中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
3.2、增加長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)值的附加業(yè)務(wù)
為了提供容量服務(wù)和能量時(shí)移服務(wù)，部署4小時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)是一種經(jīng)濟(jì)可行的方案，但是還有其他潛在的價(jià)值來源可以激勵(lì)部署持續(xù)時(shí)間更長的長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)。如果附加服務(wù)能夠具有以下因素:
（1）避免重復(fù)計(jì)算(這意味著它們會(huì)干擾提供已經(jīng)計(jì)算過的服務(wù)的能力)。
（2）在當(dāng)前的市場環(huán)境下可以實(shí)現(xiàn)貨幣化(或者在回報(bào)率框架下被監(jiān)管機(jī)構(gòu)評(píng)估)。
（3）支持更長的持續(xù)時(shí)間。
（4）反映在服務(wù)可用的位置部署儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量。
如果沒有這些因素限制長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)提供某些服務(wù)的能力，那么可以為長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)提供了新的收入機(jī)會(huì)（因素2）。例如運(yùn)營儲(chǔ)備服務(wù)或頻率響應(yīng)。然而，有限的持續(xù)時(shí)間要求(遠(yuǎn)低于1小時(shí))并沒有為長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)提供更多的激勵(lì)，因此這種應(yīng)用最終受到因素3的限制。另一個(gè)例子是提供配電服務(wù)，其中更長的持續(xù)時(shí)間更具價(jià)值，但因素4可能是一個(gè)限制，因?yàn)橐恍┏掷m(xù)時(shí)間較長的儲(chǔ)能系統(tǒng)由于需要大規(guī)模部署而占用很大的空間，并且配電網(wǎng)絡(luò)的容量可能有限。另外，這份報(bào)告提供了兩個(gè)可以滿足這四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的附加服務(wù)示例。
3.2.1 示例1：電力傳輸
一個(gè)有利于采用長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的因素是輸電系統(tǒng)投資延遲和輸電擁塞管理。新建輸電系統(tǒng)有很多原因，其中包括提高可靠性、緩解擁塞、改善獲得低成本能源的途徑，以及提高輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性。
在某些情況下，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以作為升級(jí)輸電系統(tǒng)的替代方案，例如儲(chǔ)能系統(tǒng)可以緩解輸電擁塞。輸電擁塞導(dǎo)致一些地區(qū)的電價(jià)上漲，因?yàn)檫@些地區(qū)無法獲得足夠的低成本電力。儲(chǔ)能系統(tǒng)可以部署在擁塞的“負(fù)載”側(cè)，然后在輸電線路擁塞時(shí)放電。
這一原則也可應(yīng)用于利用儲(chǔ)能系統(tǒng)來提高可再生能源發(fā)電設(shè)施的利用率。在這個(gè)應(yīng)用中，儲(chǔ)能系統(tǒng)部署在擁塞電力線路的“供應(yīng)”側(cè)。美國一些主要風(fēng)力發(fā)電設(shè)施通常位于更偏遠(yuǎn)的地方，可能需要專門的電力線路將電力輸送到負(fù)荷中心。但新建的輸電線路將受到風(fēng)力發(fā)電設(shè)施容量因素的限制(增加輸送電力的成本)，因此部署儲(chǔ)能系統(tǒng)可以用來提高輸電利用率。
采用儲(chǔ)能系統(tǒng)延遲輸電系統(tǒng)投資是一個(gè)主要應(yīng)用，這種應(yīng)用能夠部分增加輸電系統(tǒng)的容量，并且實(shí)現(xiàn)能量時(shí)移，但需要仔細(xì)分析，因?yàn)檫@樣的應(yīng)用限制了儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電的靈活性。在這些應(yīng)用中，儲(chǔ)能系統(tǒng)的規(guī)模具體地取決于確定的需求和投資輸電系統(tǒng)的延遲。
如何實(shí)現(xiàn)貨幣化是將電力傳輸、容量服務(wù)和能源時(shí)移的價(jià)值結(jié)合起來面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)，特別是在具有批發(fā)市場的地區(qū)。在現(xiàn)有的市場結(jié)構(gòu)中，電力系統(tǒng)的容量服務(wù)和能量時(shí)移的價(jià)值在很大程度上是可以通過能源價(jià)格套利、容量市場支付、稀缺定價(jià)和容量合同的組合來實(shí)現(xiàn)貨幣化。而儲(chǔ)能系統(tǒng)延遲輸電系統(tǒng)的升級(jí)的部分價(jià)值可以通過與電網(wǎng)擁塞相關(guān)的電力價(jià)格體現(xiàn)出來。然而，并非用于輸電服務(wù)的儲(chǔ)能系統(tǒng)的所有價(jià)值都可以得到體現(xiàn)，而且為緩解電網(wǎng)擁塞而部署更多的儲(chǔ)能系統(tǒng)可能會(huì)得不償失。根據(jù)回報(bào)率機(jī)制，如果將儲(chǔ)能系統(tǒng)作為輸電資產(chǎn)，那么它們難以提供額外的市場服務(wù)，限制了儲(chǔ)能系統(tǒng)的靈活性。電網(wǎng)運(yùn)營商已經(jīng)注意到這一點(diǎn)，并且正在努力應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。
3.2.2 示例2：彈性和備用電源
長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)提供額外服務(wù)的另一個(gè)示例是在長期電力中斷期間提高電網(wǎng)彈性和提供備用電源。由于長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)可以存儲(chǔ)更多的能量，當(dāng)意外事件或極端事件破壞電力系統(tǒng)時(shí)，它們比持續(xù)時(shí)間較短的儲(chǔ)能系統(tǒng)更有價(jià)值。將這種價(jià)值實(shí)現(xiàn)貨幣化可能具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)殡娋W(wǎng)彈性目前還不是一個(gè)成熟的服務(wù)。然而，合同、電費(fèi)的變化或其他安排可以為向公用事業(yè)公司、區(qū)域微電網(wǎng)或大型商業(yè)和工業(yè)客戶提供備用電力的收益貨幣化提供一種手段。用戶側(cè)應(yīng)用可以潛在地將備用服務(wù)的價(jià)值與避免的容量和在費(fèi)率結(jié)構(gòu)中獲得的能量時(shí)移價(jià)值(通過需求收費(fèi)或使用時(shí)間費(fèi)率)結(jié)合起來。與其他服務(wù)一樣，需要仔細(xì)分析以避免重復(fù)計(jì)算。
4 超越鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)
儲(chǔ)能系統(tǒng)的持續(xù)時(shí)間超過4小時(shí)也帶來了一個(gè)問題：成本。有許多儲(chǔ)能技術(shù)處于不同的開發(fā)和部署階段，很難估計(jì)這些儲(chǔ)能技術(shù)中的哪一種能夠大幅降低成本。然而，不同的持續(xù)時(shí)間內(nèi)，長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)與鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)相同的成本和性能。
圖15(上圖)顯示了對(duì)鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)2023年投資成本的估計(jì)。儲(chǔ)能系統(tǒng)的總投資成本(以美元/kW為單位，這是衡量發(fā)電成本的標(biāo)準(zhǔn))如圖15(下圖)所示。曲線的斜率表示與儲(chǔ)能容量相關(guān)的成本，隨著時(shí)間的推移，預(yù)期成本的降低會(huì)降低成本曲線的斜率。應(yīng)該指出的是，由于面臨供應(yīng)鏈問題，造成了電池儲(chǔ)能系統(tǒng)成本的大幅波動(dòng)。
圖15.隨著時(shí)間的推移，鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的相關(guān)成本預(yù)計(jì)將下降
對(duì)于超過4小時(shí)持續(xù)時(shí)間的長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)來說，面臨的挑戰(zhàn)是與成本大幅下降的鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行競爭，鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的持續(xù)時(shí)間也將超過4小時(shí)。根據(jù)研究機(jī)構(gòu)的預(yù)測，2030年7小時(shí)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本與目前4小時(shí)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本大致相同。另外，有許多儲(chǔ)能技術(shù)有潛力實(shí)現(xiàn)與鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)同等的成本。長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)與鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本相當(dāng)，有四個(gè)主要因素:電力成本、能源成本、壽命和效率。
其他儲(chǔ)能技術(shù)降低成本的主要機(jī)會(huì)是使用成本較低的儲(chǔ)能材料。儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能容量投資成本包括材料和儲(chǔ)存材料的容器成本。鋰離子電池的電解質(zhì)使用多種材料，涉及復(fù)雜的制造過程，可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)較高的能量密度和充放電效率。液流電池可以使用成本更低、儲(chǔ)量豐富的電解質(zhì)材料，制造過程也不那么復(fù)雜，并且可以存儲(chǔ)在各種尺寸的儲(chǔ)罐中。這種方法可以使儲(chǔ)能系統(tǒng)的持續(xù)時(shí)間隨著需求的增加而增長。
還有一些儲(chǔ)能技術(shù)可以使用成本更低的材料作為儲(chǔ)能介質(zhì)，例如熱儲(chǔ)能系統(tǒng)可以使用成本非常低的材料（例如熔鹽）。
抽水蓄能發(fā)電設(shè)施使用的儲(chǔ)能介質(zhì)(水)成本更低，其中容器(水庫)的成本成為主要的儲(chǔ)能成本。下一代壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)能會(huì)使用地下巖層 (空氣)和低成本介質(zhì)(熱儲(chǔ)能)的組合。
使用低成本材料的代價(jià)往往是充放電的效率更低。例如，液流電池使用儲(chǔ)能豐富或低成本的電解質(zhì)材料，但其充放電效率大幅降低。機(jī)械儲(chǔ)能系統(tǒng)（包括熱儲(chǔ)能系統(tǒng)、抽水蓄能設(shè)施和壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)）需要采用水泵、渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)，與逆變器和鋰離子電池的其他相關(guān)組件相比，它們的總成本要高得多。而基于機(jī)械的儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電效率也低得多。
另外，大多數(shù)基于機(jī)械的儲(chǔ)能系統(tǒng)可以持續(xù)更長的時(shí)間，并且不會(huì)由于充放電次數(shù)過多引起性能上的退化。例如，很多運(yùn)行50年以上的抽水蓄能發(fā)電設(shè)施，可以采用更新、更多、更高效的設(shè)備，而鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的預(yù)期壽命為10～20年。熱儲(chǔ)能系統(tǒng)和壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)通?？梢允褂?0年或更長時(shí)間。液流電池的降解機(jī)制與鋰離子電池不同，并且可以采用成本更低的電解質(zhì)。
圖16說明了考慮這四個(gè)因素來估計(jì)長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的盈虧平衡成本，或者在生命周期中的成本與鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本持平。圖中的鋰離子電池的成本(例如圖15)用藍(lán)色曲線表示。長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本用灰色曲線表示。
然而，投資成本低并不等同于其生命周期中的成本低，這受到充放電效率和使用壽命的影響。如果長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的性能與鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)相同，那么投資成本將與生命周期成本相同(圖16中的黑點(diǎn))。生命周期較長的長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)降低了成本，因?yàn)榭梢栽诟L的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行融資。
圖16.長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)在生命周期中的盈虧平衡條件，顯示了投資成本的影響
圖17提供了一個(gè)例子，顯示了實(shí)現(xiàn)8小時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)成本持平所需的相關(guān)成本，圖中的黑線表示了與鋰離子電池具有相同工作壽命和效率的長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的盈虧平衡曲線。
其他曲線顯示了長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)性能的盈虧平衡條件，包括更長的工作壽命和更低的充放電效率。如上所述，將鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)作為參考，盈虧平衡意味著長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本必須等于或低于三種不同效率水平?？偟膩碚f，即使效率較低，長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)在其生命周期中的成本仍可能與鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)持平。
圖17.到2030年，長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的生命周期成本可以與8小時(shí)鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)持平(黑線)
5、討論與結(jié)論
美國近年來部署的鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)約占所有儲(chǔ)能系統(tǒng)的99%，其中90%以上的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的持續(xù)時(shí)間為4小時(shí)或更短。這既反映了技術(shù)狀況，也反映了當(dāng)前市場對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)持續(xù)時(shí)間要求的影響，這導(dǎo)致持續(xù)時(shí)間超過4小時(shí)的長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的價(jià)值大幅下降。
因此，如果在短期內(nèi)超越鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)和超過4小時(shí)持續(xù)時(shí)間，長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)需要改變技術(shù)和價(jià)值主張。在價(jià)值方面，隨著美國許多地區(qū)轉(zhuǎn)向冬季峰值電力需求，4小時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的價(jià)值可能會(huì)隨著時(shí)間的推移而下降。這將增加長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的價(jià)值，而支持輸電和恢復(fù)供電的機(jī)會(huì)也可以增加其價(jià)值。
根據(jù)在“儲(chǔ)能未來研究”項(xiàng)目之前進(jìn)行的研究，即使沒有針對(duì)減少碳排放的新政策，長時(shí)儲(chǔ)儲(chǔ)能系統(tǒng)也有更多的市場機(jī)會(huì)。長時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可行的部署，需要改變目前的激勵(lì)結(jié)構(gòu)，特別是在批發(fā)市場地區(qū)。這包括向開發(fā)商傳遞適當(dāng)?shù)男盘?hào)，以及解決與不同用例的服務(wù)貨幣化相關(guān)的問題。
最后，重要的是要認(rèn)識(shí)到長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)與成熟的鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行競爭所面臨的挑戰(zhàn)。鋰離子電池市場正在快速增長，這主要由電動(dòng)汽車推動(dòng)，這將推動(dòng)新的創(chuàng)新，并有可能降低儲(chǔ)能應(yīng)用的成本。長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)能否與電池儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行競爭，取決于能否實(shí)現(xiàn)大規(guī)模部署并降低成本。因此需要實(shí)現(xiàn)成本最優(yōu)的多樣化組合，其持續(xù)時(shí)間可以隨著電網(wǎng)的發(fā)展而變化。
（全文完）
