什么是長時儲能？它的經濟性如何？

長時儲能一般指4小時以上的儲能技術。長時儲能系統是可實現跨天、跨月，乃至跨季節充放電循環的儲能系統，以滿足電力系統的長期穩定。可再生能源發電滲透率越高，所需儲能時長越長。

可再生能源發電具有間歇性的特點，主要發電時段和高峰用電時段錯位，存在供需落差。隨滲透率上升，平衡電力系統的負荷要求增加。相較于短時儲能，長時儲能系統可更好地實現電力平移，將可再生能源發電系統的電力轉移到電力需求高峰時段，起到平衡電力系統、規模化儲存電力的作用。

風電、光伏發電占比越高，儲能時長越長

儲能設備削峰填谷功能凸顯，以4h為代表的長時儲能設備具有發展必要性。根據CAISO數據，繪制2021年加州夏季單日電池儲能設備的充放電曲線。

由圖可見，儲能設備在白天以高功率儲存電能，在晚間用電高峰高功率放電，高峰放電持續時間超4h。

加州夏季單日電池儲能設備充放電曲線

根據Strategen的研究報告，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75%。為平衡太陽能發電，需要在白天存儲8到12個小時的電能，晚間存儲調度量也將增加，最多時需連續放電12小時，長時儲能發展不可或缺。

美國加州由于較高的可再生能源發電比例，是最早大量部署持續放電時間4小時儲能系統的地區之一。

從2019年開始，加州地區就已經開始陸續部署4小時的儲能系統。根據Strategen預測，加州到2030年將部署2-11GW的長時儲能設備，到2045年將實現45-55GW的長時儲能配置。

加州4h以上的鋰電池儲能項目

長時儲能的三個階段

對于長時儲能而言，最重要的是為電力系統的靈活性調節提供支撐。概括而言，電力系統中，靈活性資源的需求方主要是風力、光伏發電設施；電力系統的靈活性主要來自于兩個方面，一方面是原有發電機組的靈活發電，另一方面就是儲能設施的配置。

我們在分析推進節奏時，將靈活性提供方簡化為三部分：存量機組；成熟的儲能方式——抽水蓄能；新型儲能技術。通過這種方式，可大致勾勒出隨著風光發電量占比的逐步提升，儲能的推進節奏。

具體可分為三個階段：

階段1：風光發電量10%左右的水平（對應中國2021年前后所處的階段）：

新型長時儲能技術發展的戰略窗口期在此階段，存量的發電機組（煤電、氣電）可以進行改造，提供更多的靈活性資源支持；傳統的儲能方式抽水蓄能由于建設周期較長（6-8年），需盡快規劃上馬；新型儲能項目成本仍然過高，但是如果仍存在靈活性缺口，需要新型儲能項目盡快補上。

階段2：風光發電量20%左右的水平（對應中國約2025年前后所處的階段）：

新型長時儲能技術產業化降本的決戰期在此階段，存量的發電機組改造基本完成，無法提供更多的增量靈活性；抽水蓄能項目逐漸落成，與存量機組一同成為靈活性調節主力；而此時，對于新型儲能的需求量也進一步提升。

階段3：風光發電量30%左右的水平（對應中國約2030年的階段，對應美國加州約2020年所處的階段）：

成本最優的長時儲能技術裝機量快速增長期在此階段，存量機組無改進空間且逐步淘汰；抽水蓄能受限于地理資源約束無法繼續上量；只能依靠新型長時儲能技術提供增量的靈活性資源。

長時儲能的推進節奏

長時儲能的分類

儲能技術特點及降本情況各不相同，根據應用場景的不同，長時儲能技術將呈現多線并舉的格局。

概括而言，長時儲能技術可分為機械儲能、儲熱和化學儲能三大主線。其中，機械儲能包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能；儲熱主要為熔鹽儲熱；化學儲能包括鋰離子電池儲能、鈉離子電池儲能以及液流電池儲能。

儲能技術路線對比

經濟性

初始投資成本、儲能效率與循環壽命是三大核心因素

1.最便宜的長時儲能：抽水蓄能、壓縮空氣、鋰離子電池儲能

在考慮充電成本情況下，抽水蓄能和壓縮空氣儲能技術最為經濟，而鋰離子電池儲能為現階段度電成本最低的電化學儲能技術，鈉離子電池和液流電池度電成本較高。

5種儲能形式的全生命周期度電成本（元/kWh）

2.壓縮空氣：效率提升至65%時，經濟性有望超過抽水蓄能

隨儲能效率提升，壓縮空氣儲能技術的度電成本將持續下降，有望超過抽水蓄能，成為最經濟的大規模儲能技術。進行敏感性分析，初始投資成本為1.4元/Wh時，假設儲能效率提升至70%/75%/80%，考慮充電電價的度電成本可下降至0.834/0.806/0.782元/kWh。

目前，張家口100MW/400MWh先進壓縮空氣儲能系統的設計效率已達到70.4%，后續可持續觀測其運營情況。

壓縮空氣儲能中，“度電成本”對初始投資成本、儲能效率的敏感性分析（元/kWh）

3.鋰離子電池：鋰價回落后，仍是比較經濟的長時儲能方案隨產業化進程加速和原材料價格回落，鋰離子儲能初始投資成本有望逐步下降，將提升其儲能經濟性。進行敏感性分析，儲能效率為88%時，假設10MW/50MWh鋰離子電池儲能系統的初始投資成本降至1.5/1.2/1.0(元/Wh)時，考慮充電電價的度電成本為1.081/0.966/0.890元/kWh。

鋰電儲能中，“度電成本”對初始投資成本、儲能效率的敏感性分析（元/kWh）

4.液流電池：初始投資成本和儲能效率是兩大掣肘因素隨產業化進程加速，液流電池儲能的初始投資成本有望下降，其儲能效率逐步上升，將進一步改善液流電池的度電成本。

進行敏感性分析，儲能效率為75%時，假設10MW/50MWh液流電池儲能系統的初始投資成本降至2.5/2.0/1.5(元/Wh)時，考慮充電電價的度電成本將下降為1.293/1.132/0.971元/kWh。

液流電池儲能中，“度電成本”對初始投資成本、儲能效率的敏感性分析（元/kWh）

5.鈉離子電池：極致降本后，可作為比較經濟的長時儲能方案隨產業化進程加速，鈉離子電池儲能初始投資成本有望逐步下降，大幅提升其儲能經濟性。

進行敏感性分析，儲能效率為80%時，假設10MW/50MWh鈉離子電池儲能系統的初始投資成本降至1.6/1.3/1.0(元/Wh)時，考慮充電電價的度電成本為1.263/1.153/1.044.元/kWh。當初始投資成本下降至1.3（元/Wh）時，度電成本將低于當前鋰離子電池。

鈉電儲能中，“度電成本”對初始投資成本、儲能效率的敏感性分析（元/kWh）