中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電項(xiàng)目的快速部署成為21世紀(jì)10年代最重要的電力系統(tǒng)趨勢(shì)之一是，而調(diào)查數(shù)據(jù)表明，21世紀(jì)20年代的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)可能是“混合”部署項(xiàng)目的快速部署?；旌喜渴痦?xiàng)目通常將太陽(yáng)能發(fā)電項(xiàng)目或風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目（或其他能源）與電池儲(chǔ)能系統(tǒng)共址部署。正如成本下降推動(dòng)了太陽(yáng)能發(fā)電項(xiàng)目和風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目在過(guò)去十年快速增長(zhǎng)一樣，電池價(jià)格的下降和整合可再生能源發(fā)電日益增長(zhǎng)的需求，正在推動(dòng)部署混合部署項(xiàng)目計(jì)劃。雖然混合部署有助于緩解平衡可再生能源間歇性供電的挑戰(zhàn)，但其相對(duì)新穎性意味著需要進(jìn)行研究以促進(jìn)整合和創(chuàng)新。
將能源的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換技術(shù)以及多種可再生能源的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，會(huì)給電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)和成本帶來(lái)復(fù)雜的問(wèn)題。而項(xiàng)目開(kāi)發(fā)商、系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商、規(guī)劃者和監(jiān)管機(jī)構(gòu)為了從更好的數(shù)據(jù)、方法和工具受益，需要估算混合項(xiàng)目的成本、價(jià)值和系統(tǒng)影響。隨著電力系統(tǒng)向采用更多的可再生能源的電力，部署混合部署項(xiàng)目的機(jī)會(huì)越來(lái)越多，但它們的影響和最佳應(yīng)用尚未確定。
美國(guó)勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室(Berkeley Lab)日前發(fā)布了一份名為“可再生能源研究項(xiàng)目十大發(fā)現(xiàn)”的研究報(bào)告，該報(bào)告展示了伯克利實(shí)驗(yàn)室的一些強(qiáng)有力的研究計(jì)劃，旨在支持美國(guó)私營(yíng)和公共部門(mén)關(guān)于混合部署項(xiàng)目的決策。報(bào)告分析了建造混合部署項(xiàng)目的地點(diǎn)和原因，對(duì)最佳混合設(shè)計(jì)選擇進(jìn)行建模，并評(píng)估混合部署項(xiàng)目對(duì)資源充足性和短期供電可靠性的貢獻(xiàn)。該實(shí)驗(yàn)室評(píng)估了混合部署項(xiàng)目如何參與批發(fā)電力市場(chǎng)，并調(diào)查客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)和公用事業(yè)規(guī)模混合部署項(xiàng)目的成本和價(jià)值。最后，確定了未來(lái)的研究需求和問(wèn)題。
如何定義混合混合部署項(xiàng)目？
?發(fā)電設(shè)施和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的組合。
?作為一個(gè)或兩個(gè)獨(dú)立的發(fā)電單元運(yùn)行。
?部署在同一地點(diǎn)。
可再生能源研究項(xiàng)目十大發(fā)現(xiàn)：
（1）增長(zhǎng)
可再生能源開(kāi)發(fā)商對(duì)混合部署項(xiàng)目的興趣濃厚并且不斷增長(zhǎng)。
（2）價(jià)格VS價(jià)值
太陽(yáng)能+儲(chǔ)能項(xiàng)目在部分地區(qū)的電力采購(gòu)價(jià)格低但價(jià)值較高。
（3）市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)因素
太陽(yáng)能+儲(chǔ)能項(xiàng)目是由稅收抵免和其他激勵(lì)政策推動(dòng)的。
（4）配置選擇
市場(chǎng)價(jià)格激勵(lì)了太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施配套部署短時(shí)的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。
（5）容量?jī)r(jià)值
混合部署項(xiàng)目的容量貢獻(xiàn)小于其各部分的總和。
（6）輔助服務(wù)
輔助服務(wù)市場(chǎng)對(duì)混合部署項(xiàng)目來(lái)說(shuō)是一個(gè)有價(jià)值但短暫的選擇。
（7）市場(chǎng)參與
混合部署項(xiàng)目可以更靈活地參與電力市場(chǎng)。
（8）運(yùn)營(yíng)
混合部署項(xiàng)目系統(tǒng)的電力系統(tǒng)價(jià)值取決于它們的運(yùn)行方式。
（9）分布式混合部署項(xiàng)目
客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)的太陽(yáng)能+儲(chǔ)能項(xiàng)目的增長(zhǎng)提供了新的機(jī)遇。
（10）未來(lái)研究
未來(lái)將如何發(fā)展？混合部署項(xiàng)目研究的優(yōu)先領(lǐng)域。
1.增長(zhǎng)
（1）可再生能源開(kāi)發(fā)商對(duì)混合部署項(xiàng)目的興趣濃厚并且不斷增長(zhǎng)
電池價(jià)格下降和可再生能源發(fā)電量的增長(zhǎng)正在推動(dòng)對(duì)混合部署項(xiàng)目的興趣激增。當(dāng)前開(kāi)發(fā)商的興趣主要集中在將太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施與電池儲(chǔ)能系統(tǒng)配套部署，但儲(chǔ)能裝系統(tǒng)可以與多種可再生能源發(fā)電設(shè)施配套部署。
（2）截至2021年底，美國(guó)已經(jīng)并網(wǎng)的太陽(yáng)能+儲(chǔ)能項(xiàng)目或風(fēng)電+儲(chǔ)能項(xiàng)目已超過(guò)8GW
太陽(yáng)能+儲(chǔ)能項(xiàng)目在混合部署能源總裝機(jī)容量中占主導(dǎo)地位，其裝機(jī)容量超過(guò)5.9GW，而風(fēng)電+儲(chǔ)能項(xiàng)目只有2GW，太陽(yáng)能+風(fēng)電+儲(chǔ)能項(xiàng)目只有750MW。而這個(gè)市場(chǎng)已經(jīng)開(kāi)始實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，與2020年底累計(jì)部署的裝機(jī)容量相比，2021年累計(jì)運(yùn)營(yíng)混合部署項(xiàng)目的裝機(jī)容量增加了133%。雖然有許多化石能源+儲(chǔ)能的混合部署項(xiàng)目，但總裝機(jī)容量相對(duì)較少，（如圖1所示）。
圖1到2020年美國(guó)現(xiàn)有混合部署項(xiàng)目的位置
（3）規(guī)劃部署的計(jì)劃表明對(duì)可再生能源和儲(chǔ)能系統(tǒng)的混合部署項(xiàng)目的興趣日益濃厚
來(lái)自美國(guó)七個(gè)批發(fā)市場(chǎng)和35個(gè)公用事業(yè)公司的互連隊(duì)列中正在開(kāi)發(fā)的能源項(xiàng)目的數(shù)據(jù)表明，可再生能源開(kāi)發(fā)商對(duì)于混合部署項(xiàng)目具有相當(dāng)大的商業(yè)興趣（如圖2所示）。到2021年底，美國(guó)規(guī)劃部署的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施的裝機(jī)容量超過(guò)675GW，其中的286GW（約42%）被提議作為混合部署項(xiàng)目，最常見(jiàn)的是將太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施與儲(chǔ)能系統(tǒng)配套部署。還計(jì)劃部署247GW風(fēng)力發(fā)電設(shè)施，其中19GW（約8%）被提議作為混合部署項(xiàng)目，同樣通常將風(fēng)力發(fā)電設(shè)施與儲(chǔ)能系統(tǒng)配套部署。雖然其中許多擬建項(xiàng)目最終將無(wú)法實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)營(yíng)，但對(duì)部署混合部署項(xiàng)目的濃厚興趣預(yù)示著裝機(jī)容量的強(qiáng)勁增長(zhǎng)。在加利福尼亞獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(CAISO)的服務(wù)區(qū)域尤其如此，該地區(qū)95%的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施和42%的風(fēng)力發(fā)電設(shè)施被提議部署成為混合部署項(xiàng)目。
圖2. 美國(guó)2021年規(guī)劃部署的混合部署項(xiàng)目的裝機(jī)容量
2. 價(jià)格VS價(jià)值
（1）太陽(yáng)能+儲(chǔ)能項(xiàng)目在部分地區(qū)的電力采購(gòu)價(jià)格低但價(jià)值較高
盡管美國(guó)目前運(yùn)營(yíng)的混合部署項(xiàng)目的數(shù)量仍然很少（但還在增長(zhǎng)），但可以通過(guò)查看電力采購(gòu)協(xié)議(PPA)來(lái)深入了解即將推出的混合部署項(xiàng)目的配置和定價(jià)，這些協(xié)議通常在混合部署項(xiàng)目投入運(yùn)營(yíng)前幾年實(shí)施。伯克利實(shí)驗(yàn)室對(duì)大量混合部署和獨(dú)立部署的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施電力采購(gòu)協(xié)議(PPA)樣本的分析，結(jié)合類(lèi)似混合部署項(xiàng)目配置的價(jià)值建模，有助于解釋太陽(yáng)能+儲(chǔ)能項(xiàng)目混合部署項(xiàng)目在某些地區(qū)日益增長(zhǎng)具有吸引力的原因。
（2）太陽(yáng)能+儲(chǔ)能項(xiàng)目電力采購(gòu)價(jià)格將逐步降低
在伯克利實(shí)驗(yàn)室的公用事業(yè)規(guī)模電力采購(gòu)協(xié)議(PPA)的價(jià)格樣本中，太陽(yáng)能+儲(chǔ)能混合部署項(xiàng)目的價(jià)格（美元/MWh）（在圖3中以反映電池儲(chǔ)能系統(tǒng)與太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施裝機(jī)容量比的空心圓圈顯示）接近獨(dú)立部署的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施價(jià)格（較小實(shí)心圓圈）。因此，隨著時(shí)間的推移，太陽(yáng)能+儲(chǔ)能的項(xiàng)目將變得越來(lái)越普遍。而在夏威夷州（橙色），在2017年之后，幾乎所有簽署電力采購(gòu)協(xié)議(PPA)的公用事業(yè)規(guī)模太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施都配套部署電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，并且這種平衡似乎在顯示的其他四個(gè)州（藍(lán)色）之間發(fā)生了變化。這些電力采購(gòu)協(xié)議(PPA) 平準(zhǔn)化價(jià)格反映了美國(guó)聯(lián)邦投資稅收抵免(ITC)的激勵(lì)情況。
圖3.按執(zhí)行日期劃分的太陽(yáng)能+儲(chǔ)能項(xiàng)目平準(zhǔn)化電力采購(gòu)協(xié)議(PPA)價(jià)格
（3）混合部署項(xiàng)目的電力采購(gòu)協(xié)議(PPA)溢價(jià)反映了其電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的規(guī)模
17個(gè)電力采購(gòu)協(xié)議(PPA)的子樣本將太陽(yáng)能+儲(chǔ)能項(xiàng)目各組件的價(jià)格分開(kāi)，能夠準(zhǔn)確計(jì)算儲(chǔ)能系統(tǒng)電力采購(gòu)協(xié)議(PPA)價(jià)格增加了多少。這種“平準(zhǔn)化儲(chǔ)能價(jià)格加法器”隨著電池儲(chǔ)能系統(tǒng)與太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施容量的比率線性增加（圖4），這也是夏威夷州的混合部署項(xiàng)目（所有電池儲(chǔ)能系統(tǒng)都相對(duì)規(guī)模較大）價(jià)格高于圖中其他州的幾個(gè)原因之一。
圖4.按裝機(jī)容量比劃分的平準(zhǔn)化儲(chǔ)能價(jià)格加法器
（4）混合部署項(xiàng)目幾乎都是正凈值
為了查看圖4中顯示的電力采購(gòu)協(xié)議(PPA)的價(jià)格加法器是否有意義，伯克利實(shí)驗(yàn)室對(duì)加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(CAISO)和德州電力可靠性委員會(huì)(ERCOT)的獨(dú)立部署太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施配套電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的價(jià)值進(jìn)行了建模，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的裝機(jī)容量為太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施裝機(jī)容量的一半，持續(xù)時(shí)間4小時(shí)（如圖5所示）。這種配置應(yīng)該使電力采購(gòu)協(xié)議(PPA)價(jià)格增加8～13美元/MWh。當(dāng)然，在電力采購(gòu)協(xié)議(PPA)的整個(gè)生命周期內(nèi)，混合部署項(xiàng)目的價(jià)值會(huì)有所不同，但至少在最近幾年，并且在聯(lián)邦投資稅收抵免(ITC)的幫助下，增加的增值似乎證明價(jià)格溢價(jià)是合理的。
圖5.2019年獨(dú)立部署太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施與太陽(yáng)能+儲(chǔ)能混合部署項(xiàng)目的市場(chǎng)價(jià)值比較
3.市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)因素
(1)太陽(yáng)能+儲(chǔ)能項(xiàng)目是由稅收抵免和其他激勵(lì)政策推動(dòng)的
混合部署項(xiàng)目與共址部署的可再生能源設(shè)施和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可以從稅收抵免、節(jié)約建設(shè)成本以及更靈活的發(fā)電設(shè)施調(diào)度中受益，但會(huì)受到選址限制。伯克利實(shí)驗(yàn)室對(duì)這兩種項(xiàng)目的收益和成本進(jìn)行了量化，并發(fā)現(xiàn)它們的價(jià)值大致相當(dāng)，這表明共址部署可以根據(jù)當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)條件和配置進(jìn)行選擇。
（2）獲得投資稅收抵免是促進(jìn)混合部署的一個(gè)主要原因
將太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)共址部署要可以使電池儲(chǔ)能系統(tǒng)有資格獲得聯(lián)邦投資稅收抵免，節(jié)省共享設(shè)施以及互連和許可成本，減少太陽(yáng)能發(fā)電量削減，并促進(jìn)能源轉(zhuǎn)移。此外，與電池儲(chǔ)能系統(tǒng)配套部署的可再生能源發(fā)電設(shè)施具有更大的調(diào)度靈活性，使其對(duì)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)更具吸引力。
（3）可再生能源項(xiàng)目部署的位置可能并不是儲(chǔ)能系統(tǒng)提供電網(wǎng)最大收益的地方
大型風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目和太陽(yáng)能發(fā)電項(xiàng)目通常部署在發(fā)電資源豐富、土地可用且可以連接電網(wǎng)的地方。而電池儲(chǔ)能系統(tǒng)幾乎可以部署在任何地方，例如可以為當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)提供額外價(jià)值的高價(jià)值地點(diǎn)，例如緩解電網(wǎng)擁塞和緩解價(jià)格波動(dòng)。研究發(fā)現(xiàn)，根據(jù)地區(qū)和年份的不同，將可再生能源發(fā)電設(shè)施和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)分開(kāi)部署的市場(chǎng)價(jià)值比混合部署項(xiàng)目要高出2～9美元/MWh。在美國(guó)七個(gè)批發(fā)市場(chǎng)中，這種“耦合損失”平均為2美元/MWh（如圖6所示）。
圖6.在各種情景下，儲(chǔ)能系統(tǒng)分別與風(fēng)力發(fā)電設(shè)施和太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施配套部署的平均耦合損失
（4）獨(dú)立部署項(xiàng)目的更高成本在很大程度上被混合部署節(jié)省成本所抵消
研究中計(jì)算出粗略的成本節(jié)約為15美元/MWh，其中10美元來(lái)自獲得的30%的投資稅收抵免(ITC)，5美元來(lái)自建設(shè)成本節(jié)約——這兩者都高于默認(rèn)的耦合損失。但是，如果電池儲(chǔ)能系統(tǒng)僅從共址部署的可再生能源發(fā)電設(shè)施充電，如果互連容量受限于可再生能源發(fā)電設(shè)施的規(guī)模，并且儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)度能夠以完美的預(yù)見(jiàn)性運(yùn)行，則耦合損失可能會(huì)增加到14美元/MWh?；旌喜渴痦?xiàng)目的耦合損失和成本節(jié)約的不確定性表明，獨(dú)立部署和混合部署項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)模型都是可行的。
信息圖1 獨(dú)立部署電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的選址vs共址部署電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的選址
4.配置選擇
（1）市場(chǎng)價(jià)格激勵(lì)太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施配套部署短時(shí)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)
伯克利實(shí)驗(yàn)室使用2012年至2019年的批發(fā)市場(chǎng)價(jià)格和一個(gè)簡(jiǎn)單直觀的電池退化模型，來(lái)比較不同混合部署項(xiàng)目設(shè)計(jì)的收入和成本，發(fā)現(xiàn)配置和區(qū)域存在顯著差異，而太陽(yáng)能發(fā)電滲透率是一個(gè)主要因素。混合部署項(xiàng)目在加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(CAISO)服務(wù)區(qū)域中最具吸引力，在大多數(shù)地區(qū)，太陽(yáng)能+儲(chǔ)能項(xiàng)目比風(fēng)電+儲(chǔ)能項(xiàng)目更具吸引力，這與商業(yè)活動(dòng)表現(xiàn)相一致。
（2）電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的持續(xù)時(shí)間和儲(chǔ)能容量對(duì)混合部署項(xiàng)目?jī)糁涤绊懽畲?
在獲得聯(lián)邦投資稅收抵免(ITC)這個(gè)最具吸引力的混合部署項(xiàng)目配置中，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的持續(xù)時(shí)間往往是2到4小時(shí)，配套的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的裝機(jī)容量為太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施或風(fēng)力發(fā)電設(shè)施裝機(jī)容量的25%或100%，具體取決于地區(qū)（如圖7所示）。設(shè)置電網(wǎng)互連容量以允許可再生能源發(fā)電設(shè)施和儲(chǔ)能系統(tǒng)同時(shí)放電，將產(chǎn)生比將互連規(guī)模限制為僅太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施或風(fēng)力發(fā)電設(shè)施裝機(jī)容量更高的混合凈值。
圖7.電池儲(chǔ)能容量（x軸）和持續(xù)時(shí)間（圖例）對(duì)太陽(yáng)能+儲(chǔ)能項(xiàng)目?jī)糁档挠绊?
（3）在對(duì)CAISO、ERCOT和SPP服務(wù)區(qū)域中，持續(xù)時(shí)間較短的太陽(yáng)能+儲(chǔ)能項(xiàng)目的凈值最高
并網(wǎng)項(xiàng)目和擬議部署項(xiàng)目的持續(xù)時(shí)間通常為1～4小時(shí)。在所有電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中，混合部署項(xiàng)目的相對(duì)價(jià)值在加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(CAISO)、德州電力可靠性委員會(huì)(ERCOT) 和西南電力聯(lián)營(yíng)公司(SPP)服務(wù)區(qū)域中最高，這些地區(qū)有大量擬議部署的的太陽(yáng)能+儲(chǔ)能項(xiàng)目。研究還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)納入聯(lián)邦投資稅收抵免(ITC)時(shí)，太陽(yáng)能+儲(chǔ)能項(xiàng)目的凈值比風(fēng)電+儲(chǔ)能項(xiàng)目更具吸引力，在商業(yè)部署上也看到了這一趨勢(shì)。
（4）區(qū)域范圍內(nèi)的太陽(yáng)能普及率推動(dòng)太陽(yáng)能+儲(chǔ)能項(xiàng)目?jī)r(jià)值
太陽(yáng)能高滲透率將電網(wǎng)價(jià)格峰值的時(shí)間從夏季下午轉(zhuǎn)移到晚上，能夠更好地使太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施項(xiàng)目將獲得更大的價(jià)值。迄今為止，加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(CAISO)的影響最大，2020年太陽(yáng)能滲透率達(dá)到21%。然而，隨著儲(chǔ)能系統(tǒng)提高能量轉(zhuǎn)移的能力，削減發(fā)電量以改變發(fā)電時(shí)間的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施項(xiàng)目的配置變得多余。與其相反，使太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施發(fā)電最大化的配置（包括通過(guò)單軸跟蹤系統(tǒng)和擴(kuò)展太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施規(guī)模）在與儲(chǔ)能系統(tǒng)相結(jié)合時(shí)可以提供更大的凈值收益。
（未完待續(xù)）
