【海洋能源工程咨询】​​长时储能（LDES）技术的需求

长时储能技术是一项很有前途的技术，但要推动电力系统深度脱碳还必须加以改进。

使用可再生能源发电对全球脱碳而言至关重要。但光伏和风电具有间歇性，当因光伏和风能无法发电时，需要储电系统加以补充。因此，储电系统对全球脱碳也非常重要。

储电技术已经存在。储电技术可以满足不同的时间跨度范围以及不同的操作灵活性的要求。这意味着一些储电技术比另一些储电技术更适合于某些特点的服务。

但是，持续时间长达几天、几周甚至几个月的长时储能系统可以提升电力系统的经济性和效率，推动电力系统深度脱碳，同时还能够确保电力系统的可靠性。

过去几年，电动汽车和固定式储电领域广泛使用锂离子电池。然而，Wood Mackenzie了解到，锂离子电池在长时储电（指的是储电时常超过8小时）应用领域的成本优势不足。

此外，锂离子电池存在安全性和可持续性问题，需要采取额外措施防止锂离子电池热失控。最后，锂离子电池成本居高不下，回收成本较高，这些因素影响了锂离子电池的可持续性。

市场上存在一系列的长时储电技术，特别是氧化还原液流电池、金属空气电池、热能存储和机械存储技术。每种技术的成熟度和市场准备程度都不尽相同。

这些技术很具发展潜力，但应该努力降低这些技术的成本，让这些技术广泛推广，加速实现商业化。

氧化还原液流电池（RFB）技术

氧化还原液流电池具有易于扩展、使用寿命长和操作安全性高的特点，适合于固定存储。氧化还原液流电池的关键部件是循环电解质和活性物种选择膜。与锂离子电池相比，氧化还原液流电池的缺点是能量密度较低。目前，氧化还原液流电池的重点是全钒氧化还原液流电池（VRFB）和溴化锌（Zn-Br）这两类化学物质。

液流电池的优点包括灵活性更高、持续时间更长、安全性更好、存储成本更低、使用寿命更长以及使用过程中不需要担心高温。

到目前为止，这两类液流电池都只是小规模开发，且面临一些技术和商业方面的挑战。

全钒氧化还原液流电池（VRFB）：

截至目前，液流电池部署最多的是VRFB电池。然而，VRFB电池只占开发中的储电系统的一小部分。

市场未能快速采用VRFB电池，主要是受到成本的限制，包括相对较高的前期资本开支。这种情况在2022年仍旧存在。钒价格高且大幅波动、选择膜价格昂贵导致化学品成本高，这也是一大挑战。

为降低成本，挖掘VRFB技术的潜力，需要快速扩展这一技术。一些液流电池开发商正在开发垂直整合的商业模式（如进入原材料供应链），但这一趋势仍需加速。

在技术方面，需要开发具有更高离子选择性和导电性的新型膜。此外，可以改进电池设计以提高效率和能量密度。

溴化锌：

溴化锌氧化还原电池为含水系统提供高电池电压，在液流电池中表现出相对较高的能量密度。

然而，该技术至少需要面对两大技术挑战。第一，减轻氢析出和锌金属枝晶的形成，这会降低电池的性能，可能导致安全问题。第二，目前溴化锌系统使用昂贵的化学物质来降低溴蒸气这一有毒气体的排放。

过去十年，RFB商业化工作的中心一直都是VRFB。溴化锌氧化还原电池想要在商业上有所突破就必须付出更多的努力。

金属空气电池

理论上，金属空气电池的能量密度远高于商用锂离子电池，能够储存数天的电能。

金属空气电池使用水电解质，所涉及的材料（如锌和铁）是安全的、具有成本优势，并且在地球上储量丰富。因此，金属空气电池的材料成本和相关的系统级能源成本都较低。

然而，金属空气电池在金属阳极、空气阴极和电解质方面仍存在一定的挑战，因而这种电池尚未发挥全部潜力。金属空气电池的往返效率也低于锂离子电池和液流电池。

热能储存和机械储存

与大多数其他形式的储能技术相比，热能储存技术与热岩储能技术一样，展现了廉价丰富的材料使用优势。热能储存技术面临的主要挑战是如何以高效和经济的方式将热能转化为电能。

抽水蓄能水电和压缩空气储能是最受讨论的两种机械储能技术。机械存储技术的能量密度远低于电化学和化学存储技术。

此外，大多数机械储存技术的应用对地形有特殊要求。例如，抽水蓄能水电站需要两个不同高度的水库，且水库之间需要存在坡度。

在世界上的许多地区，LEDS技术的应用在资金、市场和政策方面依然受到很多限制，影响着LEDS技术的发展部署。