1、长时储能：碳中和时代的必然选择

1.1、储能的本质：让能量更可控

储能的核心是实现能量在时间和空间上的移动，本质上是让能量更加可控。我们 把各种发电方式的本质归一化，可以发现：火电、核电、生物质发电天然就有相 应的介质进行能量的存储，并且介质适宜进行贮存和运输，即本身就配置了储能 功能。而对于水力发电、风力发电、光热发电、光伏发电而言，发电借助的来源是瞬时的、不可贮存和转运的。相应地，如果我们想让这些能源更加可控，必须人为的添加储能装置。可以理解为，储能装置的添加，会使得水力、风力、光伏、 光热成为更理想的发电形式。

1.2、储能的应用：让分布式更“优质”、让系统更灵活

发电侧与电网侧一直承担着让能量更可控的任务，储能将作为一种方式提供灵活性资源。在抽水蓄能大建设、新型储能兴起之前，电网的灵活性资源更多的需要火电提供。而目前，在一个优质的电网存在的情况下，系统的灵活性调节资源是由抽水蓄能、新型储能、火电等共同提供的。此时，建设抽水蓄能和新型储能的节奏，要评估两个方面：（1）从经济性维度上，建设抽水蓄能、建设新型储能与进行火电灵活性改造何者最优；（2）从需求量维度上，火电灵活性改造存在存量机组数量约束、抽水蓄能存在地理资源约束，这两大约束会在什么时间点成为掣肘因素。

储能可以让分布式光伏发电更“优质”，使其有成为家庭用电主力的可能。储能的应用使得用户侧“自发自用”成为了可能，在一个更多偏向于盈利属性的电网环境下，储能加持下的分布式光伏发电更加“优质”。此时，分布式光储的推进核心变成了经济性考量：光储发电的成本与从电网买电的价格孰高孰低。在没有可靠电力保障的情况下，储能是正常生活的刚需。储能装置储存的是能量，而充足的能源是保障生活正常进行的必要需求。而在户外、偏远地区，在有战争可能的地区，在电网保障不足的地区，从生存与避险的角度讲，配置储能是最基本的需求。此处储能推进的核心是：正常家庭能否负担得起一套储能设备，或者一套光储系统。

1.3、储能的需求：高比例可再生能源下的必然要求

高比例可再生能源对系统的灵活性调节能力提出了更高的需求。长时间来看，新能源发电可以满足电量平衡需要，但由于出力波动，在短时内无法满足电力平衡需要。新能源出力具有不确定性、间歇性以及不可控性的特点，为电力系统维持发电及负荷的实时平衡带来挑战。由于新能源机组出力具有间歇性，同样容量的新能源机组与常规火电或水电机组带负荷的能力并不相同，因此电力系统充裕度分析中新能源容量无法与常规机组同等对待。以风电为例，风电可信容量指等可靠性前提下风电机组可以视为的常规机组容量大小，风电容量可信度为其可信容量占其装机容量的比例，根据王彤等对南网的可靠性评估结果，南网 2020 年风电的容量可信度在 0.67%~18.75%之间。而方鑫等人在《并网光伏电站置信容量评估》一文中测算，光伏的容量可信度在 54%~56%之间。

波动性可再生能源并网会对电力系统产生多种影响。这些影响并非突然出现，而是随着波动性可再生能源渗透率的提高而逐步增多。具体可根据波动性可再生能源渗透率的不同分为四个阶段：

第 1 阶段：已部署第一批波动性可再生能源发电厂，但对系统基本没有影响；只会造成极少的局部影响，例如在发电厂的并网点。

第 2 阶段：随着波动性可再生能源发电厂数量的增加，负荷与净负荷之间的变化日益明显。改进系统运行方式以更充分地利用现有系统资源，通常足以满足系统并网要求。

第 3 阶段：供需平衡难度更大，需要系统性地提高电力系统灵活性，现有设施和改进运行方式难以满足这一要求。

第 4 阶段：在某些特定时段，波动性可再生能源发电量足以提供系统大部分电力需求，电力系统在系统受到扰动后迅速响应的方式发生变化。可能涉及到规则调整，使波动性可再生能源发电也要提供频率响应服务，如一次调频和二次调频。

目前美国加州可再生能源发电高峰时占比超 50%，正处于第 4 阶段。根据 CAISO 数据，绘制 2021 年加州夏季单日电力供给调配曲线。分析发现，可再生能源能够满足 8-17 点左右的日间供电需求，而在 19 点以后的时间，可再生能源发电量骤降，此时电网中的灵活性调节资源发力，天然气大力发电，但是仍有巨量的用电缺口需要通过从其他州进口电力补足。对于美国加州而言，需要从其他州进口电力来补足的用电缺口，就是其对于储能的需求空间。

1.4、长时储能：碳中和时代的必然呼唤

长时储能（long-duration energy storage)，一般指 4 小时以上的储能技术。长时储能系统是可实现跨天、跨月，乃至跨季节充放电循环的储能系统，以满足电力系统的长期稳定。可再生能源发电渗透率越高，所需储能时长越长。可再生能源发电具有间歇性的特点，主要发电时段和高峰用电时段错位，存在供需落差。 随渗透率上升，平衡电力系统的负荷要求增加。相较于短时储能，长时储能系统可更好地实现电力平移，将可再生能源发电系统的电力转移到电力需求高峰时段，起到平衡电力系统、规模化储存电力的作用。

储能设备削峰填谷功能凸显，以 4h 为代表的长时储能设备具有发展必要性。根据 CAISO 数据，绘制 2021 年加州夏季单日电池储能设备的充放电曲线。由图可见，储能设备在白天以高功率储存电能，在晚间用电高峰高功率放电，高峰放电持续时间超 4h。根据 Strategen 的《Long Duration Energy Storage for California's Clean, Reliable Grid》研究报告，未来到 2045 年，太阳能将成为加州最主要的可再生能源，占比达 75%。为平衡太阳能发电，需要在白天存储 8 到 12 个小时的电能，晚间存储调度量也将增加，最多时需连续放电 12 小时， 长时储能发展不可或缺。