一個(gè)新的研究表明，持續(xù)時(shí)間較短的電池存儲(chǔ)系統(tǒng)的電能可能取代加利福尼亞即將關(guān)閉的峰值電廠的大部分份額。儲(chǔ)能系統(tǒng)為峰值需求提供電力服務(wù)的時(shí)代才剛剛開始，因此這個(gè)市場(chǎng)的規(guī)模非常具有爭(zhēng)議。

加利福尼亞州已經(jīng)關(guān)閉了一個(gè)天然氣發(fā)電廠，傾向于部署電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。在其他地方，監(jiān)管機(jī)構(gòu)呼吁PG＆E公司采用儲(chǔ)能系統(tǒng)，而不是維護(hù)兩個(gè)現(xiàn)有的天然氣峰值電廠。亞利桑那州的一家公用事業(yè)公司最近采購(gòu)了Asolarand電池儲(chǔ)能項(xiàng)目，專門為電力高峰時(shí)段提供服務(wù)。

當(dāng)電力需求最高時(shí)，這些是電網(wǎng)獲得電力的重大轉(zhuǎn)變的早期跡象。美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室研究員Paul Denholm表示：“在過去幾年中，作為峰值電力替代品的儲(chǔ)能系統(tǒng)的數(shù)量大幅增長(zhǎng)。我擔(dān)心的是，這種情況可能令人振奮，但這有真正的市場(chǎng)嗎？”

當(dāng)一個(gè)新市場(chǎng)出現(xiàn)并吸引投資時(shí)，它會(huì)帶來(lái)一些風(fēng)險(xiǎn)。在PJM頻率調(diào)節(jié)的早期儲(chǔ)能市場(chǎng)中，出現(xiàn)過這種情況，而PJM頻率調(diào)節(jié)由于過飽和度和規(guī)則變化大部分已經(jīng)枯竭。

Denholm和同事Robert Margolis決定使用來(lái)自加利福尼亞州的負(fù)載數(shù)據(jù)和模擬太陽(yáng)能光伏生產(chǎn)測(cè)試儲(chǔ)能設(shè)備的市場(chǎng)潛力。他們的新研究表明，僅加利福尼亞的峰值電力就構(gòu)成了巨大的市場(chǎng)機(jī)會(huì)，隨著太陽(yáng)能容量的增加，這一機(jī)會(huì)將繼續(xù)增加。

首先，Denholm和Margolis建立了一個(gè)基準(zhǔn)線，即可以在沒有任何間歇性可再生能源的情況下如何滿足峰值需求。他們模擬了采用4小時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)。隨著更多電池上線運(yùn)營(yíng)，它們逐漸使峰值變平，最終需要更長(zhǎng)的時(shí)間單位來(lái)滿足額外的峰值需求，如下圖所示。

一旦有足夠的4小時(shí)儲(chǔ)能進(jìn)入市場(chǎng)以獲得最高容量，它就會(huì)使峰值變平超過4小時(shí)，從而為這類資產(chǎn)帶來(lái)了市場(chǎng)限制

2020年4小時(shí)儲(chǔ)能市場(chǎng)規(guī)模的保守上限約為3000兆瓦。沒有采用太陽(yáng)能發(fā)電的儲(chǔ)能系統(tǒng)是一個(gè)純粹的假設(shè)情景。在確定基線后，研究人員測(cè)試了儲(chǔ)能效率以滿足不同太陽(yáng)能發(fā)電水平下的峰值。

在太陽(yáng)能光伏發(fā)電水平較低的情況下，與沒有采用太陽(yáng)能發(fā)電相比，4小時(shí)儲(chǔ)能市場(chǎng)規(guī)模實(shí)際上會(huì)減少，因?yàn)樘?yáng)能會(huì)降低凈負(fù)荷。不過，一旦太陽(yáng)能普及率達(dá)到11％，儲(chǔ)能市場(chǎng)將超過基本情況。加利福尼亞州已經(jīng)通過了這一點(diǎn)，因此儲(chǔ)能開發(fā)商不必?fù)?dān)心太陽(yáng)能發(fā)電會(huì)削弱他們的前景。

超過11％的太陽(yáng)能透過率，增量太陽(yáng)能使系統(tǒng)峰值變得更加尖銳，產(chǎn)生著名的“鴨型曲線”。而凈負(fù)荷在白天下降，隨著太陽(yáng)下山和住宅用電增加，夜晚用電會(huì)激增。

這種情況對(duì)于4小時(shí)儲(chǔ)能是一件好事。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加利福尼亞州到2020年太陽(yáng)能普及率達(dá)到17％時(shí)，儲(chǔ)能市場(chǎng)的容量將增至7000兆瓦。

這種容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過為早期儲(chǔ)能開發(fā)商所在的輔助服務(wù)市場(chǎng)。相比之下，整個(gè)美國(guó)的頻率調(diào)節(jié)市場(chǎng)低于5000兆瓦。研究發(fā)現(xiàn)，如果加利福尼亞州的太陽(yáng)能發(fā)電量達(dá)到30％，它可以支持接近10000兆瓦的4小時(shí)儲(chǔ)能用于滿足峰值需求。

隨著加州部署更多太陽(yáng)能產(chǎn)能，4小時(shí)儲(chǔ)能的潛在市場(chǎng)將繼續(xù)增長(zhǎng)

“這是一個(gè)價(jià)值數(shù)十億美元的潛在市場(chǎng)，”Denholm說(shuō)。“看起來(lái)這個(gè)持續(xù)時(shí)間較短的儲(chǔ)能系統(tǒng)可以滿足加利福尼亞大部分的峰值容量需求。”

加利福尼亞州擁有20.8千兆瓦的峰值容量。研究人員估計(jì)，根據(jù)以往的經(jīng)濟(jì)，在未來(lái)20年內(nèi)，可能將關(guān)閉13千兆瓦的電廠容量。同時(shí)，由于加利福尼亞州對(duì)電廠運(yùn)營(yíng)加大監(jiān)管，到2029年，將減少發(fā)11,000兆瓦的電廠發(fā)電容量，其大部分容量也服務(wù)于峰值功率需求。

這項(xiàng)研究的數(shù)據(jù)表明，4小時(shí)儲(chǔ)能本身可能無(wú)法在經(jīng)濟(jì)上彌補(bǔ)傳統(tǒng)峰值電廠的缺口。然而，這需要進(jìn)一步的探索。在接下來(lái)的十年或二十年中，鋰離子電池的成本將變得更低，放電持續(xù)時(shí)間比目前更長(zhǎng)。同時(shí)，數(shù)十家公司正在競(jìng)相采用替代技術(shù)以實(shí)現(xiàn)持續(xù)更長(zhǎng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)。

“這種相對(duì)短期儲(chǔ)能系統(tǒng)的機(jī)會(huì)正在增加，但最終會(huì)有一個(gè)限制，”Denholm說(shuō)。 “如果企業(yè)想做更多的事情，就像采用一些脫碳方案所要求的那樣，可能需要采用更長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)能系統(tǒng)。”

這項(xiàng)研究加深了人們對(duì)儲(chǔ)能和太陽(yáng)能的共同理解。太陽(yáng)能發(fā)電的增加也改變了需求曲線的形狀。準(zhǔn)確預(yù)測(cè)未來(lái)電池容量市場(chǎng)需要了解這些相互作用的力量。

這個(gè)報(bào)告主要專注于加利福尼亞州，因?yàn)樵撝莸奶?yáng)能發(fā)電和存儲(chǔ)部署在美國(guó)已經(jīng)處于領(lǐng)先地位。但這些發(fā)現(xiàn)對(duì)其他采用這些資源的其他州也有利。

Denholm表示，加州的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)是，與傳統(tǒng)替代品相比，監(jiān)管框架已經(jīng)開始分析儲(chǔ)能的相對(duì)價(jià)值和生命周期成本的重要性。

Denholm 指出，“加州的儲(chǔ)能任務(wù)確實(shí)迫使公用事業(yè)公司開始關(guān)注儲(chǔ)能并進(jìn)行分析，現(xiàn)在他們將考慮如何權(quán)衡相對(duì)優(yōu)勢(shì)。”

還有其他的州正在采用強(qiáng)大的儲(chǔ)能政策，其中包括馬薩諸塞州、紐約州和亞利桑那州。

Denholm還希望在儲(chǔ)能系統(tǒng)在提供資源充足性方面進(jìn)行更充分地探索。如果這種趨勢(shì)持續(xù)下去，加利福尼亞州開始關(guān)閉天然氣發(fā)電廠，并以儲(chǔ)能系統(tǒng)取而代之，人們將不得不面對(duì)如何操作這些資產(chǎn)以確保電網(wǎng)可靠性的難題。

Denholm說(shuō)：“我們不希望儲(chǔ)能設(shè)備運(yùn)行不當(dāng)導(dǎo)致能源耗盡，這對(duì)每個(gè)人來(lái)說(shuō)都是一場(chǎng)噩夢(mèng)。”

與燃?xì)獍l(fā)電廠不同，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)不能無(wú)限期地運(yùn)轉(zhuǎn)。而為了收集可靠的儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度數(shù)據(jù)，還需要更多的操作。