长时储能报告：《净零电力——可再生电网长时储能》.docx

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1、长时储能报告：净零电力一一可再生电网长时储台匕目录编者按21 .序言31.1. 1.前述31.2. 2.问题是什么？ 51.3. 长时储能技术如何提供帮助？ 61.4. 长时储能的发展何去何从？ 61.5. 怎样才能做到这一点？ 72 .研究报告提及的长时储能技术92. 1.机械储能103. 2.热储能114. 3.化学储能115. 4.电化学储能113 .数据收集和基准测试123. 1.前述124. 2.长时储能在提高电力系统灵活性方面可以发挥重要作用，这对于实现净零排放至关重要135. 3.到2040年电力系统的脱碳将是必不可少的措施，致力实现净零经济，并将全球气温上升限制在1.5C136

2、. 4.净零电力系统将需要不同持续时间级别的灵活性资源，其中长时储能可以发挥关键作用174 .长时储能技术表征及现状194.1. 长时储能技术可以发挥关键而独特的作用，在数小时到数周的时间范围内提供灵活性194. 2.长时储能技术的特点是储能容量资本支出低，并且能够将功率和能量容量解耦204. 3. 一些长时储能技术的额外操作和部署优势可以为系统增加显著价值214.4.新型长时储能技术呈现出截然不同的特性，使其适用于不同的应用224. 5.对未来电力系统的灵活性需求进行建模264. 6.到2040年，长时储能的潜在市场规模可达到1.5至2.5TW,以实现净零电力系统所需的灵活性274. 7.长

3、时储能可以在一系列不同的并网和离网应用中创造价值274. 8.深入探讨：能源转移、产能供应和输配电优化314. 9.潜在市场对成本和性能、替代技术和脱碳发展最敏感345.长时储能的成本分析365.1. 实现报告中概述的规模，长时储能成本下降曲线需要与其他新兴清洁技术相当.365. 2.当前的系统成本和性能可与其他即将商业化的新兴技术相当375. 3.在未来15年，长时储能的资本支出可能下降60%,而随着商业化的加速，长时储能系统的充放电效率可能增长10%至15%375. 4.长时储能系统的预计资本支出学习率与风电、光伏和氢能等类似的突破性能源技术一致395. 5.中位数性能数据与前四分之一性能

4、数据的对比405. 6.技术发展和扩大运营规模将是成本改善的最大驱动力415. 7.预计长时储能成本降低轨迹可与未来20年锂离子电池和氢能存储成本预测相当.425. 8.储能系统平准化成本(LCOS)竞争基准测试436. 长时储能商业案例456.1. 如果创造机会部署更多的长时储能，可以在能源系统中创造显著的经济和环境效益456. 2.到2025年，长时储能项目的投资回报将与其他能源技术相当，但市场支持在短期内至关重要466. 3.长时储能资产如今已经实现了一些商业化安装，但要实现更广泛的商业部署，还需要克服一些关键挑战476. 4. 一项美国案例研究表明，公用事业公司如何从多个长时储能应用中

5、受益，但在货币化方面面临不确定性487 .竞争力之路和关键市场推动因素501. 1.三项潜在行动可以通过改变储能的监管和报酬方式来帮助释放长时储能价值.507. 2.缺乏支持性市场可能会显著地延迟长时储能技术的部署518. 3.到2040年实现最佳长时储能容量部署将需要大量投资529. 4. 一个有实际行动的支持性生态系统将有利于市场的迅速发展528 .结论55编者按第3页共56页净零电力可再生电网长时储能报告由长时储能(LDES)委员会与其知识合作伙伴的麦肯锡公司合作撰写。长时储能委员会是一个由企业首席执行官(CEO)领导的全球性组织，致力于在全球范围内部署长时储能系统以加速能源系统的脱碳。

6、长时储能委员会于去年在COP26峰会上成立，借鉴其成员的经验，为各国政府和各行业领域提供基于事实的指导，这些成员包括行业领先的能源公司、技术提供商、投资者和最终用户(见图l)oAnchors在未来，长时储能委员会将进一步深入了解长时储能的资产类别、电力和能源系统以及更广泛的能源转型。该委员会还将积极与其他各方进行接触。Technology providersH High viewPower* _EMEROVOOMEFormenergyIndustry and services customersLoworbon tntrgy systemintegrators & developersENRi

7、oTintoGreenko -ceresoca eosCapital providersEquipment manufacturersStiesdalECHOGENceliczut)e妙 ESSAAmbriBreakthroughEnergySIEMENScnerGYBaker Hughes图1长时储能委员会分成员部1.序言1.1.前述随着世界各国考虑如何通过控制温室气体(GHG)的排放来抑制全球气温上升，人们普遍认为，电力行业可以发挥核心作用。而电力行业的碳排放量占全球总排放量的三分之一，实际上是一个双重因素，因为其他经济领域的脱碳在很大程度上取决于对可再生能源的需求不断增长，例如电动汽车和

8、住宅供暖。好消息是，全球的电力行业正在通过从化石燃料发电转向风能和太阳能来减少碳排放。然而，可再生能源在电力结构中所占份额的增长带来了新的挑战。其中最重要的是风电和太阳能发电的固有可变性对现有发电基础设施造成的结构性压力。长时储能委员会发布的第一份研究报告旨在探索应对这一挑战的关键解决方案之一：长时储能。长时储能（LDES）系统被定义为任何可以竞争性部署以长期存储能源的技术，并且可以经济可能地扩大规模以维持数小时、数天甚至数周的电力供应，并为脱碳做出重大贡献。而存储能量可以通过多种不同的方法来实现，其中包括机械储能、热储能、电化学储能或化学储能等。LDES use cases：Scope of

9、 this first report CHP for districtheating/cooling Heat pumps/enginesDesalinaton提供灵活性（定义为通过在能量过剩时储存并在需要时释放能量来吸收和管理供需波动的能力）是一项关键因素。 Hj peaking plants Transport (materialhandling, heavyduty vehicles) Sdid oxxJe fuel cells /electrolyzers H2 turtunes H2 household boilers Industrial heat(furnaces, boiler

10、s)图2长时储能在能源系统灵活性方面发挥核心作用长时储能具有成本效益的方式使经济脱碳的有利因素。而在技术组合中，长时储能可以为电力系统提供灵活性，其中包括电池、热储能、氢能和其他形式的能源（图2）0例如，一些长时储能技术可以同时释放热能和电能（即电能-热能或热能-电能），可用于工业脱碳，或者可以使用电能通过电解生产氢气，然后将氢气重新转化回来之后再提供电力。整合不同部门的能力使某些长时储能技术独一无二，并加强了将其用于正在转型的脱碳行业的商业案例的一个挑战。长时储能系统技术引起了政府、公用事业和输电运营商前所未有的兴趣，对长时储能行业的投资正在快速增长。该报告重点关注新型长时储能系统解决方案在

11、电力系统中的作用。它首先研究了这些储能技术的特点以及它们如何适合帮助管理电力行业的结构性问题。然后，它考虑了长时储能的成本、随着技术的成熟将如何发展，以及它们如何与其他可用于管理供需的技术（如锂离子电池和氢能）进行比较。最后，该报告提出了一些政策制定者和行业参与者可以考虑的行动，以使长时储能发挥其作为世界净零解决方案一部分的潜力。L 2.问题是什么？为了避免发生灾难性的气候变化，需要迅速建立一个主要由可再生能源供电的净零电力部门。随着可再生能源发电量的增长，能源行业面临三个挑战；平衡电力供需、输电模式的变化；以及系统稳定性下降。长时储能可以通过提高电力系统的灵活性来帮助解决这些问题。Proje

12、cted installedcapacity1.5-2.5 TW85-140 TWh0.1-0.4TW0 TW 4-8 TWh0 TWhToday20302040预计到2024年全球长时储能系统装机容量第7页共56页1.3. 长时储能技术如何提供帮助?长时储能涉及许多不同的技术，它们通过机械能、热能、电化学、化学能等不同形式来存储和释放能量。除了锂离子电池技术和氢气储能以外，长时储能技术可以在几小时到几周的时间范围内发挥关键和独特的作用。1.4. 长时储能的发展何去何从？如今出现了许多长时储能技术，并且需要具有更大规模的部署，但它们的发展处于不同的水平。根据预计，到2040年，全球部署的长时储

13、能装机容量甚至可能达到1.52.5TW（储能容量为85-140TWh）o而只有10%的长时储能技术能够得到商业部署，一些长时储能技术仍处于试验阶段。预测表明，目前长时储能的部署需要大幅扩大规模，但其发展势头将在未来20年内呈指数级增长。Global deals in the LDES industry,USD million260Pre-2018201820193609102,640Total20212020长时储能行业的全球交易（百万美元）1.5. 怎样才能做到这一点?为了使长时储能成本最优，成本必须再降低60%。然而，太阳能发电设施和风力发电等其他清洁能源技术的成本已经大幅降低。在2022

14、2040年期间，长时储能将需要1.5万亿3万亿美元的投资。这一期间的投资相当于每24年对全球输配电网络的投资。这项投资具有创造经济和环境效益的潜力。如果有足够的机制将长时储能的价值货币化，那么其商业案例通常是积极的。长时储能的价值可以通过监管变化来释放： 长期系统规划。 支持长时储能的部署和扩展。 市场创造。在全球范围内，一些国家如今还没有走上将全球气温上升限制在1.5的轨道。为实现巴黎协定中作出的承诺，世界各国必须为减少所有部门的碳排放做出重大努力。而占到全球碳排放量约三分之一的电力部门将成为全球脱碳的核心，许多政府部门和企业都认为到2040年必须实现净零排放。因此，创新解决方案对于满足以下这三个目标至关重要的电力部门面临的关键挑战：将发电量增加两倍以满足不断增长的电力需求，将电力系统从化石燃料发电转变为可再生能源发电，并满足能源转型的社会和经济成本。基于10,000多个成本和性能数据点，这项研究报告指出，长时储能技术可以在帮助创造电力系统灵活性和稳定性方面发挥关键作用，以应对可再生能源发电在电力系统中所占份额的增加。长时储能包含一系列技术，能够以具有竞争力的成本和规模长时间以各种形式存储电力。这些长时储能技术可以在需要时（数小时、数天甚至数周）释放电能，以满足锂离子电池储能系统等短时储能解决方案难以满足的长期的系统灵活性需求。而这些