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报告全文翻译节选（ERR能研微讯团队编译，引用请注明出处）

翻译：汪珉璐@ERR能研微讯团队

编辑&校核：ミラクル@ERR能研微讯团队

执行摘要

世界尚未将全球气温上升限制在1.5°摄氏度之内。为了实现《巴黎协定》中所作的承诺，必须做出重大努力，减少所有部门的排放。电力部门约占全球排放量的三分之一，它将成为全球脱碳的核心，许多人认为，它将需要到2040年实现净零排放。因此，创新的解决方案对于应对电力部门面临的三个关键挑战至关重要：为应对不断激增的消费量而发电量（完成）两倍增长，将电力系统从化石（燃料）发电转变为可再生能源，以及应对转型的社会和经济成本。

基于超过10000个成本和性能数据点，本研究表明，长时储能技术（LDES）可以发挥至关重要的作用，帮助在可再生能源发电以及其他技术如锂离子（锂离子）电池和氢气涡轮机增加时创造系统的灵活性和稳定性。

长时储能包括一系列技术，可以以各种形式实现储存电能，具有成本竞争力、规模化、且延长（储能）时间周期（等特点）。然后，这些技术可以在需要时释放电能，超过数小时、数天甚至数周，以满足长期系统灵活性，而不是短期解决方案。各种长时储能技术处于不同的成熟度和市场准备水平。本报告关注的是相对新兴的机械、热、化学和电化学等储能技术，而不是锂离子电池、可调度的氢资产和大型地上抽水蓄能水电（PSH）（关于长时储能技术的更多细节见方框1）。

大量再生能源装机与其固有的间歇性的快速集成给电力系统带来了巨大的挑战，包括潜在的供需失衡、（电力）输送流方式的变化，以及随着化石发电提供的内置惯性被消除而产生的更大的系统不稳定性。所有这些都需要新的解决方案，在不同时间内、多天/多周和季节性。

长时储能是这些解决方案之一，因为长时储能技术可以降低存储电力的边际成本：它们可以使存储的电量和吸收或释放的速度解耦；它们可广泛部署和可扩展；与升级输配电（T&D）电网相比，它们的前置时间相对较低。因此，人们对这些技术的投资兴趣越来越大，宣布或已经运行的长时储能超过500万千瓦和6500万千瓦时。

这只是一个开始：模式显示，到2040年长时储能有潜力在全球部署1.5到2.5太瓦（TW）电力容量—或目前部署的总储能规模的8~15倍。同样，到2040年，它可以部署85~140太瓦时（TWh）的能源容量，并存储所有用电量的10%。这相当于累计投资1.5~3万亿美元，到2040年的潜在价值创造1.3万亿美元。

这些数字的规模反映了长时储能技术的多种用例，以及它们在平衡电力系统和提高其效率方面可以发挥的核心作用。这些措施包括支持系统稳定性、巩固企业电力购买协议（PPAs），以及为拥有远程或不可靠电网的行业优化能源。类似地，在离网系统中使用长时储能的潜力也有很大，这些系统的灵活性较低，目前严重依赖化石燃料。但到目前为止，最大比例的部署预计将与散装电力系统的能量转移、容量供应和研发优化等中心任务有关。

总而言之，长时储能在许多情况下都提供了更低成本的灵活性解决方案。为了在2040年之前实现电网的成本最佳脱碳，很可能会部署一套多样化的解决方案。然而，大规模部署长时储能的好处是巨大的。据估计，到2040年，长时储能的部署可以避免15~23亿吨二氧化碳当量，约占当今电力部门排放的10~15%。仅在美国，长时储能就可以在2040年前每年将实现完全脱碳电力系统的总成本降低约350亿美元。

要实现这种规模顺序，就需要大幅降低长时储能技术的成本。但长时储能理事会成员公司提供的预测显示，这些都是可以实现的，并与最近其他新兴能源技术的学习曲线相一致，包括太阳能光伏和风能。反过来，成本的降低将取决于研发（R&D）、体量和制造业规模效率的改进。同样，长时储能的总部署与电力部门的脱碳率和间歇性可再生能源（RE）发电的部署密切相关。

虽然长时储能技术仍处于起步阶段，但部署可能会在未来几年迅速加速。在快速脱碳情景下，到2025年将安装3000~4000万千瓦电力容量和1太瓦时能源容量的示范项目。长时储能的一个关键里程碑是在大型电力系统中当间歇性可再生能源达到的电力系统60~70%的市场份额，这（个份额）是气候雄心勃勃的国家计划在2025年至2035年之间达到这个目标。这促进了长时储能作为最低成本的灵活性解决方案的广泛部署。

然而，在实现这些目标之前，政府将需要采取行动，帮助降低成本，调动必要的投资，并创造市场信号，使投资者能够在长时储能上获得有吸引力的回报。一个有利的政府生态系统将包括实施（i）长期系统规划，（ii）早期补偿机制，在市场还初期减少投资者的不确定性，以及（iii）支持性政策、法规和市场设计。

长期的系统规划，包括明确的可再生能源目标，对创造投资者信心至关重要。针对早期部署和扩大规模的有针对性的支持将有助于启动市场，并触发成本上的学习曲线。最后，支持性市场设计，如能力机制和政策，抓住长时储能全部价值的价值，将使投资者能够将其支出货币化。这些措施最终将有助于确保以最低的社会成本实现能源转型。

专栏1

本报告的长时储能技术空间

长时储能一词用于包含具有不同技术成熟度和市场准备程度的广泛技术族。虽然这类研究不包括锂离子（Li-ion）、氢能涡轮机或大型地表抽水蓄能水电（PSH），但本报告关注的是能够满足锂离子电池和其他短时间解决方案之外的灵活性空间的新技术。这些技术在这里被称为“长时储能”，不包括氢、锂离子或大规模的地表抽水蓄能水电。新型长时储能可大致分为：机械、热、电化学和化学储存。（附件3）

A.机械长时储能

最广泛和最成熟的储能技术是抽水蓄能，这是一种机械储能形式，占全球总储能规模的95%。这种已有技术的新版本正在出现，以减少其对地理条件的依赖，例如，地质机械抽水水电，它使用与地表抽水蓄能相同的原则，但使用地下水库。

其他新兴的机械能存储解决方案还包括压缩空气储能（CAES）和基于重力的储能。第一种是将能量以压缩空气的形式储存在压力调节结构（地下或地上）中。在其绝热形式中，压缩空气储能还包括储热器，以存储在压缩过程中产生的热量，并在放电循环中重复使用它。基于重力的能量储存是另一种很有前途的机械存储形式，它通过提升在需要能量时释放的质量来储存能量。该技术正处于商业发展的早期阶段。

最后，机械长时储能也可以采用液体二氧化碳的形式，它可以在高压和环境温度下储存，然后在涡轮机中闭环释放，不排放。

液体空气储能（LAES）的工作原理类似于CAES，通过压缩空气，但使用电力冷却和液化介质，并将其储存在低温储罐中。因此，LAES有时被归类为机械储存，有时也被归类为热储存。

B.热长时储能

热能储存技术以热能的形式储存电能或热量。在放电循环中，热量被转移到流体中，然后用流体为热机提供动力，并将电放回系统。根据用于储存热的原理，热能储存可分为感热（增加固体或液体介质的温度）、潜热（改变材料的相位）或热化学热（支撑吸热和放热反应）。这些技术使用不同的介质来储存热量，如熔盐、混凝土、铝合金，或岩石材料在绝缘容器中。同样，充电设备的选择是多样的，包括电阻加热器、热机或高温热泵等...

报告原文

碳中和背景下的清洁能源科技创新机遇

世界能源统计年鉴2021（中文版）

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