中國儲能網(wǎng)訊：五、長時儲能商業(yè)案例
1、如果創(chuàng)造機會部署更多的長時儲能，可以在能源系統(tǒng)中創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟和環(huán)境效益
一些行業(yè)廠商正在致力商業(yè)化部署長時儲能，其投資回報率超過10%。
為了實現(xiàn)更廣泛的商業(yè)部署，長時儲能必須實現(xiàn)最佳的成本降低和性能軌跡，以及技術成熟度。
長時儲能創(chuàng)造的價值可以使客戶廣泛受益。以下幾個客戶業(yè)務案例說明了一些應用程序在不久的將來創(chuàng)造價值的潛力。而在未來面臨輸電瓶頸的公用事業(yè)公司將從采購和部署長時儲能中受益，但在貨幣化方面面臨不確定性。
在短期內需要市場支持機制和監(jiān)管激勵措施，以釋放某些商業(yè)案例的競爭力，并吸引必要的私有投資。
2、到2025年，長時儲能項目的投資回報將與其他能源技術相當，但市場支持在短期內至關重要
到2025年，所有建模的長時儲能應用案例的內部收益率(IRR)都遠高于最低投資者吸引力閾值，并且與當前成熟能源項目的基準內部收益率(IRR)相當。其高盈利主要歸因于成本軌跡的假設，這將需要適當?shù)氖袌錾鷳B(tài)系統(tǒng)支持的早期部署和投資。
對于大多數(shù)模擬商業(yè)案例，需要實施市場機制才能在2025年之前使內部收益率遠高于10%（如圖30所示）。在這里的早期可再生發(fā)展的例子具有啟發(fā)意義。2025年部署的完全依賴現(xiàn)有法規(guī)和收入流的長時儲能項目的內部收益率（IRR）與光伏和風電商業(yè)化初期的內部收益率（IRR）相當。他們的發(fā)展得益于專門的公共政策支持計劃。以類似的方式，長時儲能的競爭力可以通過符合捕捉其價值的凈零目標的政策行動來釋放。一般來說，除了本文中的商業(yè)案例研究長時儲能提供了更廣泛的應用、相關的內部收益率（IRR）和敏感性，還在“更廣泛的長時儲能應用”類別下進行了描述。
圖30 與其他技術相比，到2025年長時儲能的內部收益率
3、長時儲能資產(chǎn)如今已經(jīng)實現(xiàn)了一些商業(yè)化安裝，但要實現(xiàn)更廣泛的商業(yè)部署，還需要克服一些關鍵挑戰(zhàn)
以下通過四個案例探討了近期（2025年至2030年）部署長時儲能的不同用例。所選案例的凈現(xiàn)值(NPV)為正，受到內部收益率高于10%的驅動；隨著商業(yè)運營日期轉移到2030年及以后，這種情況會有所改善，這得益于系統(tǒng)成本的降低和投資要求的降低。在長時儲能部署尚不經(jīng)濟可行的情況下，一些潛在的機制可以釋放經(jīng)濟可行性。
不同的長時儲能用例可以使廣泛的客戶受益，包括公用事業(yè)公司、獨立電力生產(chǎn)商、輸配電系統(tǒng)運營商、具有環(huán)境、社會和企業(yè)治理承諾的企業(yè)、對正常運行時間有高要求的行業(yè)、孤立的島嶼社區(qū)和有后備需求的公共和醫(yī)療保健服務。雖然共同的主題是需要電力彈性，但每個用例都是由當?shù)胤ㄒ?guī)驅動的。例如，具有電網(wǎng)系統(tǒng)運行功能的公用事業(yè)公司可能會通過長時儲能應用程序來滿足能源轉移、容量提供、輸配電優(yōu)化和穩(wěn)定服務提供的需求。而企業(yè)參與者（例如可再生能源開發(fā)商或所有者或工業(yè)客戶）更有可能對長時儲能確定電力采購協(xié)議（PPA）或優(yōu)化能源采購以在偏遠或不可靠電網(wǎng)中承購的能力更感興趣。
以下描述了一個美國公用事業(yè)公司的商業(yè)案例。其他案例在圖31中總結。
圖31 長時儲能驅動的商業(yè)案例評估
4、一項美國案例研究表明，公用事業(yè)公司如何從多個長時儲能應用中受益，但在貨幣化方面面臨不確定性
在美國，一些公用事業(yè)公司負責當?shù)仉娋W(wǎng)的能源生產(chǎn)和運營。他們通常依靠碳密集型天然氣峰值發(fā)電廠來支持本地負載和可靠性。在發(fā)電和需求之間存在差距的情況下，就會出現(xiàn)輸電瓶頸。有限的輸電能力和建設輸電系統(tǒng)的挑戰(zhàn)推動了提高輸配電網(wǎng)絡利用率，以及保持低碳未來可靠性的需求。鑒于大量可再生能源發(fā)電量的快速增長，需要對未來幾十年的輸電投資做出關鍵選擇。
對于這些客戶，長時儲能系統(tǒng)可以提供多種解決方案。長時儲能系統(tǒng)滿足了天然氣峰值發(fā)電廠的部分電力需求，并降低了生產(chǎn)和排放成本。此外，長時儲能可以吸收和存儲目前在生產(chǎn)峰值期間削減的大量電力。長時儲能還提供備用容量來替換目前提供此服務的天然氣發(fā)電廠。隨著長時儲能裝機容量的增加，可以優(yōu)化輸配電網(wǎng)絡的利用率和成本高昂的容量擴展。（如圖32所示）
圖32美國的一個長時儲能系統(tǒng)應用案例
該案例顯示凈現(xiàn)值(NPV)介于-1.1億美元和4.2億美元之間。要進入這一范圍的高端，市場機制必須充分到位，以確保能夠獲得收益，特別是如果客戶不是同時運營電網(wǎng)的公用事業(yè)公司。
輸電優(yōu)化、容量供應和碳減排的成本節(jié)約（分別為2.3億美元、2.9億美元和2.1億美元至2.2億美元）是創(chuàng)造3億美元到8.3億美元總價值的最重要因素。將輸電成本與不同場景的儲能系統(tǒng)的成本進行比較，以確定抵消輸電支出所需的儲能系統(tǒng)投資。碳減排的成本節(jié)約源于用長時儲能取代天然氣調峰發(fā)電廠的機會。
本案例的經(jīng)濟性對碳減排價格和項目開始的日期很敏感。當商業(yè)運營日期移至2030年時，內部收益率(IRR)將顯著增加至9%至25%，而長時儲能系統(tǒng)的建設將在前兩年進行。此外，加速碳減排價格上漲可能導致內部收益率高達16%和29%，其運營日期分別為2025年和2030年（如圖33所示）。
圖33美國公用事業(yè)公司案例示例——內部收益率敏感性
為了確保長時儲能對公用事業(yè)公司的經(jīng)濟可行性，已經(jīng)確定了幾個關鍵條件。首先，長時儲能資產(chǎn)所有者將能夠通過適當?shù)氖袌鰴C制將碳減排創(chuàng)造的收益實現(xiàn)貨幣化。其次，監(jiān)管選項或激勵措施將到位，以使所有者的投資與其他脫碳努力的成本保持一致。第三，二氧化碳當量價格將隨著國家減排計劃（例如國家自主貢獻）日益增長的雄心而上漲。第四，可再生能源所有者將盡可能多地使用長時儲能充電，尤其是在凈零電網(wǎng)尚未完全部署的情況下；這可以通過促進能源生產(chǎn)可追溯性和證明其來源的計劃來確保。
六、競爭力之路和關鍵市場推動因素
1、三項潛在行動可以通過改變儲能的監(jiān)管和報酬方式來幫助釋放長時儲能價值
推動長時儲能技術的經(jīng)濟和技術成熟度，應與可再生能源的大規(guī)模部署保持一致，以實現(xiàn)最大的社會成本降低。
構建一個有具體行動的支持性生態(tài)系統(tǒng)將有利于市場的迅速發(fā)展。特別是，已經(jīng)確定了三個關鍵的行動領域：
（1）、長期的系統(tǒng)規(guī)劃有助于吸引足夠水平的私人投資
?前期規(guī)劃以優(yōu)化容量組合、電網(wǎng)基礎設施和儲能系統(tǒng)。
?明確可再生能源目標以創(chuàng)造對儲能的需求，并為投資者提供可見性。
?國際協(xié)調以加強跨市場和地區(qū)的努力。
（2）、支持首次部署和擴展能力，以降低投資者的進入門檻和風險
?專門的支持計劃，以發(fā)揮削減成本的潛力，并測試新的市場機制。
?有針對性的支持計劃，例如可再生能源和長時儲能招標，以激勵行業(yè)參與者的參與。
?支持改進制造和供應鏈以擴大規(guī)模并降低資本支出。
（3）、市場創(chuàng)造以確保資產(chǎn)生命周期內的財務回報
?市場機制和設計，以確保對靈活性提供的補償。
?促進監(jiān)管以促進長時儲能的采用（例如，安全標準、獲取長時儲能價值的市場規(guī)則）。
2、缺乏支持性市場可能會顯著地延遲長時儲能技術的部署
長時儲能技術的及時成熟對于實現(xiàn)可再生能源在電力系統(tǒng)中的最佳整合至關重要。
長時儲能可以在世界電力部門的脫碳方面發(fā)揮重要作用。到2040年，長時儲能的部署可能會導致每年減少15到23億噸二氧化碳，并通過啟用可調度可再生能源和替換排放工廠來替代傳統(tǒng)的天然氣調峰容量（約占當今電力部門排放量的10%至15%）。
最重要的是，這樣做而無需額外的社會成本。到2040年，僅在美國（如圖34所示），在100%的脫碳情景下，電力系統(tǒng)的總體成本每年可減少約350億美元，其中50億美元將來自于輸電和輸配電中的長時儲能應用擴建項目。
圖34大量能源轉移的年度社會總成本
為了充分發(fā)揮其潛力，長時儲能技術需要隨著可再生能源的廣泛部署達到技術和經(jīng)濟成熟度。長時儲能開發(fā)商能否實現(xiàn)這一研究中概述的成本降低軌跡取決于改進的技術設計、制造能力的精簡和優(yōu)化以及規(guī)模因素。此外，快速的技術進步對于確保它們的快速采用至關重要。只有足夠迅速成熟以滿足市場需求的技術才有可能將其納入支持電力系統(tǒng)轉型的解決方案組合中。
可能會出現(xiàn)采用長時儲能的潛在加速器。它們可能包括比這一研究中假設的更快的凈零電力系統(tǒng)軌跡，無論是在地方一級還是在具有高脫碳目標的地區(qū)或國家。這些自然需要解決方案來降低風險，并平衡大量可再生能源的整合。此外，持續(xù)和遞增的二氧化碳定價將通過創(chuàng)造新的收入流和加強現(xiàn)有收入流來提高特定業(yè)務案例的價值。最后但同樣重要的是，替代解決方案的發(fā)展及其部署限制（例如鋰離子電池的供應鏈短缺和電動汽車領域的高需求）可能會嚴重影響對長時儲能技術的需求。
3、到2040年實現(xiàn)最佳長時儲能容量部署將需要大量投資
總體而言，使用長時儲能以最具成本效益的方式升級電力系統(tǒng)將需要大量私人投資?？赡苄枰?00億美元的累計資本支出投資來部署預計的到2025年的產(chǎn)能，到2040年全球需要1.5萬億美元到3萬億美元來實現(xiàn)累進的成本預測。
長時儲能技術也將受益于政府的支持，以在凈零過渡要求時盡快啟動市場。這些技術的短期資金可以被視為一項長期投資，它將以低成本電力系統(tǒng)和降低風險的過渡形式獲得回報。
4、一個有實際行動的支持性生態(tài)系統(tǒng)將有利于市場的迅速發(fā)展
為了克服這一新興市場目前的成本差距和技術不確定性，長時儲能理事會認為，政府和商業(yè)領袖可以通過構建適當?shù)纳鷳B(tài)系統(tǒng)來加速投資，從而促進市場的發(fā)展。
已經(jīng)確定影響最大的支持行動的三個關鍵方面：
（1）、長期系統(tǒng)規(guī)劃以創(chuàng)造正確的投資信號
政府和行業(yè)對凈零排放和全面脫碳路線圖的明確承諾對于實現(xiàn)氣候目標至關重要。長期的系統(tǒng)規(guī)劃可以在技術進步和早期系統(tǒng)部署方面吸引足夠的私人投資，確保及時開發(fā)支持解決方案，如長時儲能。
長時儲能可以顯著提高電力系統(tǒng)的可靠性和彈性。而凈零電力系統(tǒng)可以受益于前期規(guī)劃（類似于美國的公用事業(yè)綜合資源計劃），以優(yōu)化容量組合、電網(wǎng)基礎設施和儲能部署。前期計劃將最大限度地減少緊急采購的數(shù)量，這經(jīng)常導致采購不適合長時儲能系統(tǒng)需求的設備。
建立新的容量擴展模型的學術和行業(yè)進展導致了一套關于如何規(guī)劃嚴重依賴可再生能源和存儲的低碳電網(wǎng)的最佳實踐。在可能的情況下，容量擴展模型及其所需的投資決策應基于：至少一整年的每小時分辨率的電網(wǎng)運行，其是包括反映每天、每周和季節(jié)的天氣和負載變化和季節(jié)波動；多個天氣年份和關鍵的未來系統(tǒng)條件，例如技術可用性、商品價格或其他變量。這將降低消費者成本以及意外停電和供應鏈限制的風險。
一些國家和地區(qū)已經(jīng)在進行包含長時儲能的電力系統(tǒng)規(guī)劃。例如，加利福尼亞州已經(jīng)采購了兆瓦規(guī)模長時儲能系統(tǒng)，澳大利亞新南威爾士州去年在其電力基礎設施路線圖中宣布采購2GW的長時儲能。
明確的可再生能源目標和加速許可的戰(zhàn)略也將創(chuàng)造早期的儲能需求，以平衡可再生能源發(fā)電的可變性。可再生能源發(fā)電、輸配電電網(wǎng)和儲能高度互聯(lián)。因此，關于可再生能源整合、存儲和電網(wǎng)升級的明確戰(zhàn)略將為投資者提供可見性，并激勵可再生能源開發(fā)商的采用。
最后，國際協(xié)調對于建立世界通向凈零電力的道路也至關重要。協(xié)調工作產(chǎn)生的原則和教訓可以在整個市場上復制。具有相似需求的應用或地區(qū)可以聯(lián)合起來監(jiān)測最能支持能源轉型的技術，建立能夠制定需求和提供知識的工業(yè)或區(qū)域網(wǎng)絡。所有參與者都需要繼續(xù)擴展關于長時儲能技術能力、價值和發(fā)展軌跡的知識庫。
（2）、支持首次部署和擴展能力以啟動市場
大多數(shù)新型長時儲能技術尚未完全商業(yè)成熟，這對籌集大量私人資本構成了障礙。如果沒有成熟的長時儲能市場和對這些系統(tǒng)性能的跟蹤記錄，投資者對高風險的看法將會限制投資，并限制開發(fā)人員繼續(xù)測試和改進其技術的能力。
因此，針對大型示范長時儲能的專門支持計劃，對于確保這些技術能夠充分發(fā)揮其技術和成本降低潛力以及測試新的市場機制至關重要。這種支持可以采取多種形式，以下列出了其中一些形式，應在短期內實施以加速部署。
例如，對于公用事業(yè)規(guī)模的并網(wǎng)示范長時儲能系統(tǒng)的部署，政府資助的贈款和金融工具將是至關重要的。資助將加速設計改進，通過研發(fā)降低成本，并減少運營績效的不確定性，這將為投資者降低此類項目的風險。
英國和美國等國家已經(jīng)在采取一些舉措，英國商業(yè)、能源和工業(yè)戰(zhàn)略部于2021年初發(fā)起了一項價值1億美元的長時儲能的示范項目競賽，以加速項目商業(yè)化。同樣，美國能源部已經(jīng)啟動了一項計劃，以在十年內將持續(xù)時間超過10小時的長時儲能成本降低90%。該計劃要求的預算超過10億美元。歐盟提供的創(chuàng)新基金還為基于創(chuàng)新技術的儲能項目提供資助。不僅是贈款，金融工具（如混合融資工具、主題增長工具或信用增強機制）都將有助于促進私人融資和降低早期項目的風險。
行業(yè)廠商還可以從為太陽能或風電等其他清潔技術提供的成功支持計劃中學習（例如，根據(jù)確定的標準激勵表現(xiàn)最佳的技術的招標），并在技術中立的基礎上實施類似的措施?？稍偕茉磪⑴c者、系統(tǒng)運營商或承購商以及與長時儲能技術提供商的合作也可以加速早期長時儲能部署。而愿意支付綠色溢價的先行者（如礦業(yè)公司或數(shù)據(jù)中心）對于啟動市場和發(fā)展學習曲線至關重要?？稍偕茉凑袠伺c儲能廠商、公私合作伙伴關系或早期市場機制共同定位，可以加速部署。通過這種方式，技術的成熟將受益于早期的正現(xiàn)金流，這些現(xiàn)金流可以再投資于進一步改進，同時完善市場創(chuàng)造。
同樣，制造和供應鏈的改進可以將總投資減少15%～30%。這種支持可能包括提高制造效率、自動化組裝和具有成本效益的采購。
為了實現(xiàn)完全脫碳，更難脫碳的應用需要清潔技術解決方案。其中包括為醫(yī)院或電信塔等關鍵負載提供備用電源，在這些地方，任何技術的脫碳都將比使用基于化石燃料的裝置產(chǎn)生更高的成本。長時儲能適用于這些備份應用；然而，備份使用隱含的低利用率可能導致不利的經(jīng)濟性。
（3）、創(chuàng)造市場以獲取長時儲能價值并允許實現(xiàn)貨幣化
即使在商業(yè)準備階段，圍繞未來成本軌跡和在其生命周期內可以捕獲的收入資產(chǎn)的風險仍然存在。當前市場通常無法獲取長時儲能的全部價值，這是因為：
?電力市場大多是短期的（例如日前市場或日內市場），通常不提供可以降低資本風險的長期協(xié)議；
?多日和多周市場信號較弱，因此激勵儲能系統(tǒng)每天可以多次充放電；
?碳減排補償計劃或者不存在，或者不足以補償投資者的額外資金。
因此，在中短期內，必須設計市場，讓長時儲能創(chuàng)造的利益能夠帶來財務回報以及具有吸引力的內部收益率。一些市場設計和監(jiān)管行動可以幫助最大限度地降低商業(yè)化儲能系統(tǒng)的運營風險，提供資產(chǎn)生命周期內的收入可見性。
為長時儲能創(chuàng)造正確激勵信號的最佳市場設計將因地點而異，具體取決于當?shù)刭Y源和基礎設施。例如，在價格波動有限的市場中，發(fā)電商和儲能系統(tǒng)所有者可能越來越難以僅從能源支付中獲得收入。這些市場可能需要重新設計以補償靈活性，這可以通過長期的容量支付或新的不平衡補償市場來實現(xiàn)。或者，其他市場可能需要向長時儲能開放作為堅定的容量和平衡提供者。這可能帶來各種好處，包括增加競爭、增加電力行業(yè)的創(chuàng)新以及提高電網(wǎng)的靈活性和彈性。
最后，從監(jiān)管的角度來看，需要一些長時儲能采用的要求和驅動因素。長時儲能技術在成熟度、安全特性和用例方面差異很大，導致缺乏共同的理解和評估。此外，儲能系統(tǒng)在能源系統(tǒng)中的作用很復雜，無論是在電力系統(tǒng)內還是與工業(yè)終端用途相結合。因此，有必要通過建立明確的市場規(guī)則對長時儲能進行適當?shù)墓乐怠４送?，對長時儲能的明確定義，包括最低技術和安全要求，將有助于其在市場上的開發(fā)和實施。最后，需要設計碳定價機制，以使低碳技術不會因排放資產(chǎn)而在類似的靈活性服務方面被擊敗。
一些全球領先的國家或地區(qū)已經(jīng)制定了明確旨在滿足長時儲能需求的立法示例。例如，加州法案AB2255(2020)提議采用一種新的監(jiān)管方法，因為旨在制定一個流程，在該州范圍內采購和部署長時儲能系統(tǒng)。此外，亞利桑那州還推出了一項激勵計劃，旨在通過為放電時間超過5小時的儲能技術提供激勵措施來鼓勵更長的持續(xù)時間。英國正在就提高長時儲能盈利能力的不同途徑進行對話，其中包括15年容量市場或平衡機制。
結論
該報告指出，長時儲能可以在電力行業(yè)完全脫碳方面發(fā)揮關鍵作用，從而為將全球氣溫上升限制在巴黎協(xié)議中規(guī)定的1.5℃提供途徑。它可以提供電力系統(tǒng)所需的靈活性和穩(wěn)定性，以將發(fā)電中不斷增加的可再生能源份額與其固有的可變性相結合，并且能夠以可控的成本實現(xiàn)這一目標。
來自長時儲能供應商的數(shù)據(jù)表明，它具有成為最具成本競爭力的儲能解決方案的巨大潛力，而隨著太陽能和風能成為主要電力來源，大規(guī)模部署的社會效益是顯而易見的。
然而，這些預測帶有一個重要的警告。只有在中短期內采取行動，為長時儲能市場的發(fā)展創(chuàng)造合適的框架條件并刺激早期投資才會實現(xiàn)。未來幾年需要進行大規(guī)模部署，以擴大規(guī)模并實現(xiàn)在這里列出的成本預測。政府需要建立一個支持性的生態(tài)系統(tǒng)，包括長期規(guī)劃、經(jīng)濟激勵和適當?shù)氖袌鲈O計。
需要明確的是，這不是一項以公共費用為基礎的持續(xù)補貼制度的提議：提議的建議旨在啟動一個能夠支持社會快速脫碳目標的運轉良好的市場。所有證據(jù)表明，這可能是一個對投資者極具吸引力的市場：這個規(guī)模龐大的新興產(chǎn)業(yè)提供裝機容量為1.5至2.5TW的長時儲能系統(tǒng)，而到2040年需要的投資可能達到1至3萬億美元，并具有潛在的回報。
