中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：關(guān)鍵體會(huì)5：儲(chǔ)能系統(tǒng)與太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施相得益彰
儲(chǔ)能未來(lái)研究(SFS) 系列中的《廣泛部署對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響》報(bào)告展示了晝間儲(chǔ)能系統(tǒng)和可再生能源之間的高度協(xié)同關(guān)系，尤其是與太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施的配套。隨著太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施增加部署，將會(huì)改變凈負(fù)載的電力變化曲線(xiàn)。
圖8舉例說(shuō)明了加州峰值期間每日凈負(fù)載如何變化，太陽(yáng)能發(fā)電貢獻(xiàn)從年負(fù)載的0%增加到20%。在幾乎所有表現(xiàn)出中午到晚上峰值需求的地方，增加太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施部署的一個(gè)關(guān)鍵結(jié)果是縮短了峰值凈負(fù)荷期間的持續(xù)時(shí)間。這減少了提供固定容量所需的儲(chǔ)能系統(tǒng)時(shí)間（因此也降低了成本），這是一個(gè)主要的價(jià)值來(lái)源（關(guān)鍵體會(huì)3）。
圖8 太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施部署的增加表明凈負(fù)載峰值的持續(xù)時(shí)間縮短
圖9說(shuō)明了隨著太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施裝機(jī)容量的增加，儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)如何隨著凈負(fù)載的變化而變化。頂部曲線(xiàn)顯示了2020年模擬條件下的美國(guó)晝間儲(chǔ)能平均充放電的概況，其中儲(chǔ)能系統(tǒng)主要在夜間充電，這對(duì)應(yīng)于最低的凈負(fù)荷水平。底部面板顯示了2030年模擬條件的結(jié)果，其中部署的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施大幅增加。儲(chǔ)能系統(tǒng)充電的時(shí)間大部分將轉(zhuǎn)移到中午，這與過(guò)剩的太陽(yáng)能發(fā)電量的可用性相吻合。
圖9. 太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施部署的增加表明儲(chǔ)能系統(tǒng)提供固定容量所需的持續(xù)時(shí)間縮短。
然而，就儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)值而言，最重要的變化發(fā)生在放電模式中。在2020年的夏季高峰值期間，為了加長(zhǎng)放電時(shí)間，儲(chǔ)能系統(tǒng)必須以一部分的裝機(jī)容量運(yùn)行，從而降低其滿(mǎn)足電力系統(tǒng)峰值需求的能力。而在2030年的情況下，由于太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施在當(dāng)天晚些時(shí)候產(chǎn)生了一個(gè)持續(xù)時(shí)間較短的峰值期間，而儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠以完全的裝機(jī)容量放電。
峰值凈負(fù)載形態(tài)的變化增加了儲(chǔ)能系統(tǒng)滿(mǎn)足峰值需求的潛力，并增加了能源時(shí)移機(jī)會(huì)。圖10（左）顯示了在每種情況下，美國(guó)在每年提供峰值容量的晝間儲(chǔ)能（<12小時(shí)）的潛力，并繪制為太陽(yáng)能發(fā)電貢獻(xiàn)的函數(shù)曲線(xiàn)。該曲線(xiàn)代表了在高需求期間可靠提供固定容量的儲(chǔ)能系統(tǒng)容量，并可能取代傳統(tǒng)的峰值容量。相對(duì)于2020年的水平，美國(guó)儲(chǔ)能系統(tǒng)滿(mǎn)足峰值需求的潛力翻了一番，太陽(yáng)能發(fā)電量將占35%。隨著許多地區(qū)的凈負(fù)荷峰值轉(zhuǎn)移到太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施發(fā)電量較低的冬季，最終趨于平穩(wěn)。
圖10.作為太陽(yáng)能貢獻(xiàn)函數(shù)曲線(xiàn)的晝間儲(chǔ)能峰值容量潛力（長(zhǎng)達(dá)12小時(shí)）（左）和作為太陽(yáng)能發(fā)電貢獻(xiàn)曲線(xiàn)的晝間能量時(shí)移潛力（右）。
隨著太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施部署的增加，它也增加了儲(chǔ)能系統(tǒng)提供時(shí)移潛力的潛力，如圖9所示。風(fēng)力發(fā)電和晝夜儲(chǔ)能之間的關(guān)系不太相關(guān)，因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電設(shè)施每天的發(fā)電模式并不會(huì)表現(xiàn)一致，而且風(fēng)力發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)裝機(jī)容量之間的協(xié)同作用發(fā)生在較長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)。風(fēng)力發(fā)電與儲(chǔ)能系統(tǒng)提供輸電效益的能力之間也存在重要關(guān)系，這使得儲(chǔ)能系統(tǒng)與風(fēng)力發(fā)電之間的整體相互作用比儲(chǔ)能系統(tǒng)與太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施之間的相互作用更加復(fù)雜。
隨著可再生能源在電力系統(tǒng)的作用增加，儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)值和機(jī)會(huì)的增加轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)能部署的增加。
圖11顯示了在多個(gè)研究方案的一系列假設(shè)和約束條件下，儲(chǔ)能總?cè)萘孔鳛榭稍偕茉簇暙I(xiàn)的函數(shù)曲線(xiàn)。總的來(lái)說(shuō)，這些研究考慮了200多個(gè)場(chǎng)景，可再生能源的貢獻(xiàn)率從20%到100%不等，顯示了可再生能源發(fā)電設(shè)施和儲(chǔ)能系統(tǒng)部署在大量場(chǎng)景中的緊密關(guān)系，這些場(chǎng)景具有不同的假設(shè)和約束條件。
圖11. 儲(chǔ)能系統(tǒng)容量作為可再生能源貢獻(xiàn)的函數(shù)（%）。
關(guān)鍵體會(huì)6：成本降低和備用電源的價(jià)值提高了建筑級(jí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的采用率
儲(chǔ)能未來(lái)研究(SFS)發(fā)布的《儲(chǔ)能系統(tǒng)未來(lái)研究：分布式太陽(yáng)能和儲(chǔ)能系統(tǒng)展望：方法論和場(chǎng)景》的報(bào)告討論了在未來(lái)幾十年內(nèi)采用分布式（用戶(hù)側(cè)）太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施與電池儲(chǔ)能系統(tǒng)系統(tǒng)將會(huì)如何發(fā)展。該研究使用了NREL分布式發(fā)電市場(chǎng)需求模型中的新功能，預(yù)測(cè)到2050年美國(guó)的客戶(hù)都將采用太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施都配套部署電池儲(chǔ)能系統(tǒng)?？偟膩?lái)說(shuō)，在研究的這些場(chǎng)景中，描述了用戶(hù)側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的未來(lái)潛力，并確定了采用的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素。
正如模型所示，在所有研究場(chǎng)景下，與太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施配套部署的分布式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)都具有巨大的經(jīng)濟(jì)潛力，美國(guó)部署的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的部署規(guī)模將從85GW/170GWh到244GW/490GWh不等。但是由于投資回收期長(zhǎng)，客戶(hù)采用的潛力要低得多。更低的電池成本和更高的備用電源價(jià)值提高了客戶(hù)在建模中的采用率。
太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施成本的降低也顯著地影響太陽(yáng)能+儲(chǔ)能項(xiàng)目的部署和采用，此外，儲(chǔ)能系統(tǒng)部署可能與太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施成本降低呈非線(xiàn)性關(guān)系。除了報(bào)告中介紹的主要情景外，還評(píng)估了具有突破性（非常低）太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施成本預(yù)測(cè)和低電池成本的情景。在這種情況下，分布式電池儲(chǔ)能系統(tǒng)系統(tǒng)的預(yù)計(jì)采用量將超過(guò)40GW（82GWh），如圖12所示。
圖12.隨著成本的降低，分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的預(yù)計(jì)采用率隨著時(shí)間的推移而增加，如果太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施成本降低，則會(huì)顯著增加。
關(guān)鍵體會(huì)7：儲(chǔ)能系統(tǒng)的持續(xù)時(shí)間可能會(huì)隨著部署的增加而增加
關(guān)鍵體會(huì)3證明了為經(jīng)濟(jì)部署提供固定容量的重要性。在提供固定容量的過(guò)程中，確定儲(chǔ)能系統(tǒng)成本競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)關(guān)鍵因素是確定所需的最短持續(xù)時(shí)間。在美國(guó)大部分地區(qū)，當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)確定，4小時(shí)的持續(xù)時(shí)間足以滿(mǎn)夏季峰值電力需求。
隨著儲(chǔ)能部署的增加，凈峰值負(fù)載期間的持續(xù)時(shí)間將會(huì)增長(zhǎng)，需要更多的儲(chǔ)能容量（更長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間）來(lái)提供電力。圖13顯示了在參考2050年儲(chǔ)能部署情景中，在三天的峰值需求期間中不同儲(chǔ)能系統(tǒng)量的凈需求。它還顯示了在儲(chǔ)能裝機(jī)容量或多或少的情況下的凈需求。儲(chǔ)能系統(tǒng)部署水平的提高會(huì)擴(kuò)大峰值期間，從而增加所需的儲(chǔ)能容量，以提供固定容量并繼續(xù)降低凈峰值需求。
圖13.隨著儲(chǔ)能部署的增加，凈負(fù)載峰值期間也在擴(kuò)展，需要持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)保障穩(wěn)定的供電。
關(guān)鍵體會(huì)5表明，增加太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施部署有助于抵消這種影響。然而這一好處是有限的，因?yàn)樵谀承┣闆r下，持續(xù)時(shí)間較短的儲(chǔ)能系統(tǒng)預(yù)計(jì)會(huì)降額（這也意味著降低價(jià)值），這為部署較長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的儲(chǔ)能系統(tǒng)提供了額外的激勵(lì)。
在儲(chǔ)能未來(lái)研究(SFS)的研究中觀察到了這種效應(yīng)。圖14顯示了在具有參考電池成本變化的情況下，部署新的儲(chǔ)能系統(tǒng)的平均持續(xù)時(shí)間與總儲(chǔ)能容量的關(guān)系。最初部署主要是2～4小時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)，這是由于主要發(fā)生在夏季下午較短的峰值期間。隨著太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施部署產(chǎn)生關(guān)鍵體會(huì)4中討論的縮小效應(yīng)，這些峰值時(shí)間得以維持。儲(chǔ)能系統(tǒng)的持續(xù)時(shí)間需要增加以滿(mǎn)足更長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的峰值期間。這為能夠持續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間的新興技術(shù)或現(xiàn)有的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)（如抽水蓄能發(fā)電設(shè)施）提供了更多的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。
圖14.儲(chǔ)能系統(tǒng)部署的平均持續(xù)時(shí)間隨著儲(chǔ)能系統(tǒng)總裝機(jī)容量的增加而增加，最高可達(dá)約200GW。
關(guān)鍵體會(huì)8：季節(jié)性?xún)?chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)對(duì)于100%清潔能源系統(tǒng)變得尤為重要
儲(chǔ)能未來(lái)研究(SFS)的情景評(píng)估了顯著但不完全的脫碳情景。然而，隨著電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)向非常高的可再生能源貢獻(xiàn)（可再生能源超過(guò)90%），這些情景以及相關(guān)工作中評(píng)估的情景指向多日儲(chǔ)能系統(tǒng)或季節(jié)性?xún)?chǔ)能系統(tǒng)的潛在作用。
圖15.可再生能源供應(yīng)和電力需求的季節(jié)性不匹配表明了季節(jié)性?xún)?chǔ)能系統(tǒng)的潛在機(jī)會(huì)。上圖顯示熱儲(chǔ)能系統(tǒng)在夏季的大量使用，而下圖中的春季中，熱儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用則很少。
在夏季風(fēng)輸出量相對(duì)較低的時(shí)期和冬季太陽(yáng)能輸出量相對(duì)較低的時(shí)期，熱儲(chǔ)能資源得以大量使用。
可再生能源和晝間儲(chǔ)能滿(mǎn)足這一需求的能力降低了，因?yàn)殡娏?yīng)在一年中的大部分時(shí)間已經(jīng)飽和，下圖顯示的削減量就說(shuō)明了這一點(diǎn)。在一年中的大部分時(shí)間里，任何額外的晝間儲(chǔ)能系統(tǒng)都會(huì)閑置，從而降低其成本效益。季節(jié)性?xún)?chǔ)能系統(tǒng)可以提供一種經(jīng)濟(jì)的替代方法，在春季和秋季儲(chǔ)存多余的發(fā)電量，并將其轉(zhuǎn)移到夏季和冬季。
圖16顯示了另外一組案例的結(jié)果，評(píng)估了100%清潔能源情景。在這些情況下，使用可再生燃料（如氫氣）以燃?xì)廨啓C(jī)的形式模擬季節(jié)性?xún)?chǔ)能系統(tǒng)。在這些情景中，部署了大量（400GW以上）的季節(jié)性?xún)?chǔ)能系統(tǒng)，證明了擁有能夠克服可再生能源發(fā)電和電力需求系統(tǒng)中季節(jié)性不匹配的技術(shù)價(jià)值。如果具有足夠的成本競(jìng)爭(zhēng)力，其他季節(jié)性?xún)?chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)也可以在其中發(fā)揮這一作用。
圖16.2050年達(dá)到100%需求情景的裝機(jī)容量和發(fā)電量
結(jié)論
“儲(chǔ)能未來(lái)研究”中確定的八個(gè)關(guān)鍵體會(huì)突出了一些重要要素，以幫助主要利益相關(guān)者為不斷發(fā)展的電網(wǎng)以及儲(chǔ)能系統(tǒng)的潛在角色和價(jià)值做好準(zhǔn)備。雖然儲(chǔ)能未來(lái)研究的結(jié)果表明部署的儲(chǔ)能系統(tǒng)裝機(jī)容量有望在2050年之前增長(zhǎng)五倍，但仍有一些不確定性可能會(huì)改變這一研究中確定的儲(chǔ)能裝機(jī)容量增長(zhǎng)和演變軌跡。其不確定性包括：
（1）儲(chǔ)能系統(tǒng)增長(zhǎng)和補(bǔ)償：關(guān)鍵體會(huì)1總結(jié)了儲(chǔ)能系統(tǒng)未來(lái)研究的主要結(jié)論，指出在各種電網(wǎng)演變情景下能源儲(chǔ)能系統(tǒng)的重大部署。即使沒(méi)有脫碳政策，儲(chǔ)能系統(tǒng)作為峰值容量的新來(lái)源也具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，許多預(yù)測(cè)都表明將顯著增長(zhǎng)。然而，認(rèn)識(shí)到技術(shù)或政策變化可能會(huì)影響儲(chǔ)能系統(tǒng)的增長(zhǎng)仍然很重要。盡管過(guò)去十年對(duì)監(jiān)管框架進(jìn)行了重大修改，但儲(chǔ)能系統(tǒng)仍然是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)，無(wú)法適當(dāng)?shù)卦u(píng)估和補(bǔ)償，尤其是在重組的市場(chǎng)中。如果儲(chǔ)能系統(tǒng)沒(méi)有得到公平補(bǔ)償，可能會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)能部署不理想。
（2）技術(shù)演進(jìn)：關(guān)鍵體會(huì)2顯示鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)近年在儲(chǔ)能系統(tǒng)市場(chǎng)中的主導(dǎo)地位。然而，為了改進(jìn)其他儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了大量的研發(fā)工作。多種儲(chǔ)能技術(shù)可能會(huì)與鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)，特別是對(duì)于持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)的儲(chǔ)能應(yīng)用?？紤]新興技術(shù)和下一代現(xiàn)有技術(shù)（例如抽水蓄發(fā)電設(shè)施）的未來(lái)機(jī)會(huì)，利益相關(guān)者可能會(huì)受益。
（3）儲(chǔ)能系統(tǒng)作為容量資源：關(guān)鍵體會(huì)3展示了儲(chǔ)能系統(tǒng)作為容量資源的重要性。這一價(jià)值以及儲(chǔ)能部署取決于對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的適當(dāng)估值和補(bǔ)償——這依賴(lài)于反映儲(chǔ)能系統(tǒng)隨著儲(chǔ)能系統(tǒng)和可再生能源的部署增加而提供穩(wěn)定容量的能力的市場(chǎng)規(guī)則。其規(guī)則可以解釋基于邊際價(jià)格的市場(chǎng)對(duì)收入的影響，以確保足以支持最優(yōu)的儲(chǔ)能系統(tǒng)裝機(jī)容量。
（4）靈活負(fù)載的作用：關(guān)鍵體會(huì)4表明，為了以最低成本使電力部門(mén)脫碳，利用各種靈活性資源（其中一些可能比儲(chǔ)能成本更低）仍然很重要。更好地描述需求響應(yīng)、靈活負(fù)載的實(shí)際貢獻(xiàn)潛力和成本對(duì)于更好地理解儲(chǔ)能系統(tǒng)獲得的市場(chǎng)機(jī)會(huì)至關(guān)重要。
（5）儲(chǔ)能系統(tǒng)和可再生能源：隨著電網(wǎng)脫碳目標(biāo)的增加，關(guān)鍵體會(huì)5強(qiáng)調(diào)儲(chǔ)能系統(tǒng)是部署清潔發(fā)電的重要支持技術(shù)。研究發(fā)現(xiàn)晝間儲(chǔ)能和太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施之間有著顯著的協(xié)同作用，但這可能會(huì)因?yàn)橐恍┮蛩囟淖儭撛诘拇笠?guī)模供暖電氣化可能會(huì)將美國(guó)大部分地區(qū)的峰值負(fù)荷轉(zhuǎn)移到冬季，這將產(chǎn)生更長(zhǎng)的需求峰值，更難以滿(mǎn)足儲(chǔ)能系統(tǒng)和太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施的需求。這種轉(zhuǎn)變可能會(huì)增加風(fēng)力發(fā)電和長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的價(jià)值。成本更低、持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)及其提高輸電利用率的能力也可能為風(fēng)力發(fā)電設(shè)施和儲(chǔ)能系統(tǒng)帶來(lái)更多的協(xié)同機(jī)會(huì)。
（6）分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)：關(guān)鍵體會(huì)6表明，分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)在所有研究場(chǎng)景下都具有巨大的經(jīng)濟(jì)潛力，但客戶(hù)可能只有在他們的投資得到更快回報(bào)時(shí)才愿意購(gòu)買(mǎi)。分布式能源的新興價(jià)值流和不斷發(fā)展的補(bǔ)償機(jī)制可以激勵(lì)更多的采用。此外，電氣化可能會(huì)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的采用產(chǎn)生積極或消極的影響。例如，在冬天停電期間，大規(guī)模轉(zhuǎn)向電加熱可以顯著增加建筑物中采用備用電源的價(jià)值。與其相反，越來(lái)越多地采用電動(dòng)汽車(chē)及其提供備用電源的潛力可能會(huì)限制分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的采用。為了理解這些細(xì)微差別，需要對(duì)這一領(lǐng)域的客戶(hù)行為進(jìn)行更多研究。
（7）不斷發(fā)展的儲(chǔ)能系統(tǒng)持續(xù)時(shí)間：關(guān)鍵體會(huì)7顯示了儲(chǔ)能系統(tǒng)持續(xù)時(shí)間增加的總體趨勢(shì)，鑒于其能夠滿(mǎn)足夏季高峰需求。4小時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的初始值很高，然而隨著儲(chǔ)能系統(tǒng)部署的增加，更長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間通常變得更具競(jìng)爭(zhēng)力，盡管這種趨勢(shì)是由多種因素驅(qū)動(dòng)的，例如甚至可以抵消短時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量?jī)r(jià)值。持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)可以提供額外的服務(wù)，例如電網(wǎng)彈性或提供新傳輸?shù)难a(bǔ)充或替代。
（8）季節(jié)性?xún)?chǔ)能系統(tǒng)作用：關(guān)鍵體會(huì)8表明，隨著電力系統(tǒng)采用的清潔能源接近100%，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，并且它可以在轉(zhuǎn)型的電力系統(tǒng)中發(fā)揮多重作用。關(guān)鍵的季節(jié)性?xún)?chǔ)能技術(shù)涉及可再生燃料的生產(chǎn)和儲(chǔ)存，可用于工業(yè)或運(yùn)輸中的多種應(yīng)用。因此，季節(jié)性電力儲(chǔ)能系統(tǒng)可以與其他應(yīng)用分擔(dān)基礎(chǔ)設(shè)施成本。這些季節(jié)性?xún)?chǔ)能技術(shù)的成本以及與效率相關(guān)的權(quán)衡以及與持續(xù)時(shí)間較短儲(chǔ)能系統(tǒng)時(shí)間的相互作用需要進(jìn)一步研究。
