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多種儲(chǔ)能技術(shù)組合可以實(shí)現(xiàn)高比例可再生能源運(yùn)行的最低能源成本

作者:中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)新聞中心 來(lái)源:CNESA編譯 發(fā)布時(shí)間:2021-10-26 瀏覽:

NREL分析表明,多種儲(chǔ)能技術(shù)組合可以實(shí)現(xiàn)高比例可再生能源運(yùn)行。

隨著美國(guó)各州向100%可再生能源運(yùn)行的方向發(fā)展,儲(chǔ)能將成為實(shí)現(xiàn)多樣化供電模式的關(guān)鍵。但是,沒(méi)有任何一種單一技術(shù)可以成為滿足我們所有儲(chǔ)能需求的終極武器。

相反,根據(jù)最近國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)發(fā)表在《能源與環(huán)境科學(xué)》上的題為《用于高/超高無(wú)碳和可再生能源系統(tǒng)的最佳儲(chǔ)能技術(shù)組合》的論文分析稱,儲(chǔ)能技術(shù)組合的方案對(duì)未來(lái)的能源系統(tǒng)最具有經(jīng)濟(jì)意義。

“事實(shí)上,每個(gè)能源系統(tǒng)都是不同的,具有不同的需求、可再生能源的部署、天氣因素等,”NREL研究員、論文第一作者Omar J. Guerra說(shuō),“我們發(fā)現(xiàn),在高比例可再生能源系統(tǒng)的不同時(shí)間尺度和經(jīng)濟(jì)環(huán)境下,儲(chǔ)能可以實(shí)現(xiàn)最低的能源成本,這意味著我們正在為未來(lái)的電網(wǎng)尋找儲(chǔ)能技術(shù)的組合。”

儲(chǔ)能技術(shù)權(quán)衡

Guerra和研究人員Joshua Eichman和Paul Denholm使用定制的高分辨率優(yōu)化模型來(lái)比較美國(guó)各地的儲(chǔ)能技術(shù)組合。研究人員發(fā)現(xiàn),地理差異是塑造儲(chǔ)能技術(shù)組合的最大影響因素。例如,加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(CAISO)的電網(wǎng)是太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的,季節(jié)性儲(chǔ)能的容量可覆蓋計(jì)算模型中冬季月份的50天左右的時(shí)間,而風(fēng)力驅(qū)動(dòng)的中大陸?yīng)毩⑾到y(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(MISO)可以部署較短時(shí)長(zhǎng)的季節(jié)性儲(chǔ)能(但仍比大多數(shù)當(dāng)前部署的儲(chǔ)能技術(shù)長(zhǎng)得多),容量為5-14天。

CAISO和MISO中短期(SD)、長(zhǎng)期(LD1和LD2)和季節(jié)性儲(chǔ)能(SS)的歸一化荷電狀態(tài)(SOC)。(a)CAISO具有100%可再生能源組合的設(shè)備的歸一化SOC。(b) MISO具有100%可再生能源組合的設(shè)備的歸一化SOC。SOC=1(深紅色)表示儲(chǔ)能設(shè)備已滿。SOC=0(淺紅色)表示儲(chǔ)能設(shè)備為空。

儲(chǔ)能技術(shù)在電力和能源組件的效率和投資成本方面面臨著根本的權(quán)衡,這也正是儲(chǔ)能技術(shù)組合具有優(yōu)勢(shì)的原因。像鋰離子電池這樣的短期(日內(nèi))儲(chǔ)能技術(shù)具有更高的效率,但與能源相關(guān)的成本也更高,而像壓縮空氣或熱泵這樣的長(zhǎng)期(每日)儲(chǔ)能技術(shù)具有較低的能源相關(guān)成本,但效率較低。

“對(duì)于超高比例或100%可再生能源系統(tǒng),我們需要了解何種儲(chǔ)能技術(shù)組合最適合的位置或系統(tǒng)。成本,包括避免CO2排放的成本,會(huì)因儲(chǔ)能技術(shù)組合的選擇而有很大差異,”Guerra說(shuō)。

100%可再生能源的儲(chǔ)能技術(shù)組合

研究人員發(fā)現(xiàn)超高比例可再生能源系統(tǒng)產(chǎn)生了一些令人驚訝的結(jié)果:隨著系統(tǒng)接近100%可再生能源運(yùn)行,其儲(chǔ)能技術(shù)組合中越來(lái)越多的部分將受益于多日到季節(jié)性儲(chǔ)能容量,這是因?yàn)槭S嘭?fù)荷和可再生資源供應(yīng)的季節(jié)性錯(cuò)配加劇。然而,在像CAISO這樣的電網(wǎng)上,短時(shí)儲(chǔ)能在平衡太陽(yáng)能的晝夜波動(dòng)方面更有效。

由于在接近100%可再生能源運(yùn)行的系統(tǒng)中,季節(jié)性儲(chǔ)能擔(dān)任重要的角色,“儲(chǔ)能到儲(chǔ)能”式充電在經(jīng)濟(jì)上變得有利,使其成為另一個(gè)令人驚訝的策略。結(jié)果是,可再生能源限電開(kāi)始下降,因?yàn)楦嗟目稍偕茉纯梢杂糜趦?chǔ)能。超高比例可再生系統(tǒng)的這些動(dòng)力凸顯出了競(jìng)爭(zhēng)因素可廣泛影響最佳儲(chǔ)能技術(shù)的組合。

隨著CAISO(上)和MISO(下)系統(tǒng)接近100%可再生能源運(yùn)行,可再生能源的限電開(kāi)始減少,因?yàn)榧竟?jié)性儲(chǔ)能變得具有成本效益,并增加了系統(tǒng)的儲(chǔ)能容量。

對(duì)電力行業(yè)的影響

該研究的結(jié)果對(duì)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商、技術(shù)開(kāi)發(fā)商、電力供應(yīng)商及廣泛的業(yè)界來(lái)說(shuō)迫在眉睫。對(duì)這些機(jī)構(gòu)而言,最主要的信息是,理想的儲(chǔ)能技術(shù)組合可能會(huì)因地區(qū)而異,并且會(huì)因可再生能源的配額比例而異。隨著越來(lái)越多的城市和州制定清潔能源目標(biāo),有著10年或20年的未來(lái)規(guī)劃的利益相關(guān)者應(yīng)該聚焦更為廣泛的儲(chǔ)能技術(shù)空間,以及它如何適應(yīng)他們的系統(tǒng)。

接下來(lái)是什么?

現(xiàn)在研究人員已經(jīng)確定了巨大的儲(chǔ)能部署成本差異,未來(lái)的工作將集中在對(duì)儲(chǔ)能價(jià)值更全面評(píng)估上。

“我們需要一種更全面的方法,”Guerra說(shuō)。“儲(chǔ)能技術(shù)非常靈活,可用于各種電網(wǎng)服務(wù)。下一步,我們將全方位了解儲(chǔ)能的優(yōu)勢(shì),為最佳儲(chǔ)能技術(shù)組合提供信息。”

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