2万次以上循环超越锂电 美国长时储能多元技术路线“出鞘”

随着全球可再生资源占比不断扩大，电网结构正不断变化，长时储能将迎来高速发展阶段。

一方面，风光发电的高出力时刻并不对应用电的高峰时段，需要延长储能系统放电时间;另一方面，高比例清洁能源并网带来的净负荷大幅波动，不仅损坏电网基础设施，带来经济损失，还将造成电网拥堵，使电网收到冲击，造成更大的损失。

以光伏为例，光伏一天中大发平均时长约为5小时，如果用电需求全部以光伏电力满足，至少需要配置释能时长19小时以上的储能。尤其是在未来高比例新能源发电接入电网的情况下，对长时储能存在刚需。

何为长时储能，从定义来看，长时储能是指持续放电时间不低于4小时的储能技术;从技术路线来看，包括液流(全钒/铁铬/锌溴等)、压缩空气、铁镍、镍氢等。

市场方面，截止2023年9月，全球已投运长时储能项目的装机容量达1.4GW/8.2GWh，主要包括中国、美国、德国、阿联酋等市场，这些主要国家都占比超过10%以上。

值得一提的是，而美国市场是海外主要的长时储能市场。根据高工产业研究院(GGII)数据，到2030年，美国需要部署6GW-10GW的长时储能项目(>10h)。

不仅如此，美国还通过激励政策支持长时储能的发展，美国能源部(DOE) 将拨款 200 亿美元用于资助长时储能和绿色氢气等技术;IRA法案方面，对于高于5kWh的储能系统，到2026年给予最高30%的投资税收减免。

美国长时储能市场需求：季节性需求突出

过去十年，美国电网增加了约9GW的电池储能系统，在新增的储能系统中，90%以上的储能系统持续时间为4小时或更短，锂离子电池储能系统约占99%。

而2022年美国平均配储时长约为3小时，且美国各州的大储容量差异巨大，主要以加州和德州两大市场为主，占营运中的全国储能容量的72%，对储能放电时长要求更高。

以加州为例，预计到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，晚间需要最多时需连续放电12小时。

从季节来看，在全球极端天气频发的当下，夏季异常高温、冬季极寒等现象都将加大对长时储能需求。去年夏天，加州异常高温导致了电力负荷不断升高，甚至要求当地居民在下午4点到夜间9点减少用电量，以节省电力减少大面积停电风险。

而目前，加州大部分部署的电池储能系统持续放电时间在4小时以上，未来随着不可控天气因素的不断变化，对储能时长要求更长。

而在冬季的电力需求比夏季更为显著。在美国国家可再生能源实验室发布的《超越4小时锂离子电池储能系统：长时储能系统的挑战与机遇》研究报告中，我们得知美国冬季电力需求峰值期间通常高于4小时。

不仅如此，冬季电力需求峰值往往出现在夜间，太阳能发电无法抵消的，叠加冬季供暖电气化的用电需求，需要长时储能系统提供更多的容量支撑。

美国长时储能技术路线、产品比较：锂电VS全铁、铁镍

从技术路线及相关产品方面来看，美国长时储能产品的选择范围较大，包括锂电、镍氢、全铁液流等。

电池储能系统集成商Fluence的美洲分公司总裁John Zahurancik曾表示：“我们已经看到储能市场向更长的持续时间稳步迁移。持续时间较短的用例往往更容易实现商业化运营，而且通常是优先考虑的因素。”

值得一提的是，Fluence在10月13日发布了其最新一代Gridstack Pro储能系统，在电池选择上提供了括LFP和NMC两个版本，可用于2小时、4小时储能。

对于长时储能技术路线的不同选择，全铁液流公司ESS总裁Craig Evans和首席技术官Julia Song曾表示，虽然锂离子电池将在交通电气化中发挥关键作用，但更持久的电网储能需要不同的电池。

目前，该公司已实现全铁液流储能系统的商业化，其产品主要用于公用事业规模的太阳能项目，使这些太阳能发电厂在夜间仍能提供数小时的电力，实现了长时储能的功能。该公司产品可提供2万次以上的循环，使用时长高达25年。

订单方面，2021年，ESS与SDenergy签署协议，承诺2026年前向其供应2GWh电池系统;2022年，ESS宣布与美国第六大社区所有的非营利电力服务供应商SMUD达成合作，供应200MW/2GWh长时储能方案。

此外，美国初创公司Ener Venue近期宣布成功研发出能用30年的镍氢电池技术，并宣称该技术已被NASA认可，可投入近地轨道及同步地球轨道卫星的电池电源使用。

值得一提的是，该公司在2021年曾获得1.25亿美元融资，目前已累积获得7GWh的储能订单。

从宇宙回到地面，目前Ener Venue镍氢电池主要投入在储能应用中，且可提供长时储能服务，循环寿命超3万次，可用30年。值得一提的是，该公司镍氢产品可承受超高、超低温度，不需要空调或热管理系统，因此电池寿命更长。