问题描述

由于新能源发电出力波动大、可靠出力低，随着新能源装机占比不断扩大，以及煤电的逐步退出，新型电力系统面临严峻的电力电量平衡及保供挑战。大规模、长周期储能技术可以实现大规模能量的长时间存储、转移和转换，对于提升新型电力系统长周期灵活性及充裕性具有重要作用，同时也关系着未来系统的演化路径和电网形态，但目前国内外新能源发展场景、路径有很大差异，长周期储能技术的定义、需求也不同，当前的储能类型多样，但满足我国新型电力系统建设的长周期储能技术尚无明确答案，，适用于新型电力系统的大容量、高效率、具有成本经济性的长周期储能方式还一直在探索与研究之中，大规模工程应用和实践尚未开展。

问题背景

据估计，我国2060年新能源装机规模将超过50亿千瓦，占比超过60%，电量占比超过55%，成为电力电量供应主体。我国是季风性气候国家，新能源出力特性与国外有较大差异，新能源出力波动大、波动持续时间长，存在季节性偏差、年/月不确定性强，造成电力系统长时间尺度的平衡难度大。例如，2018年新疆风电大波动最长持续时间超过2天，风电低于装机容量20%的低出力最长持续时间超过8天；2021年9月，中国东北因风电持续低出力导致电力供应不足而限电；2020年8月，美国加州高温天气下新能源低出力引发电力短缺，大容量、长周期储能可以实现跨天、跨月、跨季节的能量存储、转移与转换，对提升新能源消纳能力，平移新能源长周期电量波动，缓解季节性保供压力，保证电力系统长周期电力电量平衡至关重要。

有研究指出风电、光伏发电量占50%-80%时，需要储能时长>10h，新能源发电渗透率越高，需要的储能时长就越长。迄今为止，长周期（长时）储能的时长尚无明确定义，面向新型电力系统技术需求，长周期储能是指可实现跨天、跨月，乃至跨季节大规模能量存储释放的储能系统，具有能量充足、容量大、效率高、安全性好、成本低、资源和环境友好等特点，综合能量转换效率应大于70%，使用寿命大于15年，以电-储-电、或者电-储-X（热、冷、氢等）等为能量吞吐形式,能量存储释放次数一般较短时储能低。

从时间尺度上看，目前秒级至数小时级的储能形式，如飞轮储能、超级电容器、常规电化学储能等能够满足系统安全稳定和短时灵活性需求，当前电力系统中应用最为广泛的小时级储能形式-抽水蓄能在小时级调峰调频方面发挥重要作用，但在长周期储能形式上，并无固定技术路线，以压缩空气、氢储能、熔盐储储能、液流电池等为代表的物理储能、热储能、化学储能等多种形式均处于发展阶段，未来何种形式的长周期储能能够满足新型电力系统对大容量、高效率、跨天、月、季节储能的需求还亟待探索与研究。

最新进展（截止问题发布年度）

美国能源部于2021年公布了“长时储能攻关”计划，目标在10年内将时长超过10小时的储能系统成本降低90%以上。丹麦、德国等欧洲国家在跨季节储热领域也有长期布局。国家发展改革委、国家能源局2022年3月印发的《“十四五”新型储能发展实施方案》也提出要推动多时间尺度新型储能技术试点示范，重点试点示范压缩空气、液流电池、高效储热等长时储能技术。国家科技部发布的《“十四五”国家的重点研发计划》提出支持长时间储能多种储能技术的研发，重点包括超长时间尺度储能技术3项：100MW级先进压缩空气储能技术、新一代液流电池储能技术、宽液体温域高温熔盐储热技术。

在国家政策和科技项目支持下，长周期储能技术百花齐放，各有特点。2022年10月，首个国家级大型化学储能示范项目——液流电池储能调峰电站在大连市正式并网发电。同年，世界单机规模最大的新型压缩空气储能电站在张家口并网发电，目前盐穴压缩空气储能电站已进入正式商业运行状态；2022年10月，浙江最大用户侧熔盐储热项目投入运行，该项目采用太阳盐（60%硝酸钠和40%硝酸钾），总熔盐用量达7500吨，年可发电3200万千瓦时。氢储能技术也逐步开展多种应用模式的示范应用，包括电-气体（氨/甲醇）应用模式、电-气-电热应用模式。电-气（氨/甲醇）应用模式。河北沽源风电制氢综合利用示范项目是我国首个风电制氢工业应用项目，由200MW风力发电场、10MW碱性电解水制氢系统以及氢气综合利用系统组成。2023年3月，广州和昆明实现固态氢能发电并网：采用钛锰储氢合金，储氢压力是3MPa，储氢容量为165kg，存储200Nm³氢气，可持续稳定出力23小时、总供电2300kWh。

从技术水平和工程应用来看，抽水蓄能由于地理资源约束，远期来看无法足量地满足储能需求，特别是开发建设时间长（7年一周期），在风光建设超预期的时候，储能资源无法及时匹配。熔盐作为储热介质，成本较低，工作状态稳定，储热密度高，储热时间长，适合大规模中高温储热，单机可实现100MWh以上的储热容量，但能量转换方式决定了熔盐储热只适用于热发电场景。液流电池可实现电化学反应与能量储存场所的分离，使得电池功率与储能容量设计相对独立，能量效率和功率密度高、规模易扩展、循环寿命长，适合大规模储能需求，但成本及产业链资源约束是制约其发展的主要问题。压缩空气储能能效转换低、响应速度慢、依赖地形和燃气资源、建设周期长。

储氢方面，低温液化储氢技术有着很高的能量密度，但要求储氢罐完全绝热且液化过程能耗较高，其成本昂贵，不适合广泛应用。固态储氢技术，可有效地克服气态和液态储氢技术存在的不足，且储氢密度大、压力低，有着广阔的发展前景，处于示范应用阶段。

在跨季节储能方面，目前以储热为主，即以储热材料为媒介，利用电能将热能先储存起来，在需要时释放，能有效解决能源供需在时间、空间上的不匹配，主要应用在供暖、热水等领域。丹麦大型相变储热区域供热技术发展较为成熟，其跨季节相变储热系统大多数属于热电联产锅炉+太阳能+相变储热+区域供热系统，能够实现太阳能的有效消纳，增加火电厂灵活性。目前跨季节储能面临能量存储效率不高的问题。

长周期储能技术路线关系着新型电力系统规划、设计、构建过程的安全性、经济性和环保性，特别是相关颠覆性技术将深刻影响新型电力系统的发展路径和前景，需要受到进一步关注和重视。

重要意义

长周期储能技术对于新型电力系统构建，乃至能源转型、能源安全至关重要，其突破将根本性破解高比例新能源发展与消纳的关键难题，是我国新型能源体系构建的重要组成部分，战略意义重大，主要包括：

一影响新型电力系统的演化路径，降低能源转型风险。长周期储能技术取得突破后，新能源的发展规模可进一步扩大，以“长时储能+新能源“技术路线将更大规模的替代“CCUS+化石能源+新能源”的技术路线，对于加快实现双碳目标、降低能源转型风险和成本具有重要意义。

二降低电网投资建设成本，改变电网未来的发展形态。大电网对于新能源开发利用及大范围的电力时空互济具有重要作用，长周期储能技术取得突破后，可在更长时间维度上平抑新能源发电波动，减少跨区域电力交换规模和电网建设规模，提高特高压等输电网络的利用率，降低能源供应成本。

三保障长时间极端天气下的电力供应及缓解季节性供电紧张。极端天气（如得州严寒、我国川渝限电等）将引起新能源出力不足，负荷需求增大，造成大规模停电影响日常生活，长周期储能通过能量长时间存储，能够保证在长时间极端天气下的电力供应，同时水电及新能源等具有季节性出力偏差，长时储能在资源丰富期储能，在资源短缺期放能，实现季节性能量转移，降低社会用电成本。