国网新源新疆阜康抽水蓄能电站下水库。耿文浩 摄
在实现“双碳”目标背景下，风电、太阳能发电等新能源发电发展迅速，其波动性给电力系统稳定运行和供需平衡带来挑战。长时储能凭借长周期、大容量特性，能够在长时间维度上平抑新能源发电带来的波动，保障季节性及极端天气下的电力供应。
目前，国内外对于长时储能的放电时长尚未统一定义，国内一般认为持续放电时长在4小时以上的技术属于长时储能，主要包括抽水蓄能、压缩空气储能、熔盐储热、液流电池和氢储能等5种类型。发展长时储能对我国保障能源安全、推动能源绿色低碳转型、促进能源高质量发展具有重要意义。
长时储能是保障新型电力系统安全稳定运行的重要手段
国网能源研究院有限公司预测：2060年全社会用电量约15.7万亿千瓦时，电源装机将超过67亿千瓦，非化石能源装机占比和发电量占比均超过80%;其中，风能、太阳能发电装机将超过40亿千瓦，装机占比超过60%，发电量占比超过50%。
随着新能源电源和电力电子设备大规模接入，电力系统高比例可再生能源、高比例电力电子设备的“双高”特征凸显，系统转动惯量持续下降，调频、调压能力不足，使得电力实时平衡难度增大，这对电力系统调节资源提出了巨大的需求。同时，风电、太阳能发电易受天气影响，“极热无风、极寒少光”特点明显，出现极端天气时出力不稳定，容易造成电力供需不平衡。根据仿真分析，当电力系统中风电、太阳能发电量占比超过50%时，需要解决数天、数周乃至跨季节的电力电量平衡问题。由于2至4小时的短时储能不具备相应的支撑能力，大规模长周期储能的作用将会进一步凸显。
与短时储能相比，长时储能在提升新能源发电消纳能力、增强电网灵活性等方面优势更明显，尤其是应对季节性气候或极端天气时，长时储能可以提供更长时间的电力安全保障储备，实现跨天、跨月甚至跨季节的充放电循环。“新能源+长时储能”将成为保障新型电力系统安全稳定运行的重要解决方案之一。
长时储能技术在不同时间尺度调节场景下发挥作用
国家发展改革委和国家能源局对储能发展进行了整体规划部署，出台了《“十四五”新型储能发展实施方案》等文件，要求重点试点示范压缩空气、液流电池、高效储热等日到周、周到季时间尺度储能技术，以及可再生能源制氢、制氨等更长周期储能技术，满足多时间尺度应用需求。
根据日、周、季等时间尺度，长时储能分为日长时储能(4至12小时)、周长时储能(12至100小时)和季长时储能(100小时以上)。日长时储能主要应用于日间能量转换，周长时储能主要应用于多天电力平衡，季长时储能主要应用于季节电力平衡以及极端天气下的电力平衡。
综合考虑当前长时储能技术放电时长和容量、效率、经济性、技术成熟度等多种因素，日调节、周调节以及季调节场景适用不同的长时储能技术。
在日调节场景下，抽水蓄能是最适用的储能技术。当前，火电机组仍是我国电力系统灵活性的主要支撑，储能主要用于日间调峰。抽水蓄能凭借技术成熟以及成本低等优势成为长时储能的主流方式，而压缩空气储能、熔盐储热、液流电池和氢储能等仍处在工程示范阶段，在当前市场机制下不具备竞争力。
在周调节场景下，压缩空气储能、熔盐储热和液流电池等将成为长时储能的主要方式，形成多元化竞争格局。随着新能源占比逐步提高，电力系统对长时储能的需求进一步增加，将推动多种长时储能技术应用。压缩空气储能依靠大型地下洞穴或地上储气室进行储气，随着深冷液化、超临界等技术取得突破，可作为抽水蓄能的补充。熔盐储热在光热发电、火电机组灵活性改造以及热电联供等场景具有明显优势，是大规模中高温储热的主流技术。液流电池功率和容量解耦，扩容性强，不受地理条件限制，采用模块化设计，有利于提高储能的规模和灵活性。
在季调节场景下，氢储能是最适用的大规模、长周期储能方式。到2060年，新能源将成为发电主力且成本大幅降低。由于风电具有较强的随机性、间歇性和反调峰特性，风资源丰富的地区更需要跨季节长时储能来保障季节性电力平衡和极端天气下的电力供应。与其他储能方式相比，氢储能在放电时长和容量上具有明显优势，储存形式多样，不受地理条件限制，有望成为跨季节长时储能技术的首选。氢储能随着制、储、输、用等方面技术不断突破，成本将大幅降低，能够应用于电力系统各个环节。
需从政策、技术和应用等方面推动长时储能发展
构建新型电力系统需要不同时长的储能技术，以满足各类场景的调节需求。然而，长时储能整体上还处于初步发展阶段，技术类型较多，商业模式和运行机制尚不完善，产业发展规模较小，还没有形成完整的产业链，成本也有待进一步下降。为此，需要从政策、技术和应用等三方面推动长时储能技术发展。
在政策方面，建议出台适用于长时储能发展的电力市场机制，完善长时储能相关市场价格机制，建立合理的长效补偿和补偿监管机制，加大对长时储能产业发展的支持力度，促进长时储能产业可持续发展。
在技术方面，建议持续跟踪长时储能技术在成本、效率、安全、应用等方面的创新研究，适时开展部分长时储能相关矿产资源储备，加强长时储能全产业链经济性与技术成熟度分析，以科技创新推动长时储能技术的多元化应用研究和工程示范。
在应用方面，建议结合新型电力系统的建设阶段，分析研判长时储能技术在新型电力系统中的场景适用性，厘清长时储能技术演变路径，统筹发展应用长时储能和短时储能，明确各类储能技术的建设时序和区域布局，更好地服务新型电力系统建设。
(作者单位：国家电网有限公司大数据中心 中国电力科学研究院)
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