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伍德麥肯茲全球儲能團隊近期發(fā)布最新研究報告Long duration energy storage report 2022（《長時儲能技術（LDES）的發(fā)展前景研究》），深入探討氧化還原液流電池、金屬空氣電池、蓄熱式儲能技術和機械儲能技術等技術的原理、成熟度及實現商業(yè)化前景。以下為報告摘要。

可再生能源發(fā)電對全球的邁向脫碳之路至關重要。為適配光伏與風能的間歇性特點，儲能系統(tǒng)的開發(fā)同樣重要。當前，多種儲能技術的發(fā)展，不僅實現了儲能時長上的規(guī)格多樣化，也能夠靈活滿足各種應用需求。對于某些應用場景，部分儲能技術的適配性更強。


長時儲能技術，即儲能時長達到數天、數周、甚至數月的儲能技術，可以幫助電力系統(tǒng)實現具有經濟學效益的脫碳模式，同時確保較高的系統(tǒng)可靠性。

過去幾年，鋰離子電池在電動汽車領域和固定式儲能領域一直大放光彩。然而，據伍德麥肯茲研究，鋰離子電池在儲能時長超過八小時的長時儲能應用領域中，不具備經濟競爭力。此外，安全和可持續(xù)性問題備受關注，尤其是在鋰離子電池的熱失控預測和預防方面，須采取更多措施。最后，鋰離子電池原材料價格一路攀升，導致電池成本居高不下，回收成本高，也存在可持續(xù)性方面的壓力。

現在已經有一系列長時儲能技術在研發(fā)和應用當中，其中較為突出的包括氧化還原液流電池、金屬空氣電池、蓄熱式儲能技術和機械儲能技術。該等儲能技術的技術成熟度和市場成熟度不一。盡管這些儲能技術目前很有前景，但如要加快這類技術的商業(yè)化，仍應努力降低成本，同時實現其規(guī)?；瘧谩?br />
氧化還原液流電池（RFB）技術

氧化還原液流電池的特點在于功率和容量可相互獨立設計，擴容性強，易于實現規(guī)?；?、使用壽命長、使用安全性高，因此，適合應用于固定式儲能領域。這類電池的關鍵部件有流動電解液和離子選擇性膜。但這類電池也存在局限，一般在于能量密度低于鋰離子電池。

在氧化還原液流電池的化學性質研究中，研究得最多的當屬全釩氧化還原液流電池（VRFB）和鋅溴氧化還原液流電池（Zn-Br）。

液流電池的優(yōu)勢包括：具備靈活性、儲能時長較長、平準化儲能成本更低、壽命更長、面臨的環(huán)境溫度問題更少。

但另一方面，到目前為止，全釩氧化還原液流電池和鋅溴氧化還原液流電池，均未實現大規(guī)模商業(yè)化，并且兩者都面臨一些技術性和商業(yè)化挑戰(zhàn)。

1. 全釩氧化還原液流電池

全釩氧化還原液流電池是迄今為止應用規(guī)模最大的氧化還原液流電池技術，但其應用比例在各類正在開發(fā)的儲能系統(tǒng)中仍很低。

全釩氧化還原液流電池在快速市場化方面的主要障礙在于成本，其中，其前期投資成本相對較高——此情況在2022年仍無法扭轉。并且，其使用的電解液和離子交換膜的成本也很高——釩不僅成本高，而且會出現價格波動，這對該電池技術而言也是一項重大難題。

如要降低此電池技術的成本并實現其應用潛力，需快速實現規(guī)?；?。雖然一些液流電池開發(fā)商目前正在發(fā)展垂直整合的商業(yè)模式，例如，進軍原材料供應鏈的某些環(huán)節(jié)，但此趨勢仍需加快。

在技術方面，需要開發(fā)離子選擇性更高、電導率更高，更具成本優(yōu)勢的新型離子交換膜膜。另外，還可以通過優(yōu)化電池設計來提升能效和能量密度。

2. 鋅溴氧化還原液流電池

鋅溴氧化還原液流電池讓水系電池系統(tǒng)可以獲得高電壓，而且其能量密度在液流電池中也相對較高。

但此電池技術也至少面臨兩項技術難題。一是需要減輕氫氣的產生和鋅枝晶的形成，這類問題會導致電池性能下降，帶來安全問題。二是目前的鋅溴電池系統(tǒng)為了減少毒性溴蒸氣排放量，采用了昂貴的化學制劑。

在商業(yè)化方面，由于過去十年氧化還原液流電池的商業(yè)化工作一直圍繞全釩氧化還原液流電池技術開展，因此在鋅溴氧化還原電池的商業(yè)化發(fā)展上還需做出更多努力。

金屬空氣電池

金屬空氣電池用于需要儲能數天的場景，其理論能量密度遠高于商用鋰離子電池。

此電池使用的材料（如鋅和鐵）安全經濟，在地球上的儲量非常豐富，并且此電池使用水性電解液，因此，材料成本和相關系統(tǒng)級能量成本均較低。

但是，金屬空氣電池在金屬負極、空氣正極和電解液方面面臨挑戰(zhàn)，尚未充分發(fā)揮潛力。金屬空氣電池的能量轉化效率也低于鋰離子電池和液流電池。

蓄熱式儲能技術和機械儲能技術

相較大多數其他形式的儲能技術，熱巖儲能等蓄熱式儲能技術的優(yōu)勢在于，使用的材料成本低、儲量豐富。蓄熱式儲能技術面臨的主要挑戰(zhàn)在于如何將熱能高效經濟轉化為電能。

機械儲能技術中，討論最多的兩種技術是抽水蓄能技術和壓縮空氣儲能技術。機械儲能技術的能量密度遠低于電化學儲能技術和化學儲能技術。

此外，大多數機械儲能技術的選址點還必須具備合適的地形條件。比如，抽水蓄能水電站需要具備兩個不同高程的水庫，而且兩個水庫之間還要具備一定的坡度。

新型的熱式儲能和機械儲能技術的可靠性和規(guī)模化能力也亟需提升。

長時儲能技術目前在世界許多地區(qū)也面臨各種融資、市場和政策方面的障礙，限制了其應用。

原標題： 探究長時儲能技術（LDES）的發(fā)展前景