遠景能源公司（Envision Energy）的Kotub Uddin和Sam Secher寫道，鋰離子電池在為全球能源系統(tǒng)提供長期能源儲存方面的能力不容忽視。圖片：長時儲能（LDES）委員會。

　　能源轉(zhuǎn)型需要部署穩(wěn)定可靠的電力，僅靠風能和太陽能是無法提供這些電力的。如果沒有長時儲能（LDES），電網(wǎng)就必須依賴低效且昂貴的化石燃料作為備用，從而破壞脫碳和經(jīng)濟穩(wěn)定。

　　當前電網(wǎng)穩(wěn)定機制-包括增加燃氣輪機、煤炭儲備和調(diào)峰電廠——這些都是為了補償可再生電力的可變性。然而，這種對化石資產(chǎn)的依賴帶來了多重挑戰(zhàn)：

　　1、無論何時使用化石燃料發(fā)電，邊際排放量都會增加。

　　2、由于效率低下和燃料價格波動，系統(tǒng)成本更高。

　　3、造成了減緩向清潔能源經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的結(jié)構性瓶頸。

　　LDES是關鍵的缺失部分。通過將發(fā)電與消費脫鉤，LDES在可再生電力充足時捕獲多余的能量，并在供應不足時將其釋放。然而，盡管有必要，長時間的儲能部署仍然遠遠落后于對它的需求。

　　行業(yè)協(xié)會LDES理事會報告稱，到2040年，全球?qū)⑿枰?TW的LDES，但目前只有120GW，再加上120GW的計劃中項目——到2035年，LDES總量僅為240GW。

　　這一巨大缺口可能會減緩清潔能源轉(zhuǎn)型，推遲全球脫碳目標。

　　世界各國政府正在采取政策激勵措施，加速LDES的采用：

　　1、英國：上限和下限機制提供了收入確定性，正如CfD計劃對可再生能源所做的那樣。

　　2、意大利：MACSE拍賣并不直接促進長時儲能，但仍在推動人們對6小時+儲能的興趣，盡管規(guī)則尚不清晰。

　　3、印度：RTC招標目標為4小時儲能，對8小時解決方案的需求不斷增長。

　　4、澳大利亞：新南威爾士州的目標是到2034年實現(xiàn)28GWh的LDES。

　　為了實現(xiàn)全球能源目標，LDES的部署速度必須比目前的預測快50倍。實現(xiàn)這一目標需要更強有力的激勵措施、戰(zhàn)略性采購以及公用事業(yè)、政府和私營部門參與者之間的合作投資。

不同儲能技術的比較。圖片：長時儲能（LDES）委員會。

　　各種各樣的技術正在爭奪LDES領域的主導地位。然而，評估它們的商業(yè)可行性需要關注關鍵指標：可擴展性、性能和可融資性。這些決定于以下因素：

　　1、往返效率（RTE）：決定能源市場的運營成本和競爭力。

　　2、可伸縮性：度量部署可行性和基礎設施需求。

　　3、技術成熟度：直接影響融資風險和長期投資回報。

　　基于這些因素，兩種技術成為LDES的主要競爭者：

　　1、電池儲能系統(tǒng)（BESS）：具有高度可擴展性、模塊化和靈活性。幾乎可以部署在任何地方。大多數(shù)現(xiàn)有項目持續(xù)時間少于4小時，但越來越多的項目持續(xù)時間為6到10小時。

　　2、抽水蓄能（PHES）：已被證明具有較低的成本和較長的存儲時間。缺點是受地理位置限制，施工時間長，前期成本高。

　　3、根據(jù)彭博新能源財經(jīng)（BNEF）的數(shù)據(jù)，2023年抽水蓄能以185.5GW的全球產(chǎn)能領先LDES市場。

一座典型的抽水蓄能電站

　　目前鋰離子電池儲能技術的基準性能為：

　　-電池級能量密度：420 Wh/L。

　　-循環(huán)使用壽命：12000次循環(huán)，SOH保留力強。

　　-往返效率：88%。

　　在未來幾年，進一步的進步將提高BESS的可行性：

　　能量密度：預計足跡減少40%以上。

　　效率提升：更緊湊、更高效的電力電子設備，RTE提高1%。

　　延長循環(huán)壽命：預鋰化技術可以將整個生命周期的能量吞吐量提高3%。

　　降低成本：規(guī)模經(jīng)濟和過程改進將降低成本。

　　LDES投資案例：BESS與PHES

　　無杠桿內(nèi)部收益率（IRR）是評估項目可行性的有用指標。下圖顯示了在BESS項目的整個運營壽命內(nèi)計算的無杠桿內(nèi)部收益率，持續(xù)時間從1小時到10小時不等，PHES項目的持續(xù)時間從8小時到20小時不等。

BESS和PHES資產(chǎn)在運營壽命期間的無杠桿內(nèi)部收益率比較。圖片：遠景能源

　　所有項目均采用相同標稱連接容量的輸電網(wǎng)，并于2028年開始商業(yè)運營。當電池健康狀態(tài)降至60%以下時，BESS項目就會退役，所有PHES項目都假定運行50年。

　　PHES的成本和運行假設來自NREL 2024年年度技術基線。該分析使用了基于Modo Energy建模的收入曲線，盡管對2030年代以后的儲能收入持不太樂觀的看法。

　　BESS項目總成本的三分之二被認為是由于OEM設備成本，其余部分由EPC和連接成本構成。這是根據(jù)BNEF的《2024年儲能系統(tǒng)成本調(diào)查》得出的。OEM成本主要由磷酸鐵鋰（LFP）電池價格驅(qū)動，該價格來自上海金屬市場（SMM）公布的歷史數(shù)據(jù)。

　　BESS的三條IRR曲線。

　　第一條，BESS 2023成本，其資本成本包括從2023年中期開始的電池價格。

　　第二條，BESS 2025成本，主要由于LFP電池價格下降以及RTE和降解性能的改善，成本降低了約30%。

　　最后一條曲線，BESS 2028成本（預期），假設電池價格在未來2-3年內(nèi)將略有下降，并包括效率的進一步提高。

　　2023年，項目在4小時以上的工期競爭中舉步維艱。這是因為資本成本與裝機容量成正比，而PHES成本雖然最初很高，但只會隨著儲層容量（以及持續(xù)時間）而緩慢增加。由于BESS項目持續(xù)時間超過4小時，無法超過10%的門檻率，因此該時期抽水蓄能成為長時儲能的默認選擇。

　　BESS 2025曲線顯示，最近BESS項目成本的降低，顯著改善了6至8小時系統(tǒng)的投資情況，8小時內(nèi)部收益率接近11.5%。這超過了抽水蓄能，抽水蓄能的8小時內(nèi)部收益率為9.9%。

　　BESS 2028成本（預期）曲線反映了預期的額外效率提高和成本的進一步小幅下降，這表明10小時BESS內(nèi)部收益率將與抽水蓄能發(fā)電一致（10.3%對10.1%）。在這一點上，BESS將是10小時以內(nèi)所有持續(xù)時間的最佳解決方案。

　　英國限額和下限機制的影響

　　英國引入限額和下限機制的目的是穩(wěn)定LDES項目的收入來源，降低財務風險。雖然該計劃實施的全部細節(jié)尚未公布，但已知的是，最低水平的設定將確保開發(fā)商能夠償還債務，而上限將確保超過一定水平的利潤返還給消費者。

　　儲能系統(tǒng)符合該計劃的最低標準是輸出功率為50MW，持續(xù)時間為6小時，但最低持續(xù)時間可能會提高到8小時或10小時。

　　下圖顯示了BESS和PHS項目的凈現(xiàn)值（NPV）每KW標稱容量（2023年的實際值），計算自商業(yè)運營之日起的25年期間，無論是否支持限額和下限計劃。

凈現(xiàn)值（NPV）每KW標稱容量，比較BESS和抽水蓄能。圖片：遠景能源。

　　BESS的資本成本與上述BESS: 2028成本（預期）曲線一致。

　　曲線：BESS不支持和PHS不支持，以10%的最低預期回報率計算凈現(xiàn)值。

　　曲線：BESS 6hr+支持和PHS支持，以6.5%的最低預期回報率計算凈現(xiàn)值。

　　在沒有支持的情況下，BESS NPV在4小時到6小時之間達到最大值，然后下降。在支持條件下，BESS NPV在8小時的持續(xù)時間內(nèi)達到最大值，這大大優(yōu)于受支持的PHS，并且在10小時的持續(xù)時間內(nèi)與受支持的PHS保持一致。這表明，門檻率的降低并沒有改變競爭格局，而是改善了BESS（6小時及以上）和PHS的投資情況。

　　結(jié)論

　　除了財務方面，BESS與抽水蓄能相比具有結(jié)構性優(yōu)勢：

　　1、更快的部署：BESS項目可以在幾個月內(nèi)投入使用。

　　2、地理靈活性：不依賴海拔或水庫。

　　3、模塊化擴展：可擴展以匹配動態(tài)的電網(wǎng)需求。

　　4、技術驅(qū)動的成本降低：BESS繼續(xù)受益于快速創(chuàng)新，而抽水蓄能是一項成熟的技術，成本已不太可能發(fā)生重大變化。

　　這些因素加上BESS成本的下降和技術成熟度的提高，可以得出結(jié)論，BESS的理想定位是在2030年之前提供長達10小時的中長時間儲能，從而可以快速獲得全方位的收入流。

　　作者簡介：

　　斯科特·烏丁（Kotub Uddin）博士是遠景能源公司（Envision Energy）的總工程師，該公司為全球企業(yè)、政府和機構提供凈零解決方案，包括風力渦輪機、儲能系統(tǒng)和綠色氫。他在該領域發(fā)表了30篇論文，從OVO的VPP技術的開創(chuàng)性發(fā)展到推動捷豹路虎電動汽車項目的創(chuàng)新，他的專業(yè)知識都涵蓋在內(nèi)。

　　Sam Secher：負責遠景能源公司（Envision Energy）的BESS系統(tǒng)建模。

　　（素材來自：Envision Energy 全球儲能網(wǎng)、新能源網(wǎng)綜合）