了 36 倍。尤其是 2021 年，它為長時儲能的回歸奠定了基礎(chǔ)，與前一年相比，投資資金增加了約 300%。
1.技術(shù)方向
LDES 技術(shù)通常屬于這三類之一：機(jī)械能（Mechanical）、電化學(xué)能（Electrochemical）或熱能（Thermal）。
1.1 機(jī)械能
機(jī)械能技術(shù)通常將能量儲存為勢能或動能。
1.1.1 壓縮空氣（Compressed Air）
壓縮空氣技術(shù)將空氣壓縮到地下洞穴中（充），隨后在渦輪機(jī)中重新膨脹做功進(jìn)行發(fā)電（放）。
持續(xù)時間：6-100 小時
創(chuàng)業(yè)公司代表：Hydrostor、Green-Y、Cheesecake Energy、Apex CAES
1.1.2 液態(tài)空氣（Liquid Air）
液態(tài)空氣技術(shù)有時也被稱為低溫技術(shù)，通過壓縮和冷卻將空氣冷卻至低溫（充），然后使用冷熱儲罐使其膨脹做功（放）。
持續(xù)時間：4-24 小時
創(chuàng)業(yè)公司代表：Innovatium、Highview Power
1.1.3 液態(tài) CO2（Liquid CO2）
液態(tài)二氧化碳技術(shù)將 CO2 壓縮成液態(tài)（充），然后被蒸發(fā)和加熱，以膨脹形式做功（放）。
持續(xù)時間：3-16+ 小時
創(chuàng)業(yè)公司代表：EnergyDome
1.1.4 基于重力（Gravity-based）
基于重力的技術(shù)通過提升活塞或重物（充），隨后落下（放）。
持續(xù)時間：8-24 小時
創(chuàng)業(yè)公司代表：Energy Vault、Renewell、Gravitricity、Ares、EnergyBank、Gravity Power
1.1.5 抽水蓄能（Pumped Hydropower）
抽水蓄能技術(shù)是用水泵將水提升到上游（充），然后將水釋放到下游（放）。
這個技術(shù)最近也出現(xiàn)了新形式，那就是將水被打入地下并在高壓下儲存（充），直到地面上的閥門打開，水流出推動渦輪做功（放）
持續(xù)時間：10-1,000+ 小時
創(chuàng)業(yè)公司代表：Quidnet、MineStorage、RheEnergise
1.2 電化學(xué)能
電化學(xué)能就是利用不同的化學(xué)物質(zhì)來儲存能量，主要由陰極、陽極和電解質(zhì)組成。
1.2.1 金屬-空氣（Metal-Air）
金屬-空氣技術(shù)所采用的陽極由純金屬（例如鐵）制成，當(dāng)金屬陽極氧化（放）時會與環(huán)境空氣發(fā)生反應(yīng)，然后利用電流將鐵銹轉(zhuǎn)化回鐵（充）。
持續(xù)時間：8-100 小時
創(chuàng)業(yè)公司代表：Form Energy、EnZinc、Zinc8
1.2.2 新型化學(xué)材料（Novel Chemistries）
新型化學(xué)材料技術(shù)具有傳統(tǒng)陽極-陰極電池結(jié)構(gòu)，但使用其它材料代替鋰。
持續(xù)時間：4-16 小時
創(chuàng)業(yè)公司代表：Eos、Ambri、EnerVenue、e-Zinc、Enerpoly
1.2.3 液流電池（Flow batteries）
液流電池是一種電化學(xué)電池，兩種化學(xué)成分溶解在液體中并通過膜兩側(cè)的泵進(jìn)行循環(huán)。
持續(xù)時間：8-24 小時
創(chuàng)業(yè)公司代表：ESS、VRB Energy、Invinity、CellCube、Primus Power、H2 Inc.、Redflow
1.3 熱能
熱能技術(shù)將能量儲存在各種材料中，如水、熔鹽和礦物質(zhì)。一般來說，將電能轉(zhuǎn)化為熱能再轉(zhuǎn)化回來會面臨巨大的損失，但當(dāng)系統(tǒng)的輸入或輸出都是熱能時，其效率要高得多。
1.3.1 潛熱（Latent Heat）
潛熱技術(shù)是將能量用于儲存于介質(zhì)的相變中（充），然后將其還原成原來的形態(tài)以釋放熱量（放）。
持續(xù)時間：8-24 小時
創(chuàng)業(yè)公司代表：StorWorks、Azelio
1.3.2 顯熱（Sensible Heat）
顯熱技術(shù)是將能量用于加熱存儲介質(zhì)（充），然后通過熱交換器吸收，或用于另一種工質(zhì)的膨脹做功（放）。
持續(xù)時間：8-24 小時
創(chuàng)業(yè)公司代表：KraftBlock、Kyoto Group、Hyme、EnergyNest、1414 Degrees、SaltX、Malta
2. 技術(shù)指標(biāo)
以下指標(biāo)常被用于判斷某個 LDES 技術(shù)是否能成功。
持續(xù)時間（Duration）：已經(jīng)有多個 LDES 技術(shù)可以進(jìn)行 100MWh 的部署，其輸出功率不僅能與鋰電池媲美，還在占地面積上不會輸。
成本（Cost）：前期的資本支出可能比鋰電池更貴，但增加額外的 MWh 輸出能力的邊際成本會非常低。
使用壽命（Lifetime）：鋰電池通常可運(yùn)行 2-3,000 次循環(huán)，或大約六年。預(yù)計(jì)大多數(shù) LDES 能運(yùn)行 20-50 年。
輸入/輸出（Input/Output）：LDES 解決方案將容量和輸出解耦，在獲得額外的容量的同時，無需付出更多就能得到功率輸出。
可擴(kuò)展性（Scalability）：許多 LDES 技術(shù)不需要關(guān)鍵礦物或沒有地質(zhì)限制，并且擴(kuò)展起來非常便宜。
安全性（Safety）：鋰電池火災(zāi)頻發(fā)。LDES 解決方案可以避免因使用鋰電池而需要的額外基礎(chǔ)設(shè)施投資和運(yùn)營成本（更高的保險費(fèi)），尤其是在持續(xù)時間極長的情況下。
安全供應(yīng)鏈（Secure Supply Chains）：基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商對波動性敏感。遠(yuǎn)離不穩(wěn)定的地緣政治和高隱含碳排放原材料的創(chuàng)業(yè)公司能夠在這個領(lǐng)域更容易成功。
產(chǎn)品化，而不是項(xiàng)目化（Productized, not projectized）：鋰電池很便宜，因?yàn)榭梢砸?guī)模生產(chǎn)。如果 LDES 技術(shù)必須是按項(xiàng)目單獨(dú)打造，那將面臨極大的挑戰(zhàn)。
合理的 LCOS 假設(shè)（Reasonable LCOS Assumptions）：復(fù)雜多變的因素使得投資者和客戶很難完全信任或公平比較 LDES 初創(chuàng)公司提出的平準(zhǔn)化儲能成本 (LCOS) 。
3. 套利機(jī)會
長時儲能既可通過容量市場獲得收入，也可以提供輔助服務(wù)得到補(bǔ)償。
日內(nèi)（<24小時）：提供單日儲能服務(wù)，用于削峰填谷和電網(wǎng)穩(wěn)定服務(wù)。最常見是現(xiàn)貨市場，用于填補(bǔ)任何供需不平衡。由于定價原因，鋰電池可能會在該領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，但 LDES 技術(shù)仍然可以通過相對較快的調(diào)度獲得創(chuàng)收機(jī)會。
多日/周（24-100小時）：提供 24-100 小時的儲能服務(wù)。這對于夜間電力需求和可再生能源發(fā)電低的時期很重要。電力公司通常通過火力發(fā)電廠和拉閘限電來解決。LDES 有可能填補(bǔ)其中的許多空白，通過日前市場獲利。
季節(jié)性（100 小時以上）：考慮到季節(jié)之間風(fēng)光的自然變化以及日益頻繁的極端天氣事件，LDES 可以幫助淘汰電網(wǎng)中一些最昂貴的電力設(shè)施：天然氣調(diào)峰發(fā)電廠。這些電廠每年可能只運(yùn)行幾百小時，燃燒的天然氣比基電的 CHP 發(fā)電機(jī)要多 50%。
來源：Guerra, Nature.
長時儲能距商業(yè)化有多遠(yuǎn)？
雖然長期需求可觀，長時儲能這筆經(jīng)濟(jì)賬仍不好算。
長時儲能如果單單沿用短時儲能的盈利模式，經(jīng)濟(jì)效益有限。長時儲能與短時儲能相比最大優(yōu)勢系就是其容量邊際成本 (Marginal Cost per kWh)，功率和容量可以相對獨(dú)立擴(kuò)展，避免了未使用功率產(chǎn)生的附加成本，具有不同應(yīng)用場景之間切換疊加的高度靈活性。而目前大部分電力輔助服務(wù)市場、峰谷電價套利空間，對2-4小時短時儲能系統(tǒng)基本足夠。因此，長時儲能要想突破短時儲能的商業(yè)壁壘，必須要解決短時儲能技術(shù)當(dāng)前所無法解決的痛點(diǎn)，展示其在更長時間維度的經(jīng)濟(jì)價值。
來源：ARPA-E's DAYS 2020
近期麻省理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在Nature Energy上深入探討了長時儲能的成本和其他技術(shù)特性對零碳電網(wǎng)整體發(fā)電成本的影響。研究表明，長時儲能的價格至少要達(dá)到 $50/kWh才會被更廣泛地應(yīng)用；如要大幅降低整體發(fā)電成本 (>10%)，成本必須落在$1/kWh - $10/kWh這個區(qū)間。除了長時儲能本身的充放電效率和造價，還有眾多可以提供穩(wěn)定電力服務(wù)的能源組合（核能、化石能源+碳捕捉與封存技術(shù)、氫能等）可以與之競爭，這些技術(shù)未來發(fā)展和成本，也會左右長時儲能在電網(wǎng)中可以占有多大的位置。與其他硬科技一樣，長時儲能從研發(fā)、示范、落地到規(guī)?；宦飞媳貙⒚媾R產(chǎn)能、供應(yīng)鏈、建設(shè)、運(yùn)營等多方面挑戰(zhàn)，必須嚴(yán)格控制每一環(huán)的風(fēng)險，才能實(shí)現(xiàn)既定的成本目標(biāo)。
穿越產(chǎn)品死亡之谷
來源：Bridging the Battery "Valley of Death" - by Intercalation Station
來源：碳達(dá)峰碳中和技術(shù)路徑及實(shí)踐探討-舒印彪
一圖了解長時儲能相關(guān)政策和技術(shù)
阿白 風(fēng)光儲充
近日，山東印發(fā)全國首個長時儲能規(guī)則《關(guān)于支持長時儲能試點(diǎn)應(yīng)用的若干措施》，指出長時儲能包括但不限于壓縮空氣儲能、液流電池儲能等，試點(diǎn)項(xiàng)目要求規(guī)模不低于10萬千瓦，滿功率放電時長不低于4小時。據(jù)悉截至2023年6月，山東新能源裝機(jī)7784.2萬千瓦，占全省裝機(jī)占比38.79%。研究認(rèn)為，在新能源裝機(jī)占比達(dá)到15-20%之后，4小時以上的長時儲能需求將成為剛需。
何為長時儲能，長時儲能有哪些政策和技術(shù)，一圖了解長時儲能。
