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摘要
2023 年，南澳大利亞州 (SA) 的電力結(jié)構(gòu)中的可變可再生電力 (VRE) 數(shù)量是全球比例最高的國家（葡萄牙）的兩倍。電力儲(chǔ)能也在快速增長，但對(duì)于電力供應(yīng)脫碳還沒有足夠的意義。需要更多的 VRE 和更多的儲(chǔ)能來實(shí)現(xiàn)政策目標(biāo)。它是否負(fù)擔(dān)得起并且經(jīng)濟(jì)上合理？本文進(jìn)行了時(shí)間序列分析，假設(shè)儲(chǔ)能的運(yùn)行是為了最大限度地提高可調(diào)度化石燃料發(fā)電的替代量。分析表明，通過 VRE 擴(kuò)展和儲(chǔ)存，將 SA 的滲透率提高到最終使用消耗的 90% 左右，將是負(fù)擔(dān)得起的且經(jīng)濟(jì)上合理的 。然而，儲(chǔ)能的效益下降表明，通過儲(chǔ)能并隨后使用可再生電力來取代最后 10% 的化石燃料，其隱含的碳減排成本將遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于當(dāng)代碳社會(huì)成本的估計(jì)，而且也無法承受。需要非常大量的儲(chǔ)能才能接近完全脫碳供應(yīng)，因?yàn)榇蟛糠謨?chǔ)能很少使用。需要將目前預(yù)期的最便宜的長時(shí)儲(chǔ)能成本降低 20 倍，才能使通過儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且經(jīng)濟(jì)合理的完全脫碳。由于現(xiàn)在無法預(yù)見如此急劇的成本下降，政策可能會(huì)優(yōu)先考慮經(jīng)濟(jì)其他領(lǐng)域的脫碳，然后再通過儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)最后 10% 的電力脫碳。積極尋求其他（非儲(chǔ)能）脫碳途徑也很有價(jià)值。這包括鼓勵(lì)電力需求和可變可再生能源供應(yīng)之間建立更強(qiáng)的時(shí)間聯(lián)系，追求低碳或零碳可調(diào)度發(fā)電，以及尋求利用電動(dòng)汽車中的儲(chǔ)能用于電網(wǎng)。
1.簡介
南澳大利亞州 (SA) 是構(gòu)成澳大利亞國家電力市場 (NEM) 的五個(gè)區(qū)域市場之一，到 2023 年，76% 的電力來自可變可再生能源 (VRE)：風(fēng)電場、屋頂太陽能和太陽能發(fā)電廠 ， 來源多少以該順序排列。南澳的 VRE 份額是澳大利亞第二高的州（維多利亞州）的兩倍多，也是全球比例最高的國家（葡萄牙）的兩倍多。
SA 還擁有充足的鋰電池儲(chǔ)能容量，可以滿足其年度高峰需求的六分之一左右。鋰電池儲(chǔ)能容量正在快速增長：鋰電池儲(chǔ)能是 2018 年在南非投產(chǎn)的首個(gè)并網(wǎng)鋰電池儲(chǔ)能（投產(chǎn)時(shí)全球最大的此類電池）投入運(yùn)行的五倍。雖然SA的儲(chǔ)能現(xiàn)在正在為電力系統(tǒng)提供有用的頻率響應(yīng)服務(wù)，為輸電網(wǎng)絡(luò)提供保險(xiǎn)服務(wù)，并在客戶場所小范圍使用，但它在SA電力脫碳方面仍然發(fā)揮著較小的作用：天然氣和柴油 - 南澳的發(fā)電和鄰近維多利亞州的燃煤發(fā)電仍然至關(guān)重要，以彌補(bǔ)南澳 VRE 的變化。
SA電力供應(yīng)的進(jìn)一步脫碳將需要更多的可變可再生能源，以及更多的儲(chǔ)能來取代（可調(diào)度的）化石燃料發(fā)電。南澳大利亞州政府的愿望是到 2030 年實(shí)現(xiàn) 100% “凈” 可再生能源，并且澳大利亞政府已宣布對(duì)持續(xù)擴(kuò)大 VRE 和儲(chǔ)能提供重大政策支持。但額外的儲(chǔ)能將取代多少可調(diào)度發(fā)電，建造它是否負(fù)擔(dān)得起且經(jīng)濟(jì)合理？出于這些問題，本文對(duì) SA 中的儲(chǔ)能和 VRE 擴(kuò)容進(jìn)行了時(shí)間序列分析。
有大量以優(yōu)化為重點(diǎn)的文獻(xiàn)，主要集中在美國和歐洲，探討儲(chǔ)能在電力供應(yīng)脫碳中的作用。該類文獻(xiàn)的一個(gè)共同結(jié)論是，儲(chǔ)能容量（Capacity） 與 VRE 滲透率呈線性關(guān)系，但儲(chǔ)能能量(Energy)與 VRE 滲透率呈指數(shù)關(guān)系（Cebulla 等，2018）。這是預(yù)期的：隨著 VRE 滲透率的增加，儲(chǔ)能不僅可以用于每天定期轉(zhuǎn)移剩余的太陽能以滿足夜間需求，而且還可以將 VRE 從季節(jié)性過剩時(shí)期轉(zhuǎn)移到季節(jié)性短缺時(shí)期。雖然少量儲(chǔ)能可以定期提供晝夜變化，但需要大量很少使用的儲(chǔ)能來補(bǔ)償 VRE 供應(yīng)的季節(jié)性變化。然而，文獻(xiàn)對(duì)指數(shù)關(guān)系的性質(zhì)提出了廣泛不同的結(jié)論。這反映了方法、研究的許多輸入假設(shè)、VRE 可用性以及所檢查的特定區(qū)域的電力需求曲線的差異。
在此分析中，假設(shè)儲(chǔ)能的運(yùn)行是為了最大限度地減少化石燃料發(fā)電的時(shí)移。這意味著，如果 VRE 超過需求，則剩余部分將被儲(chǔ)能，直到儲(chǔ)能充滿；當(dāng) VRE 滿足需求時(shí)，儲(chǔ)能的電力會(huì)優(yōu)先于化石燃料發(fā)電或進(jìn)口。這一假設(shè)反映了化學(xué)儲(chǔ)能商業(yè)電站的選擇（在現(xiàn)有和擬議的儲(chǔ)能設(shè)施中占主導(dǎo)地位）并且具有較低的往返損失。這里使用的 VRE 和儲(chǔ)能技術(shù)成本基于澳大利亞國家科學(xué)局的官方估計(jì)（參見（Graham 等人，2023））。
南非的 VRE 滲透率已經(jīng)很高，這意味著可以通過按比例擴(kuò)大現(xiàn)有 VRE 容量來對(duì) VRE 發(fā)電量做出合理的預(yù)測，從而消除與主要資源建模相關(guān)的不確定性。
這里的分析支持基于模型的優(yōu)化（文獻(xiàn)表明這可能會(huì)產(chǎn)生廣泛不同的結(jié)果），有利于估計(jì)與不同 VRE 和儲(chǔ)能擴(kuò)容場景相關(guān)的結(jié)果（脫碳貢獻(xiàn)和成本），并假設(shè)最終使用需求不變。該時(shí)間序列分析以每小時(shí)、每 8 小時(shí)、7 天和每月的時(shí)間段顯示儲(chǔ)能結(jié)果以及對(duì)替代化石燃料發(fā)電儲(chǔ)能的影響。 結(jié)果根據(jù)年度增量成本和隱性碳減排成本進(jìn)行評(píng)估。在某些方面，政策影響是使用碳社會(huì)成本（SCC，-參見（美國環(huán)境保護(hù)局，2022））作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。
關(guān)于為什么本分析中得出的估計(jì)低估或高估了封存對(duì)脫碳的影響以及隨之而來的成本和隱含的減排成本，可以提出各種論點(diǎn)。總的來說，關(guān)于低估的論點(diǎn)似乎更有道理。
該分析的主要結(jié)論是，在隱含碳減排成本低于碳社會(huì)成本的情況下，擴(kuò)大 VRE 和儲(chǔ)能，使南澳州生產(chǎn)的 VRE 約占南澳最終用途電力需求的 90%（高于 2023 年的 71%）。盡管如此，仍需要大量的政策支持來實(shí)現(xiàn)這一結(jié)果，因?yàn)楝F(xiàn)貨市場不太可能提供足夠的收入來補(bǔ)償很少使用的儲(chǔ)能。超過 90% VRE 滲透率后，需要大量很少使用的儲(chǔ)能來季節(jié)性替代化石燃料發(fā)電。
本文的內(nèi)容如下：下一節(jié)描述南澳大利亞批發(fā)電力市場，涵蓋供應(yīng)、需求、聯(lián)絡(luò)、儲(chǔ)能和價(jià)格；第 3 節(jié)回顧了相關(guān)文獻(xiàn)，隨后描述了分析方法；第 5 節(jié)介紹了主要結(jié)果，然后對(duì)這些結(jié)果進(jìn)行了討論。最后一部分總結(jié)并提出政策含義。
2.南澳電力批發(fā)市場介紹
這里的描述借鑒了 AEMO 發(fā)布的需求、供應(yīng)和價(jià)格數(shù)據(jù)，并摘自數(shù)據(jù)門戶 www.v-nem.org。
運(yùn)營需求與凈負(fù)荷
下圖 1a 和 1b 顯示了截至 2023 年 8 月 31 日的一年中每小時(shí) 8760 點(diǎn)數(shù)據(jù)的運(yùn)營需求 (OD) 和凈負(fù)荷（運(yùn)營需求減去可變可再生能源）的每小時(shí)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。凈負(fù)荷 (NL) 衡量減去可調(diào)度發(fā)電源（例如水力發(fā)電、天然氣發(fā)電、柴油發(fā)電或電池）剩余的需求。
雖然每小時(shí) OD 中位數(shù)變化不大，但值得注意的是，每小時(shí) OD 最小值在 14 點(diǎn)僅達(dá)到 5 MW，因?yàn)楸砗笪蓓斕柲軒缀鯘M足了整個(gè)南澳大利亞的需求。相比之下，最大需求在 19 點(diǎn)達(dá)到 3,141 MW，此時(shí)屋頂太陽能裝機(jī)容量對(duì)減少 OD 沒有任何作用。
圖 1b 顯示每小時(shí)最小凈負(fù)荷在所有時(shí)間內(nèi)均為負(fù)值，并在 15 點(diǎn)達(dá)到最小值 744 MW。相比之下，NL 的每小時(shí)最大值為 18:00 的 2,690 MW。在13h00時(shí)，NL的中位數(shù)為-29 MW，在其兩側(cè)數(shù)小時(shí)內(nèi)僅為4 MW。
圖1a 和 1b. 截至 2023 年 8 月 31 日的全年運(yùn)營需求 (1a) 和凈凈負(fù)荷 (1b) 的每小時(shí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)
隨著南澳大利亞可再生能源電力的擴(kuò)張，NL 有所下降。2013年NL的年最小值為正值。此后，它已下降到2023年的最小值-862MW。這一趨勢也可以從圖2中看出，圖2顯示了從2019年到2018年每年NL的月中位數(shù)。2023 年，按最高月度 NL 中位數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。2023 年，NL 在該年 12 個(gè)月中有 9 個(gè)月處于歷史最低月度水平。2022 年，NL 在該年 12 個(gè)月中有 10 個(gè)月處于歷史最低月度水平。NL 的月度模式相當(dāng)一致：秋季最后幾個(gè)月（5 月）上升，然后冬季三個(gè)月（6 月至 8 月）較高，春季和夏季下降，直到初秋/中秋。盡管如此，月度變化的合理水平是可見的：2023 年，NL 在 5 月達(dá)到峰值，高于前 5 年的水平，但在 6 月遠(yuǎn)低于前 5 年的水平。
圖2. 按 2019 年至 2023 年最高月度凈負(fù)荷中位數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化的月度凈負(fù)荷中位數(shù)
將南澳大利亞州與維多利亞州的 5 分鐘運(yùn)營需求進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)相關(guān)性（Pearson Product Moment，https://en.wikipedia.org/wiki/Pearson_correlation_coefficient）為 74%。NL 為 61%，相關(guān)性不太高。這一差異可能主要反映了 2023 年南澳大利亞可再生電力的比例（占南澳大利亞最終使用需求的 71%）遠(yuǎn)高于維多利亞州的 37%。
供應(yīng)
圖 3a 和 3b 顯示了 VRE 和天然氣發(fā)電的每小時(shí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，這兩種發(fā)電量合計(jì)占 2023 年南澳大利亞發(fā)電量的 98.6%（分別為 75.1% 和 23.5%）。電池發(fā)電（0.5%）和柴油發(fā)電（0.2%） ) 占其余數(shù)據(jù)。SA有 23 個(gè)正在運(yùn)營的風(fēng)電場，沒有一個(gè)風(fēng)電場顯著大于其他風(fēng)電場。有 20 個(gè)正在運(yùn)營的太陽能電站，但 4 個(gè)電站占了 90% 的容量。南澳大利亞州的屋頂太陽能人均滲透率是澳大利亞最高的，并且迄今為止以占電網(wǎng)需求的百分比表示的比例最高（南澳大利亞州為 25%，而昆士蘭州/新南威爾士州/維多利亞/塔斯馬尼亞對(duì)應(yīng)為 14%/11%/11% 和 3%）。
圖 3a 顯示了 18 點(diǎn)至 6 點(diǎn)之間穩(wěn)定的 VRE 中值，約為 800 MW，然后在白天出現(xiàn)拋物線凸起，這主要是由于屋頂太陽能發(fā)電造成的。然而，每小時(shí)的 p5 和 p95 值與 18:00 顯示出很大但一致的差異，約為 1,600 MW。一天中任意時(shí)刻 VRE 容量的最大差異為上午 11 點(diǎn) 3,026 MW。
圖 3b 顯示，天然氣發(fā)電量通常會(huì)在 10 點(diǎn)至 15 點(diǎn)之間下降到非常低的水平，但會(huì)上升到晚上的峰值，然后下降到較低但合理的恒定水平，直到上午 10 點(diǎn)。與 VRE 一樣，p5 和 p95 水平之間存在很大差異，但與 VRE 不同的是，它在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)不一致 - 晚上高峰期間的中位數(shù)約為一天中其余時(shí)間水平的兩倍。
圖3a和3b。截至 2023 年 8 月 31 日的可變可再生電力 (VRE) (3a) 和天然氣發(fā)電 (3b) 的每小時(shí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)
圖 4 顯示了太陽能發(fā)電的明顯季節(jié)性變化（冬季約為夏季的三分之一），大約被天然氣發(fā)電所抵消（冬季約為夏季的兩倍）。風(fēng)力發(fā)電量沒有表現(xiàn)出明顯的夏季/冬季差異，但秋季風(fēng)力發(fā)電量明顯低于其他季節(jié)。
圖4. 2023 年按燃料類型劃分的月平均發(fā)電量
柴油發(fā)電量達(dá) 31 GWh（占總產(chǎn)量的 0.2%），有 12 臺(tái)機(jī)組能夠利用柴油發(fā)電（其中一些機(jī)組與天然氣混燒）。雖然柴油在能源生產(chǎn)中發(fā)揮的作用很小，但它在電力供應(yīng)方面發(fā)揮著重要作用，每月峰值發(fā)電量通常在晚高峰時(shí)在 150 MW 至 410 MW 之間。
聯(lián)絡(luò)
南澳大利亞州通過 200 kV 直流聯(lián)絡(luò)線 (Murraylink) 和 500 kV 交流聯(lián)絡(luò)線 (Heywood) 連接到維多利亞州。新南威爾士州的第三條聯(lián)絡(luò)線路（EnergyConnect）目前正在建設(shè)中。圖 5 顯示了截至 2023 年 8 月 31 日的一年內(nèi)聯(lián)絡(luò)線路凈流量的每小時(shí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（正值為進(jìn)口）。該圖表顯示，SA 通常（中位數(shù)）從 10:00 到 16:00 輸出，并在剩余時(shí)間內(nèi)輸入。2023 年，Murraylink 的平均每小時(shí)凈輸入量為 50 MW，Heywood 的平均每小時(shí)凈輸入量為 44 MW，年凈輸入量為 94 MW。這是 2023 年南澳大利亞平均 OD（1,282 MW）的 7.3%。然而，在每小時(shí)輸入高峰（約 800 MW）或每小時(shí)輸出高峰（約 650 MW）時(shí)，聯(lián)絡(luò)線顯然在南澳大利亞的供需中發(fā)揮了更大的作用。對(duì) 5 分鐘數(shù)據(jù)的檢查顯示，年度凈輸入總量為 780 GWh（輸入 1868 GWh，輸出 1087 GWh?？紤]到SA現(xiàn)貨價(jià)格（見圖 7），正如預(yù)期的那樣，輸出收到的加權(quán)平均價(jià)格為 4 澳元/ MWh，但輸入的加權(quán)平均價(jià)格為 139 澳元/MWh。
圖5. 截至 2023 年 8 月 31 日的年度聯(lián)絡(luò)潮流每小時(shí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)
將南澳州的需求、風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、VRE 和 價(jià)格與維多利亞州的需求、風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、VRE 和價(jià)格（根據(jù) 30 分鐘時(shí)差進(jìn)行調(diào)整）關(guān)聯(lián)比較，顯示出 5 分鐘需求值的高度相關(guān)性（74 %），風(fēng)電相關(guān)性在合理范圍（55%），太陽能發(fā)電相關(guān)性極高（89%），VRE相關(guān)性較高（69%），而價(jià)格相關(guān)性較弱（33%）。然而，南澳州和維多利亞州一天 24 小時(shí)的 中位數(shù)/平均 每小時(shí)價(jià)格具有極高的相關(guān)性 (99%/97%)。
儲(chǔ)能
2017年，隨著 Hornsdale Power Reserve（“特斯拉大電池”）一期（100MW）的快速開發(fā)，南澳大利亞成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)，該電池是當(dāng)時(shí)全球最大的此類電池，僅63天就投入使用，簽署并網(wǎng)協(xié)議。此后，擴(kuò)建50%，并增建7個(gè)電池（其中4個(gè)為小于6MW的嵌入式電池，1個(gè)發(fā)電容量為 251MW），使得2023年底總儲(chǔ)能容量為 471MW，能量為 521MWh。在撰寫本文時(shí)，已“承諾”開發(fā) 1 個(gè)電池（42 MW/84 MWh），“預(yù)計(jì)”開發(fā)另外 3 個(gè)電池（320MW/701 MWh）以及 39 個(gè)電池（5,589 MW/6,634MWh） ）已 “公開宣布”。
圖 6 顯示了電池放電和充電的每小時(shí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（不包括 250 MW Torrens Island BESS ，該電池正在運(yùn)行和測試中，但在研究期結(jié)束時(shí)尚未投入使用）。中位數(shù)顯示了價(jià)格可能較低時(shí)（夜間和太陽能充足時(shí)）的預(yù)期充電和價(jià)格較高時(shí)（化石燃料發(fā)電充足時(shí)）的預(yù)期放電。
圖6. 截至2023年8月31日全年電池放電和充電的每小時(shí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)
批發(fā)價(jià)格
現(xiàn)貨市場的批發(fā)（現(xiàn)貨）（對(duì)于大于 30 MW 的發(fā)電機(jī)）價(jià)格每五分鐘強(qiáng)制性確定一次。對(duì)來自輸電系統(tǒng)的發(fā)電資源支付單一價(jià)格，并支付給 AEMO 調(diào)度的南澳大利亞所有并網(wǎng)發(fā)電機(jī)。正式的價(jià)格計(jì)算采用為滿足阿德萊德區(qū)域參考節(jié)點(diǎn)（Adelaide Regional Reference Node）需求而調(diào)度的發(fā)電機(jī)的最高價(jià)格。
圖 7 顯示了截至2023年8月31日的南澳現(xiàn)貨電價(jià)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。每小時(shí)最低價(jià)格通常在-1000 澳元/MWh左右，每小時(shí)最高價(jià)格在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)升至16,600 澳元/MWh，且任何小時(shí)內(nèi)不低于1000澳元/MWh。未顯示最大和最小的小時(shí)值，因?yàn)榭s放會(huì)隱藏 p5 和 p95 之間的價(jià)格信息。值得注意的是， 10h00 到 14h00 的中位價(jià)格為負(fù)，對(duì)應(yīng)于 NL 較低的時(shí)段，如圖圖1b中所示。
圖7. 截至 2023 年 8 月 31 日的年度現(xiàn)貨價(jià)格每小時(shí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（澳元/MWh）
NL 的 5 分鐘值與價(jià)格具有相當(dāng)強(qiáng)的相關(guān)性 (55%)。然而，NL 與 每小時(shí)價(jià)格的中位數(shù)相關(guān)性非常強(qiáng)，如圖 8 所示，當(dāng) NL 為負(fù)數(shù)時(shí)，24,527 個(gè) 5分鐘間隔內(nèi)的平均價(jià)格為 -18 澳元/MWh（當(dāng) NL 為負(fù)時(shí)，24,527 個(gè) 5分鐘間隔中有 8,575 個(gè)為正，這些時(shí)間的平均價(jià)格為 17 澳元/MWh）
圖8. 截至 2023 年 8 月 31 日的平均現(xiàn)貨價(jià)格（澳元/MWh）和凈負(fù)荷（按每小時(shí)最大值標(biāo)準(zhǔn)化）的每小時(shí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)
3.相關(guān)文獻(xiàn)
略
4.方法學(xué)
略
5.結(jié)果
圖 11a 和 11b 顯示了截至 2023 年 8 月 31 號(hào)期間的連續(xù) 7 天區(qū)塊的凈負(fù)荷（“2023 VRE”），同時(shí)假設(shè) 2023 年可變可再生電力的 160% “160% of 2023 VRE”。將圖 11b 與圖 11b 進(jìn)行比較 11a 很明顯，正如預(yù)期的那樣，VRE增加至 2023 年數(shù)值的 160% 后會(huì)導(dǎo)致更多 負(fù)的NL 7 天區(qū)塊。比較 2023 VRE 和 60% of 2023 VRE，附錄 A、B 和 C 提供了運(yùn)營需求、凈負(fù)荷和可調(diào)度發(fā)電需求（如凈負(fù)荷正值）的圖表 （即連續(xù) 7 天、8 小時(shí)和 1 小時(shí)區(qū)塊）
圖11a 和 11b。假設(shè)2023 VRE（9a – 左）和 160% of 2023 VRE（9b – 右），連續(xù) 7 天區(qū)塊的凈負(fù)荷。
截至 2023 年 8 月 31 日的一年中每小時(shí)凈負(fù)荷的持續(xù)時(shí)間曲線顯示了 VRE 增加的影響。圖12顯示了2012年、2023年（截至2023年8月31日的一年）每小時(shí)凈負(fù)荷的持續(xù)時(shí)間曲線，并假設(shè)2023年VRE的160%情況和2023年VRE的200%情況。2012 年，最低的小時(shí)平均 NL 為 223 MW，到 2023 年（截至 2023 年 8 月 31 日），VRE 在 SA 運(yùn)營需求中所占比例增加了一倍多，因此最低小時(shí)平均 NL 已降至 -599MW，且 NL 為負(fù)數(shù)，為 2029（ 在此期間共 8760) 小時(shí)。如果 VRE 擴(kuò)大到 2023 年水平的 160%，每小時(shí)平均最小值將達(dá)到 -2,013MW（全年 NL 將有 5,294 小時(shí)為負(fù)）。重申一下，這里假設(shè)沒有 VRE 的削減。VRE 削減不太可能影響負(fù) NL 的小時(shí)數(shù)，但會(huì)影響 VRE 超過需求的程度（如果確實(shí)如此）。
圖12. 2012 年、2023 年、2023 年 VRE 的 160% 和 2023 VRE 的 200% 的每小時(shí)平均凈負(fù)載持續(xù)時(shí)間曲線
現(xiàn)在根據(jù)上一節(jié)中描述的邏輯來討論儲(chǔ)能對(duì)凈負(fù)荷的影響，圖 13 顯示，在 200 GWh 儲(chǔ)能的情況下，這足以幾乎消除可調(diào)度發(fā)電的需要 - 只有 94 小時(shí)（101 GWh） ），NL 為正（即需要可調(diào)度發(fā)電來滿足需求）。如果容量為 20 GWh，則可調(diào)度發(fā)電的需求將增加至 974 小時(shí)（835 GWh），如果存儲(chǔ)容量為 5 GWh，則可調(diào)度發(fā)電的需求將增加至 1814 小時(shí)（1489 GWh）。
比較 X 軸和相關(guān) NL 曲線界定的面積，儲(chǔ)能回報(bào)迅速遞減：前 5 GWh 減少的可調(diào)度發(fā)電需求大約與接下來的 15 GWh 一樣多（小劉：20-5=15 GWh）。同樣，這 15 GWh 的存儲(chǔ)減少了大約與接下來的 180 GWh 一樣多的可調(diào)度發(fā)電需求。
圖13. 每小時(shí)平均凈負(fù)荷持續(xù)時(shí)間曲線，假設(shè) 2023 VRE 的 160%情景，儲(chǔ)能容量為 0、5、20、200 GWh
儲(chǔ)能收益怎么會(huì)出現(xiàn)如此顯著的下降？（Cebulla 等人，2017）籠統(tǒng)地將其解釋為由于需要更大的儲(chǔ)能來滿足季節(jié)性需求。本期系列分析以南澳大利亞為例提供了詳細(xì)的解釋。表 1 列出了剩余 VRE 的月度數(shù)據(jù)（NL>0 時(shí)，該月所有小時(shí)的總 NL）、可調(diào)度發(fā)電需求（DGR）（儲(chǔ)能前）（NL>0 時(shí)該月所有小時(shí)的總 NL）以及 5、20 和 200 GWh 儲(chǔ)能案例后的充電、放電和 DGR 。數(shù)據(jù)顯示正的DGR 存在季節(jié)性（夏季三個(gè)月的平均值約為冬季平均值的三分之一）。然而，五月（深秋）一個(gè)月的 DGR 明顯高于其他月份。這與圖 2 中提供的信息一致。
表中的結(jié)果顯示，5 GWh 儲(chǔ)能足以將 DGR 減少到較少數(shù)量（15-47 GWh），但仍保留大量冬季 DGR（168-244 GWh）。再增加 15 GWh 的儲(chǔ)能量，可以使從春末到初秋的 DGR 降至零或接近于零，但在秋末和冬季期間仍然保持相當(dāng)數(shù)量的 DGR（112-277 GWh）。另外增加 180 GWh 的儲(chǔ)能量可將除 5 月（101 GWh）之外的所有月份的 DGR 降至0。
比較每個(gè)儲(chǔ)能級(jí)別的充電和放電數(shù)量顯示，5 GWh 儲(chǔ)能的差異較小，20 GWh 儲(chǔ)能的差異稍大，但 200 GWh 情況的差異更大，特別是在 5 月份，可以看到明顯的月間變化（ 凈排放量為 106 GWh）。只有200 GWh的儲(chǔ)能容量才足以將春季和夏季的剩余電量儲(chǔ)存到隨后的深秋和冬季，但即便如此，也不足以滿足5月份的需求。
表1. 儲(chǔ)能前剩余 VRE（當(dāng) VRE 超過需求時(shí)）、可調(diào)度發(fā)電需求 (DGR)、儲(chǔ)能充電、儲(chǔ)能放電和儲(chǔ)能后 DGR 的每月測量，假設(shè)為 2023 年 VRE (GWh) 的 160%
儲(chǔ)能收益下降的必然結(jié)果是較大電池的容量系數(shù)要低得多。5 GWh 電池的平均年（放電）容量系數(shù)為 2.1%，20 GWh 電池的容量系數(shù)為 0.9%，200 GWh 電池僅為 0.006%。
為了了解這些容量系數(shù)的含義，一年中每天（每 24 小時(shí)一次）完全放電的存儲(chǔ)的（年）容量系數(shù)為1/24=4.2%?？紤]到 5 GWh 儲(chǔ)能容量為 2.1%，因此平均而言，該容量系數(shù)相當(dāng)于每天釋放一次約一半的容量（即 2.1%/4.2%）。相比之下，200 GWh 儲(chǔ)能的年容量系數(shù)為0.006% （101GWh/（8760 小時(shí)*200 GWh）），因此可以認(rèn)為一年內(nèi)平均每天僅釋放其容量的 0.001%。然而，如表 1 所示，假設(shè)總可再生能源發(fā)電容量比現(xiàn)在大 160%（可提供 4.3 TWh 的總剩余（儲(chǔ)能前）），即使如此大量的儲(chǔ)能量仍無法完全滿足一年中所有月份的可調(diào)度需求 或最終用途總需求的 30%。
應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，這里使用的儲(chǔ)能充電/放電算法忽略了往返損耗和電網(wǎng)約束。它還假設(shè)只要有多余的可再生能源發(fā)電，電池就會(huì)充電，直到充滿為止。我們還假設(shè)排除可能影響可再生電力在電網(wǎng)上移動(dòng)能力的電力系統(tǒng)限制（電壓、系統(tǒng)強(qiáng)度）。在下一節(jié)中，我們討論是否這些（和其他因素）可能表明該分析可能低估或高估了南澳電力供應(yīng)脫碳儲(chǔ)能的有效性。
6.討論
7.結(jié)論和政策影響
