英国电力系统介绍
英国电力系统正在经历结构性变革，2024年是可再生能源首次供应超过50%的总发电量。[1] 与此同时，煤炭的逐步淘汰和可再生能源的兴起，推动了电力部门排放的急剧下降。2010年至2024年间，排放量从1.98亿吨二氧化碳当量（mtCO 2-eq）降至5900万吨CO2-eq，减少了70%。[2]这一转变主要由陆上风电、海上风电和太阳能光伏的成本下降推动，这些成本自2020年前以来一直低于煤炭和天然气。尽管可再生能源渗透率如此高，英国电网仍依赖燃气峰值电厂来平衡能源高峰、低谷及恶劣天气期间的供需平衡。实现电网脱碳面临两大挑战——可再生能源供应不足与过剩。
供应不足：当风能和太阳能发电不足时，化石燃料填补了缺口，增加了碳排放和消费者电费。
供过于求：当发电超过需求时，可再生能源会被限制，以保持英国电网频率约为50赫兹。2024年，超过10%的风电发电被削减。
此外，可再生能源具有间歇性和不可调度性，这限制了其对实时电网需求的响应能力。历史上，平衡主要由具备调度容量的化石燃料电厂提供，但随着这些容量的下降，需要替代的灵活性形式来提供系统稳定所需的快速响应和动态平衡服务。
LDES在2030年清洁能源中的角色
英国承诺到2030年实现95%的清洁电力，并实现2035年实现完全脱碳电网。实现这一目标需要创新的储能技术。[3] 长期储能（LDES）独特地能够弥补这一空白，能够通过将可再生能源储存时间从数天到数周不等。LDES解决方案可以减少能源浪费，降低消费者成本，并为替代化石燃料提供所需的电网灵活性。因此，英国国家能源系统运营商估计，到2050年，电网脱碳将需要11.5-15.3GW的LDES容量。[4]
图1展示了LDES在电力系统中的多种应用。在电表前，低温热量排放系统可以吸收多余的可再生能源发电（1），而后续排放则在数小时到数周不等的时间段内（2）。在输电层面，LDES可以通过在系统受限时储存电力来缓解电网拥堵——减少电阻并保持电压稳定（3）。在电表后方，储能使商业、工业和住宅用户能够获得更低成本的电力，实现整体运营的脱碳（4）。
图1：LDES在发电、储存、输电以及工业和商业终端应用中的应用场景（来源：碳限速技术）
现有容量与新项目
英国目前拥有2.8吉瓦的长期储能容量，几乎全部来自四个位于偏远且地理受限地区的抽水水电站点。为了扩大规模并满足电网需求，LDES必须能够部署在靠近需求枢纽的地方，而这些地方电网拥堵和工业负荷最高。
当前的项目流程正开始应对这一问题，许多新颖的解决方案正在各领域涌现。所有新兴LDES创新的技术准备水平可见图2——从概念和可行性（TRL 1-3），到试点和示范项目（TRL 4-6），再到预商业试验（TRL 7-8）及全面商业运营（TRL 9）。
图2：所有即将推出的低密度电子系统（LDES）创新的技术准备水平（TRL）。大多数已开发到商业化前阶段，但少数已成熟到商业部署阶段。
在这些新兴技术中，一些最有前景的进展包括：
流式电池：多家英国公司正在推进能够提供8-12小时储能且降解极小的流式电池系统。Invinity Energy Systems是英国最早上市的LDES公司之一，计划于2026年在其首个商业场地提供20.7兆瓦时的电力供应。像RFC Power这样的创新者正在开发氢锰等替代化学物质，承诺实现高往返效率和更低的储存成本，甚至与锂离子电池系统相比也更低。
空气能量储存：压缩空气（CAES）和液态空气（LAES）技术通过加压或冷却空气来储存能量，然后重新膨胀以产生电力。Highview Power正在曼彻斯特附近建设一座300兆瓦时的LAES设施，未来还计划在苏格兰各地开展更多项目。Keep Energy Systems 正在试点模块化 CAES，集成热储能，应用于工业和社区规模应用。
热能储存（TES）：TES具备独特能力，能够将高温高强度的工业（如玻璃、水泥和钢铁）脱碳，这些行业温度超过1500°C。TES可以将多余的可再生电力转化为储存在熔盐和陶瓷块等介质中的热能——这些热能后来可以直接用于工业或再转化为电力。像Exergy3这样的公司正在开发能在超过1200°C储存热量的陶瓷砖。
LDES商业化面临的主要挑战之一是锂离子在当今市场的主导地位，尤其是在1至4小时的储存时间上。在过去十年中，锂离子电的成本下降了80%以上，打造出一项成熟且极具商业价值的技术，如今在公用事业规模和电表后应用中都拥有成熟的良好记录。项目开发者和投资者通常选择锂离子解决方案，因为它们回报更快、前期资金更低且储能单位成本极具竞争力。
这使得LDES开发者难以在同一市场竞争，尽管它们能够提供更长的存储时长。当前的市场动态并未准确评估这些长期合约带来的收益。因此，政策支持往往是必要的，以使LDES的经济理由更有利。图3展示了LDES技术与成本和存储时长的对应，其中基于锂离子的解决方案成本最低。
图3：LDES技术与成本和存储持续时间进行映射。（来源：碳限制技术）
当前政策支持
英国政府认识到长期存储的重要作用，引入了限额与下限机制，为LDES投资者提供收入确定性，涵盖成熟技术和新兴技术。在这种收入模式下，LDES项目被保证有最低底价以防范下行风险，同时同意返还超过约定价格上限的收入——以避免过度意外之财。
第一轮提交了171个项目，显示出行业势头强劲，开发商对这一超越短期平衡市场机制的兴趣。尽管如此，支撑机制的一些设计细节仍有待确定，业内反馈强调合同期限和资格标准明确的重要性。与此同时，关于该机制如何与现有容量市场及辅助电网服务交互以避免扭曲，存在讨论。如果设计和实施得当，碳排放与底线方案有望推动大规模的低密度排放电子系统（LDES）部署，确保可再生能源在英国能源网络脱碳方面发挥全部潜力。
未来展望
尽管仍处于早期阶段，英国已开始推进大型LDES项目，许多项目预计将受益于限额与底线计划。对于工业来说，热能储存为实现钢铁、水泥和化工的高温生产脱碳提供了途径——这些领域仅靠电气化无法满足热量需求。大规模部署TES将减少工业集群的化石燃料消耗，并减少对英国经济至关重要行业的范围1排放。
更广泛地说，LDES可以通过多日储能来重塑电力市场。这些新技术有望在容量市场创造新的价值流，减少对化石燃料的整体电网依赖，并降低因过剩可再生能源发电而产生的限制成本。对于投资者和开发商来说，LDES创造了一种具有长期收入机会的新资产类别。总体而言，英国是LDES技术进步的激动人心的中心，拥有强大的政策支持，支持着不断增长的新型创新管道。
[1] https://www.neso.energy/news/britains-electricity-explained-2024-review
[2] https://ember-energy.org/countries-and-regions/united-kingdom/
[3] https://assets.publishing.service.gov.uk/media/677bc80399c93b7286a396d6/clean-power-2030-action-plan-main-report.pdf
[4] https://www.neso.energy/publications/future-energy-scenarios-fes
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