中國儲能網(wǎng)訊：電池可以提升電力系統(tǒng)靈活性并對多種新能源電力集成提供重要輔助，但較高的成本阻礙了其廣泛應用。Englberger等人在《Cell Reports Physical Science》中發(fā)文稱，通過動態(tài)疊加多種應用狀態(tài)可顯著提高儲能電池的性能。近日，Peter D. Lund教授基于此在Joule發(fā)表前瞻觀點“Improving the Economics of Battery Storage”。
根據(jù)《巴黎氣候協(xié)定》，各國越來越致力于碳中和。電力系統(tǒng)的碳減排對實現(xiàn)這一目標起著至關(guān)重要的作用。因此越來越多的太陽能和風能等可再生能源被用于減少電力系統(tǒng)碳排放。此外通過增加可再生能源在如移動出行、供熱和制冷等方面的應用助力其他部門的碳減排。如圖1所示，從基于燃料的能源系統(tǒng)向天氣驅(qū)動的能源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變將增加電力供應的波動，并將對電力系統(tǒng)的幾個要素產(chǎn)生廣泛的時空影響，通過阻塞管理、增加靈活性和輔助服務可以減輕這些影響。儲能和電池正適于解決這些問題。
圖1 可變可再生電力對電力系統(tǒng)的影響
如圖2所示，不同儲能技術(shù)的特點決定了它們可以在電力系統(tǒng)中的作用類別。一般來說電池儲能適合解決電力質(zhì)量問題，工作時間從幾分鐘到幾小時不等，其適用范圍將在未來進一步擴大。
圖2 不同儲能技術(shù)的特點
目前儲能仍然以抽水蓄能（99%）為主，但隨鋰離子電池經(jīng)濟性不斷提高，鋰電池在未來特別是在以火電為主的國家作為電池儲能系統(tǒng)成為一種可能。國際能源署（IEA）預測，到2040年，電池儲能規(guī)模將達目前水的20倍以上。此外，新興的電動汽車廢舊電池(EVS)二次利用市場預計將增加電池在固定型應用中的使用。IEA預測，到2030年電動汽車將達到2000萬至5000萬輛，10年后回收利用這些電池將增加數(shù)百GWh的儲能容量。
雖然電池的理論潛力很大，但實際使用電池的程度將綜合考慮其成本與效益。儲能和電池的價值在不同場景下需要進行系統(tǒng)性的考量。儲能可從促進平衡、電網(wǎng)容量、儲量和發(fā)電充分性幾個方面為電力系統(tǒng)帶來益處。
在現(xiàn)有的電力設計市場中，電池儲能的優(yōu)勢由于缺乏必要的資金投入而無法實踐。然而，在如印度等以熱電為主的電力系統(tǒng)中，電池儲能既可以將大量光伏電池接入到電力系統(tǒng)中，又可以保持靈活性，是一種較為經(jīng)濟的選擇；但在如北歐地區(qū)等以水力發(fā)電為主的電力系統(tǒng)中，電池儲能并無經(jīng)濟優(yōu)勢。
Englberger等人相關(guān)研究以獲取不同能源系統(tǒng)中電池儲能系統(tǒng)的價值以1.34MWh/1.25MW電池儲能系統(tǒng)的競爭力，該系統(tǒng)代表了一個典型的基于熱電的電力系統(tǒng)。他們針對四個方面的電池儲能成本和損耗之間的平衡進行了優(yōu)化了，兩個位于供給側(cè)(FTM)和兩個位于需求側(cè)(BTM)。前兩個通常涉及輸電系統(tǒng)和電力市場，例如調(diào)頻；后兩個涉及最終使用方和配電系統(tǒng)，例如調(diào)峰。
通過基于高時間分辨率（5分鐘）的真實情況數(shù)據(jù)對電池進行全面的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)化，Englberger等人比較了電池在四種應用中的不同分配策略。他們發(fā)現(xiàn)，針對多個應用同時使用電池容量的堆疊策略，與僅將電池分配給一次性使用相比，年利潤可增加2-3倍。
假定電池儲能成本很高（€380/MWh），但仍能夠在4-6年內(nèi)實現(xiàn)收支平衡（凈現(xiàn)值，NPV>0）。與之形成對比的是，最好的單一用途場景（實時市場交易）九年后才能達到正的凈現(xiàn)值。由于在不同的功率和能量容量中需要權(quán)衡取舍，因此多用途的運營利潤略低于多個一次應用利潤的總和。
盡管并非所有這些都可以通過當前的鋰離子技術(shù)解決，但由于他們的研究僅考慮調(diào)峰、自用、調(diào)頻、實時市場交易四個方面的收入，不包括例如供應能力、配電、輸電、客戶能源管理應用以及其他輔助服務，因此收入估計相對保守。但與此同時，在可以預見的未來，大量類似系統(tǒng)的使用會使單一系統(tǒng)的收益會降低。此外，盡管作者表明在不嚴重影響獲利能力的情況下，可以允許長達半天的長的切換時間用于電池再分配，但實際操作較為困難。
動態(tài)堆疊多個應用場景在技術(shù)上是可行的，但目前在許多國家禁止垂直捆綁的監(jiān)管框架為建立一個跨越傳輸和分配的電池儲能系統(tǒng)帶來阻礙。需要更新現(xiàn)有的電力市場規(guī)則使在輸配電系統(tǒng)結(jié)合處建立分布式的儲能系統(tǒng)來同時滿足電網(wǎng)供電測與需求側(cè)的需求。從而充分挖掘電池儲能的潛力助力電力系統(tǒng)碳減排。
Peter D. Lund, Improving the Economics of Battery Storage, Joule, 2020, DOI:10.1016/j.joule.2020.11.017
