净零功率可再生电网的长期储能 LDES 委员会于 2021 年 11 月发布。本文件的副本可应要求提供或可从我们的网站下载：www.ldescouncil.com。本报告由 LDES 委员会与作为知识合作伙伴的麦肯锡公司合作撰写。本作品独立，反映作者观点，未受任何企业、政府或其他机构委托。该报告的作者确认：1.报告中没有任何建议和/或任何措施和/或轨迹可以被解释为标准或报告中提到的研究参与者之间的任何其他形式的（建议）协调会违反欧盟竞争法；和2.他们不打算采用任何这种形式的协调。虽然报告的内容及其对行业的抽象影响通常可以在准备好后进行讨论，但个别策略仍然是专有的、机密的，并且是每个参与者的责任。提醒参与者，作为 LDES 委员会不变的做法和会员活动所受的欧盟竞争法义务的一部分，不得共享或协调此类战略和机密信息——包括作为本报告的一部分。 内容缩略语关于长期储能 (LDES) 委员会前言执行摘要数据收集和基准测试1.介绍2.LDES 技术特性和现状3.为未来电力系统的灵活性需求建模4.成本分析5.LDES业务案例6.竞争力之路和关键市场推动因素结论附录 A：方法论附录 B：商业案例示例iii iii vi xi1715253541464751 一世净零功率：可再生电网的长期储能| LDES 委员会，麦肯锡公司缩略语国际收支平衡表植物平衡资本支出资本支出CCS碳捕获和储存LDES长效储能 MEDC 更经济发达国家二氧化碳2二氧化碳MPM麦肯锡权力模型凯斯压缩空气储能光热发电聚光太阳能电动汽车电动车Gt CO2eq 十亿吨碳二氧化碳当量GW 吉瓦GWh 吉瓦时温室气体温室气体国际能源署国际能源署内部收益率内部收益率监警会政府间气候变化专门委员会kW 千瓦kWh 千瓦时LCOE电费平准化LCOS分级存储成本锂离子 锂离子莱斯液态空气储能兆瓦 兆瓦MWh 兆瓦时国家数据中心国家自主贡献净现值净现值国家管理委员会镍、锰和钴运维运维光伏光伏购电协议购电协议PSH抽水蓄能水电回覆再生能源研发研究与开发即时通讯往返效率太瓦TWh 太瓦时谭总目标市场测绘输配电华商会资本成本加权平均 净零功率：可再生电网的长期储能| LDES 委员会，麦肯锡公司八关于长期储能 (LDES) 委员会LDES 委员会是一个由 CEO 领导的全球性组织，致力于通过推动长期能源的创新和部署，以最低的社会成本加速能源系统的脱碳贮存。 LDES 委员会在 COP26 上启动，为政府和行业提供基于事实的指导，借鉴了其成员包括领先的能源公司、技术提供商、投资者和最终用户。在第一份报告中，委员会重点关注 LDES 解决方案在电力系统中的作用。未来，LDES 委员会将提供对 LDES 资产的进一步见解阶级、电力和能源系统以及更广泛的能源转型。理事会还将积极与其他各方就各种方式进行接触根据巴黎协定加速能源系统的脱碳。以下机构已宣布成立理事会的意图，并愿意在 2022 年初正式启动之前收到其他创始成员的兴趣表达（图 1）。该报告由 LDES 委员会成员与作为知识合作伙伴的麦肯锡公司合作编写。图表 1LDES 理事会成员技术供应商锚行业和服务客户低碳能源系统集成商和开发商资本提供者 设备制造商 3净零功率：可再生电网的长期储能| LDES 委员会，麦肯锡公司LDES 用例第一份报告的范围力量•H2 峰厂•运输（物料搬运、重型车辆）电源到 H2 H2 到电源电转热 热转电•用于区域供热/制冷的 CHP•热泵/发动机 海水淡化CHP 与 H2 的生产和使用氢热•固体氧化物燃料电池/电解槽•H2涡轮机•H2家用锅炉•工业热（炉、锅炉）H2 加热前言在全世界考虑如何通过控制温室气体 (GHG) 排放来限制全球气温上升的道路上，人们普遍认识到发电部门可以发挥核心作用。它占总排放量的三分之一，实际上是双重关键，因为其他经济体的脱碳在很大程度上取决于对可再生能源不断增长的需求，例如电动汽车和住宅供暖。好消息是，全球电力行业正在通过从化石燃料发电转向风能和太阳能发电，在减少排放方面取得巨大进步。然而，可再生能源在电力结构中的份额不断上升也带来了新的挑战。其中最重要的是新的电力流动和固有的发电基础设施对现有发电基础设施造成的结构性压力。风能和太阳能的可变性。 LDES 委员会的第一份报告旨在探索应对这一挑战的关键解决方案之一：长期储能 (LDES)。LDES 被定义为任何可以有竞争力地部署以长期储存能源的技术，并且可以经济地扩展以维持数小时、数天甚至数周的电力供应，并且有可能显着促进脱碳经济。活力存储可以通过非常不同的方法实现，包括机械、热、电化学或化学存储（见框 1）。提供灵活性，即通过在过剩时储存能源并在需要时释放能源来吸收和管理供需波动的能力，是至关重要的图表 2LDES 在能源系统灵活性方面发挥核心作用 净零功率：可再生电网的长期储能| LDES 委员会，麦肯锡公司4以具有成本效益的方式使经济脱碳的有利因素。在整个技术组合中，LDES 可以为整个能源系统提供灵活性，包括电力、热力、氢能和其他形式的能源（图 2）。例如，一些 LDES 技术可以同时排放热量和可用于工业脱碳的电力（即电力转热或热转电力），或者可以使用电力通过电解生产氢气，然后可以将其重新转换回电力。整合不同部门的能力使某些技术独一无二，并加强了将其用于转型的脱碳行业的商业案例一个挑战。LDES 技术吸引了政府、公用事业和输电运营商前所未有的兴趣，该行业的投资正在快速增长。本报告侧重于新型 LDES 解决方案在电力系统中的作用（请参阅框 1，了解本报告中涵盖的 LDES 技术的更多详细信息报告）。它首先检查了这些技术的特征以及它们如何适用于帮助管理电力行业的结构性问题。行业。然后考虑 LDES 成本、随着行业的成熟它们将如何发展，以及它们如何与可用于管理供需的其他技术（如锂离子 (Li-ion) 电池和氢）的技术进行比较。最后，它提出了政策制定者和行业参与者可以考虑的一些行动，以使 LDES 能够发挥其作为世界净零解决方案一部分的潜力。 5净零功率：可再生电网的长期储能| LDES 委员会，麦肯锡公司LDES 技术如何提供帮助？LDES 是一系列不同的技术，可以储存和释放能量通过机械、热、电化学或化学方法。除了锂离子电池技术和氢，LDES 技术可以在按时提供灵活性方面发挥关键和独特的作用从数小时到数周不等。 我们今天在哪里，我们需要去哪里？目前存在许多 LDES 技术，但它们的成熟度不同。有些已经商业部署，有些仍处于试验阶段。我们的预测表明，LDES 需要在未来20年构建成本最优的净零能源系统。到 2040 年，LDES 需要扩大到约 400 倍当今水平到1.5–2.5 TW（85–140 TWh）。 10%的所有产生的电力都会在某个时候存储在 LDES 中。目前的 LDES 部署率很低，但 LDES 的发展势头呈指数级增长。LDES 行业的全球交易，910 2,6402018年之前 2018年 2019年 2020年 2021年 合计我们怎样才能做到这一点？为了使 LDES 成本最优，成本必须减少 60%。然而，太阳能和风能等其他清洁技术已经实现了更大的成本降低。在 2022-40 年间，LDES 总投资将需要 1.5 至 3.0 美元。这一时期的总投资与投资于输配电网络每 2-4 年。这项投资具有创造经济和环境效益的潜力。如果有足够的机制将价值货币化，LDES 的商业案例通常是积极的。预计装机容量1.5–2.5 太瓦85–140 太瓦时~0 台湾~0 太瓦时今天0.1–0.4 TW4–8 太瓦时20302040问题是什么？为了避免灾难性的气候变化，我们需要迅速建立一个主要由可再生能源供电的净零电力部门。随着可再生能源比例的增长，我们面临 3 个挑战：平衡电力供需；传输流模式的变化；并降低系统稳定性。LDES 可以通过提高电力系统的灵活性来帮助解决这些问题。可再生能源的比例需要灵活性百万美元360260980 130 LDES的价值可以通过监管变化来解锁：•长期系统规划•支持首次部署和扩展•市场创造 净零功率：可再生电网的长期储能| LDES 委员会，麦肯锡公司6执行摘要世界无法将全球气温上升限制在 1.5 摄氏度以内。为实现《巴黎协定》中作出的承诺，必须做出重大努力以减少所有部门的排放。动力占全球排放量约三分之一的部门将成为全球脱碳的核心，许多人认为它需要到 2040 年实现净零排放。因此，创新解决方案对于应对三个关键挑战至关重要电力部门：三倍的数量生产电力以满足不断增长的消费，将电力系统从化石能源转变为可再生能源，并满足转型的社会和经济成本。该研究基于 10,000 多个成本和性能数据点，表明长期储能技术 (LDES) 可以在帮助创建系统灵活性和稳定性方面发挥关键作用，以增加可再生能源在发电中的份额，以及其他技术，例如如锂离子 (Li-ion) 电池和氢涡轮机。LDES 包含一系列技术，可以以具有竞争力的成本和规模以各种形式长期存储电能。然后，这些技术可以在需要时（数小时、数天甚至数周）释放电能，以满足锂离子电池等短期解决方案之外的长期系统灵活性需求。各种 LDES 技术处于不同的成熟度和市场准备程度。本报告重点关注相对较新的机械、热、化学和电化学存储技术，而不是锂离子电池、可调度氢资产和大型地上抽水蓄能水电 (PSH)（有关 LDES 技术的更多详细信息，请参见方框1）。大型可再生能源容量及其固有可变性的快速整合给电力系统带来了巨大挑战，包括潜在的供需失衡、传输流模式，以及由于化石发电提供的固有惯性被消除而导致更大系统不稳定的可能性。所有这些都需要新的解决方案，以在不同持续时间（日内、多日/多周和季节性）内实现电力供需的灵活性。LDES 是这些解决方案之一，因为 LDES 技术存储电力的边际成本很低：它们可以将存储的电量与吸收或释放的速度脱钩；它们具有广泛的可部署性和可扩展性；与升级输配电 (T&D) 电网相比，它们的交付周期相对较短。作为因此，对这些技术的投资兴趣不断增加，超过 5 吉瓦 (GW) 和 65 吉瓦时 (GWh) 的 LDES 已宣布或已经投入运营。这只是一个开始：建模表明，到 2040 年，LDES 有可能在全球部署 1.5 到 2.5 太瓦 (TW) 的功率容量，或者说是目前部署的总存储容量的 8 到 15 倍。同样，它可以部署 85 到 140 太瓦-小时 (TWh) 的能源容量，并存储高达 10% 的电力消耗。这对应于累积1.5 万亿美元至 3 万亿美元的投资，到 2040 年潜在价值创造将达到 1.3 万亿美元。这些数字的规模反映了 LDES 技术的多个用例以及它们在平衡电力系统和提高效率方面可以发挥的核心作用。其中包括支持系统稳定性、巩固企业电力购买协议 (PPA) 以及为具有偏远或不可靠电网的行业优化能源。同样，在离网系统中使用 LDES 也有很大的潜力，灵活性较低，目前严重依赖化石燃料。但到目前为止，预计最大比例的部署将与大容量电力系统的能源转移、容量提供和输配电优化等核心任务相关。 7净零功率：可再生电网的长期储能| LDES 委员会，麦肯锡公司总之，LDES 在许多（但不是所有）情况下提供了一种低成本的灵活性解决方案。为了到 2040 年实现电网成本最优的脱碳，可能会部署一套多样化的解决方案。然而，大规模部署 LDES 的回报是巨大的。据估计，到 2040 年，LDES 的部署可导致每年避免 1.5 至 2.3 吉吨二氧化碳当量 (Gt CO2eq)，即当今电力部门排放量的 10% 至 15%。仅在美国，到 2040 年，LDES 每年就可以将实现完全脱碳电力系统的总成本降低约 350 亿美元。实现这个规模需要大幅降低 LDES 技术的成本。但 LDES 委员会成员公司提供的预测表明，这些都是可以实现的，并且与近期其他新兴能源技术（包括太阳能光伏和风能）的学习曲线一致。反过来，成本降低将取决于研发 (R&D)、产量和制造规模效率的改进。同样，LDES 的总部署与电力部门的