中國儲能網(wǎng)訊：風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電項目的快速部署成為21世紀(jì)10年代最重要的電力系統(tǒng)趨勢之一是，而調(diào)查數(shù)據(jù)表明，21世紀(jì)20年代的一個轉(zhuǎn)折點可能是“混合”部署項目的快速部署?；旌喜渴痦椖客ǔ⑻柲馨l(fā)電項目或風(fēng)力發(fā)電項目（或其他能源）與電池儲能系統(tǒng)共址部署。正如成本下降推動了太陽能發(fā)電項目和風(fēng)力發(fā)電項目在過去十年快速增長一樣，電池價格的下降和整合可再生能源發(fā)電日益增長的需求，正在推動部署混合部署項目計劃。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)，但其相對新穎性意味著需要進行研究以促進整合和創(chuàng)新。
將能源的存儲和轉(zhuǎn)換技術(shù)以及多種可再生能源的特點結(jié)合起來，會給電網(wǎng)運營和成本帶來復(fù)雜的問題。而項目開發(fā)商、系統(tǒng)運營商、規(guī)劃者和監(jiān)管機構(gòu)為了從更好的數(shù)據(jù)、方法和工具受益，需要估算混合項目的成本、價值和系統(tǒng)影響。隨著電力系統(tǒng)向采用更多的可再生能源的電力，部署混合部署項目的機會越來越多，但它們的影響和最佳應(yīng)用尚未確定。
美國勞倫斯伯克利實驗室(Berkeley Lab)日前發(fā)布了一份名為“可再生能源研究項目十大發(fā)現(xiàn)”的研究報告，該報告展示了伯克利實驗室的一些強有力的研究計劃，旨在支持美國私營和公共部門關(guān)于混合部署項目的決策。報告分析了建造混合部署項目的地點和原因，對最佳混合設(shè)計選擇進行建模，并評估混合部署項目對資源充足性和短期供電可靠性的貢獻。該實驗室評估了混合部署項目如何參與批發(fā)電力市場，并調(diào)查客戶現(xiàn)場和公用事業(yè)規(guī)模混合部署項目的成本和價值。最后，確定了未來的研究需求和問題。
如何定義混合混合部署項目？
?發(fā)電設(shè)施和電池儲能系統(tǒng)的組合。
?作為一個或兩個獨立的發(fā)電單元運行。
?部署在同一地點。
可再生能源研究項目十大發(fā)現(xiàn)：
（1）增長
可再生能源開發(fā)商對混合部署項目的興趣濃厚并且不斷增長。
（2）價格VS價值
太陽能+儲能項目在部分地區(qū)的電力采購價格低但價值較高。
（3）市場驅(qū)動因素
太陽能+儲能項目是由稅收抵免和其他激勵政策推動的。
（4）配置選擇
市場價格激勵了太陽能發(fā)電設(shè)施配套部署短時的電池儲能系統(tǒng)。
（5）容量價值
混合部署項目的容量貢獻小于其各部分的總和。
（6）輔助服務(wù)
輔助服務(wù)市場對混合部署項目來說是一個有價值但短暫的選擇。
（7）市場參與
混合部署項目可以更靈活地參與電力市場。
（8）運營
混合部署項目系統(tǒng)的電力系統(tǒng)價值取決于它們的運行方式。
（9）分布式混合部署項目
客戶現(xiàn)場的太陽能+儲能項目的增長提供了新的機遇。
（10）未來研究
未來將如何發(fā)展？混合部署項目研究的優(yōu)先領(lǐng)域。
1.增長
（1）可再生能源開發(fā)商對混合部署項目的興趣濃厚并且不斷增長
電池價格下降和可再生能源發(fā)電量的增長正在推動對混合部署項目的興趣激增。當(dāng)前開發(fā)商的興趣主要集中在將太陽能發(fā)電設(shè)施與電池儲能系統(tǒng)配套部署，但儲能裝系統(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，美國已經(jīng)并網(wǎng)的太陽能+儲能項目或風(fēng)電+儲能項目已超過8GW
太陽能+儲能項目在混合部署能源總裝機容量中占主導(dǎo)地位，其裝機容量超過5.9GW，而風(fēng)電+儲能項目只有2GW，太陽能+風(fēng)電+儲能項目只有750MW。而這個市場已經(jīng)開始實現(xiàn)指數(shù)級增長，與2020年底累計部署的裝機容量相比，2021年累計運營混合部署項目的裝機容量增加了133%。雖然有許多化石能源+儲能的混合部署項目，但總裝機容量相對較少，（如圖1所示）。
圖1到2020年美國現(xiàn)有混合部署項目的位置
（3）規(guī)劃部署的計劃表明對可再生能源和儲能系統(tǒng)的混合部署項目的興趣日益濃厚
來自美國七個批發(fā)市場和35個公用事業(yè)公司的互連隊列中正在開發(fā)的能源項目的數(shù)據(jù)表明，可再生能源開發(fā)商對于混合部署項目具有相當(dāng)大的商業(yè)興趣（如圖2所示）。到2021年底，美國規(guī)劃部署的太陽能發(fā)電設(shè)施的裝機容量超過675GW，其中的286GW（約42%）被提議作為混合部署項目，最常見的是將太陽能發(fā)電設(shè)施與儲能系統(tǒng)配套部署。還計劃部署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目，同樣通常將風(fēng)力發(fā)電設(shè)施與儲能系統(tǒng)配套部署。雖然其中許多擬建項目最終將無法實現(xiàn)商業(yè)運營，但對部署混合部署項目的濃厚興趣預(yù)示著裝機容量的強勁增長。在加利福尼亞獨立系統(tǒng)運營商(CAISO)的服務(wù)區(qū)域尤其如此，該地區(qū)95%的太陽能發(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目。
圖2. 美國2021年規(guī)劃部署的混合部署項目的裝機容量
2. 價格VS價值
（1）太陽能+儲能項目在部分地區(qū)的電力采購價格低但價值較高
盡管美國目前運營的混合部署項目的數(shù)量仍然很少（但還在增長），但可以通過查看電力采購協(xié)議(PPA)來深入了解即將推出的混合部署項目的配置和定價，這些協(xié)議通常在混合部署項目投入運營前幾年實施。伯克利實驗室對大量混合部署和獨立部署的太陽能發(fā)電設(shè)施電力采購協(xié)議(PPA)樣本的分析，結(jié)合類似混合部署項目配置的價值建模，有助于解釋太陽能+儲能項目混合部署項目在某些地區(qū)日益增長具有吸引力的原因。
（2）太陽能+儲能項目電力采購價格將逐步降低
在伯克利實驗室的公用事業(yè)規(guī)模電力采購協(xié)議(PPA)的價格樣本中，太陽能+儲能混合部署項目的價格（美元/MWh）（在圖3中以反映電池儲能系統(tǒng)與太陽能發(fā)電設(shè)施裝機容量比的空心圓圈顯示）接近獨立部署的太陽能發(fā)電設(shè)施價格（較小實心圓圈）。因此，隨著時間的推移，太陽能+儲能的項目將變得越來越普遍。而在夏威夷州（橙色），在2017年之后，幾乎所有簽署電力采購協(xié)議(PPA)的公用事業(yè)規(guī)模太陽能發(fā)電設(shè)施都配套部署電池儲能系統(tǒng)，并且這種平衡似乎在顯示的其他四個州（藍色）之間發(fā)生了變化。這些電力采購協(xié)議(PPA) 平準(zhǔn)化價格反映了美國聯(lián)邦投資稅收抵免(ITC)的激勵情況。
圖3.按執(zhí)行日期劃分的太陽能+儲能項目平準(zhǔn)化電力采購協(xié)議(PPA)價格
（3）混合部署項目的電力采購協(xié)議(PPA)溢價反映了其電池儲能系統(tǒng)的規(guī)模
17個電力采購協(xié)議(PPA)的子樣本將太陽能+儲能項目各組件的價格分開，能夠準(zhǔn)確計算儲能系統(tǒng)電力采購協(xié)議(PPA)價格增加了多少。這種“平準(zhǔn)化儲能價格加法器”隨著電池儲能系統(tǒng)與太陽能發(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目（所有電池儲能系統(tǒng)都相對規(guī)模較大）價格高于圖中其他州的幾個原因之一。
圖4.按裝機容量比劃分的平準(zhǔn)化儲能價格加法器
（4）混合部署項目幾乎都是正凈值
為了查看圖4中顯示的電力采購協(xié)議(PPA)的價格加法器是否有意義，伯克利實驗室對加州獨立系統(tǒng)運營商(CAISO)和德州電力可靠性委員會(ERCOT)的獨立部署太陽能發(fā)電設(shè)施配套電池儲能系統(tǒng)的價值進行了建模，電池儲能系統(tǒng)的裝機容量為太陽能發(fā)電設(shè)施裝機容量的一半，持續(xù)時間4小時（如圖5所示）。這種配置應(yīng)該使電力采購協(xié)議(PPA)價格增加8～13美元/MWh。當(dāng)然，在電力采購協(xié)議(PPA)的整個生命周期內(nèi)，混合部署項目的價值會有所不同，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格溢價是合理的。
圖5.2019年獨立部署太陽能發(fā)電設(shè)施與太陽能+儲能混合部署項目的市場價值比較
3.市場驅(qū)動因素
(1)太陽能+儲能項目是由稅收抵免和其他激勵政策推動的
混合部署項目與共址部署的可再生能源設(shè)施和電池儲能系統(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，但會受到選址限制。伯克利實驗室對這兩種項目的收益和成本進行了量化，并發(fā)現(xiàn)它們的價值大致相當(dāng)，這表明共址部署可以根據(jù)當(dāng)?shù)厥袌鰲l件和配置進行選擇。
（2）獲得投資稅收抵免是促進混合部署的一個主要原因
將太陽能發(fā)電設(shè)施和電池儲能系統(tǒng)共址部署要可以使電池儲能系統(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，減少太陽能發(fā)電量削減，并促進能源轉(zhuǎn)移。此外，與電池儲能系統(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，使其對電網(wǎng)運營更具吸引力。
（3）可再生能源項目部署的位置可能并不是儲能系統(tǒng)提供電網(wǎng)最大收益的地方
大型風(fēng)力發(fā)電項目和太陽能發(fā)電項目通常部署在發(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)提供額外價值的高價值地點，例如緩解電網(wǎng)擁塞和緩解價格波動。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)施和電池儲能系統(tǒng)分開部署的市場價值比混合部署項目要高出2～9美元/MWh。在美國七個批發(fā)市場中，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，儲能系統(tǒng)分別與風(fēng)力發(fā)電設(shè)施和太陽能發(fā)電設(shè)施配套部署的平均耦合損失
（4）獨立部署項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
研究中計算出粗略的成本節(jié)約為15美元/MWh，其中10美元來自獲得的30%的投資稅收抵免(ITC)，5美元來自建設(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，并且儲能系統(tǒng)調(diào)度能夠以完美的預(yù)見性運行，則耦合損失可能會增加到14美元/MWh?；旌喜渴痦椖康鸟詈蠐p失和成本節(jié)約的不確定性表明，獨立部署和混合部署項目的開發(fā)模型都是可行的。
信息圖1 獨立部署電池儲能系統(tǒng)的選址vs共址部署電池儲能系統(tǒng)的選址
4.配置選擇
（1）市場價格激勵太陽能發(fā)電設(shè)施配套部署短時電池儲能系統(tǒng)
伯克利實驗室使用2012年至2019年的批發(fā)市場價格和一個簡單直觀的電池退化模型，來比較不同混合部署項目設(shè)計的收入和成本，發(fā)現(xiàn)配置和區(qū)域存在顯著差異，而太陽能發(fā)電滲透率是一個主要因素。混合部署項目在加州獨立系統(tǒng)運營商(CAISO)服務(wù)區(qū)域中最具吸引力，在大多數(shù)地區(qū)，太陽能+儲能項目比風(fēng)電+儲能項目更具吸引力，這與商業(yè)活動表現(xiàn)相一致。
（2）電池儲能系統(tǒng)的持續(xù)時間和儲能容量對混合部署項目凈值影響最大
在獲得聯(lián)邦投資稅收抵免(ITC)這個最具吸引力的混合部署項目配置中，電池儲能系統(tǒng)的持續(xù)時間往往是2到4小時，配套的電池儲能系統(tǒng)的裝機容量為太陽能發(fā)電設(shè)施或風(fēng)力發(fā)電設(shè)施裝機容量的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)施和儲能系統(tǒng)同時放電，將產(chǎn)生比將互連規(guī)模限制為僅太陽能發(fā)電設(shè)施或風(fēng)力發(fā)電設(shè)施裝機容量更高的混合凈值。
圖7.電池儲能容量（x軸）和持續(xù)時間（圖例）對太陽能+儲能項目凈值的影響
（3）在對CAISO、ERCOT和SPP服務(wù)區(qū)域中，持續(xù)時間較短的太陽能+儲能項目的凈值最高
并網(wǎng)項目和擬議部署項目的持續(xù)時間通常為1～4小時。在所有電池儲能系統(tǒng)中，混合部署項目的相對價值在加州獨立系統(tǒng)運營商(CAISO)、德州電力可靠性委員會(ERCOT) 和西南電力聯(lián)營公司(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能+儲能項目。研究還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)納入聯(lián)邦投資稅收抵免(ITC)時，太陽能+儲能項目的凈值比風(fēng)電+儲能項目更具吸引力，在商業(yè)部署上也看到了這一趨勢。
（4）區(qū)域范圍內(nèi)的太陽能普及率推動太陽能+儲能項目價值
太陽能高滲透率將電網(wǎng)價格峰值的時間從夏季下午轉(zhuǎn)移到晚上，能夠更好地使太陽能發(fā)電設(shè)施項目將獲得更大的價值。迄今為止，加州獨立系統(tǒng)運營商(CAISO)的影響最大，2020年太陽能滲透率達到21%。然而，隨著儲能系統(tǒng)提高能量轉(zhuǎn)移的能力，削減發(fā)電量以改變發(fā)電時間的太陽能發(fā)電設(shè)施項目的配置變得多余。與其相反，使太陽能發(fā)電設(shè)施發(fā)電最大化的配置（包括通過單軸跟蹤系統(tǒng)和擴展太陽能發(fā)電設(shè)施規(guī)模）在與儲能系統(tǒng)相結(jié)合時可以提供更大的凈值收益。
（未完待續(xù)）
