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浅析智能、低成本储能部署对电力的影响

2019-05-08 09:58
微锂电
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作为电力行业潜在的革命性资源,储能技术正在突飞猛进地发展。南加州爱迪生公司(SCE)和佛罗里达电力与照明公司(FPL)最近宣布了公用事业规模的储能计划,此前彭博新能源财经(Bloomberg New Energy Finance)发布了一份报告,强调了储能成本的大幅下降。

智能、低成本的储能部署可帮助用电峰值减负40GW

更全面地分析储能部署的方法是——更好地了解其具体的系统优势和分配容量价值的更可靠的方法,在未来几年随着美国存储行业的急剧扩张实现价值化。包括过渡性激励措施和“清洁峰值”标准的增长还将得到国家政策的支持,让投资者更好地理解储能作为一种资产类别,随着时间的推移可能带来的收入。

关于储能的理念往往集中在两极:它可以替代天然气发电厂,或者永远都不能,因为它需要其他资源来充电。不同的地区和市场对储能的安排也有很大的不同。

例如,PJM(区域电力市场运营商)对容量资源的持续时间要求为10小时,这实际上将储能完全排除在市场之外了。虽然加州4小时工作制的要求和支持性政策促进了其储能市场的发展,但加州和其他行动较早的州需要重新审视他们对储能的思考。

抛开其挑战性,储能提供了一种引人注目的、可靠的替代方案,可以替代固定的天然气容量,这远远超出近期预计的安装级别。但是储能对于天然气的可替代性并不是永久的,最大限度地利用储能,特别是在较高的渗透率上为系统提供最大价值的储能投资,这比目前使用的技术复杂得多。

智能、低成本的储能部署可帮助用电峰值减负40GW

储能具有容量价值

储能经常被作为新的或即将退役的天然气峰值机组的替代品,它还可以提供天然气和其他传统资源无法提供的快速响应服务。但储能能否替代天然气取决于它的“容量值”,或者它对维持可靠性的预期贡献。这通常由“有效承载能力”(ELCC)来衡量,这是可靠性规划中使用的一个度量标准,用来表示可被视为“完美容量”的资源的百分比。

下表显示了E3最近在存储容量价值方面的一些发现。横轴表示市场渗透率:安装的储能容量占系统峰值的百分比。纵轴表示储能容量值(由ELCC表示)。

这些数据是按系统规模标准化的,来自对北美各州、地区和公用事业电力系统的几项规划分析,使用一种复杂的专有工具进行可靠性分析。其中一半的案例分析了当今的电力系统,而另一半分析了未来受某些可再生能源和/或温室气体约束的系统。该图关注4小时储能,因为它是当前最常见的配置。

智能、低成本的储能部署可帮助用电峰值减负40GW

4小时系统峰值的渗透率(%)

图1:不同渗透水平下4小时贮存容量值。使用E3的RECAP容量规划模型,对以下电力系统和时间框架的资源充足性分析数据进行了分析:Xcel Minnesota(2030)、Pacific Northwest(2050)、Small Northeast Utility(2018)和California(2018)。

图表显示,在大多数研究的系统中,4小时的储能始终提供90%到100%的容量值,此时达到了接近“完美容量”,存储穿透率达到系统峰值的5%左右。此外,在穿透率明显高于这一值时,储存仍然保持相当大的容量值。

尽管在网格大小、资源组合、负载形状、峰值时间和持续时间以及分析的时间框架上有很大的差异,但这是正确的。唯一的例外是水资源丰富的太平洋西北地区,那里的水储能价值最高达到了80%多一点,并且急剧下降(由于水力发电蕴藏着大量的储水能力)。

该图表还显示,储能不能无限期地取代稳定的峰值产能。在每个区域,储能容量值随着安装储能数量的增加而下降。这是因为储能往往会使系统的峰值趋于平缓,这就要求它的放电时间逐渐延长,并降低额外存储的边际容量值。(作为一种“使用受限”的资源,储能不能在不充电的情况下无限地分派。)

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毫无疑问,一定数量的储能可以为稳定的峰值容量提供对等的替代。

我们分析了美国能源信息署(EIA)关于去年(非同期)高峰负荷日的数据,数据显示在美国的每一块区域4小时储能峰值负载可能减少至少21 GW。6小时的储能可以减少至少40 GW,那是很大的存储空间。

朝着更加严格、一致的储能处理方向发展

考虑一下是投资更便宜的4小时储能电池,还是投资容量更高的6小时储能电池。这是一个复杂的问题,既涉及可靠性,也涉及经济,目前的评估框架应该解决这个问题,但在很大程度上并没有这么做。这样做需要对储能投资的成本和多种利益进行协调分析,包括应该避免的容量成本、与较长存续期相关的成本溢价以及较长存续期所能提供的增量经营价值。

对储能的思考和处理更加严谨会有助于决策者优化储能投资的类型、大小和时机。它还可以指导市场参与规则和资格要求。

监管机构和政策制定者应该仔细分析多大的储能空间和哪种储能类型对系统最有利,以及随着时间的推移这些好处如何演变。他们还需要平衡储能系统的价值和投资者支持部署所需的收入确定性。而且,由于储能有时可以取代天然气发电,但并非总是如此,因此对这些资源的新投资应在一贯和透明的基础上进行评估。

智能、低成本的储能部署可帮助用电峰值减负40GW

开发者应该为容量认证开发一个完善、持久的框架,既能捕捉储能时间的差异,又能随着其渗透率的增长和整个系统的负载以及资源的变化而发展。框架还应该在单个储能资源之间、储能和可再生能源之间分配容量价值,因为它们的综合容量价值可能超过各自价值的总和。公用事业和采购实体应更新评估资源的“最低成本”方法,以考虑组合资源对储能容量价值的交互影响以及储能和可再生能源之间的协同作用。

批发储能业务经验、财务数据和技术分析的不断增加,使人们对其价值和应用有了更深入的了解,利用这些有助于优先考虑复杂资源的最佳应用程序。

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