中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：加州做出了投資低成本可再生能源的“明智選擇”，而關(guān)鍵是現(xiàn)在如何最好地利用這些資產(chǎn)。
鐵空氣電池儲(chǔ)能初創(chuàng)廠商Form Energy公司的研究團(tuán)隊(duì)在一份調(diào)查報(bào)告中指出，加利福尼亞州正在尋求一些世界上最激進(jìn)的可再生能源部署和脫碳途徑。然而，這些巨大的進(jìn)步也為儲(chǔ)能系統(tǒng)帶來(lái)了需要解決的一些關(guān)鍵挑戰(zhàn)。
為了迅速實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)脫碳，加州做出了明智的戰(zhàn)略選擇，致力部署電網(wǎng)規(guī)模的可再生能源，這樣該州就可以擺脫成本更昂貴和污染更嚴(yán)重的化石燃料發(fā)電廠。
從2010年到2020年，加利福尼亞州的太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電的比例從3.4%增加到近22.7%。該州計(jì)劃繼續(xù)保持這一增長(zhǎng)勢(shì)頭，并預(yù)計(jì)到2030年再部署16.9GW太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施和8.2GW風(fēng)電設(shè)施，以滿足能源需求并避免在成本高昂的夏季采用化石燃料發(fā)電設(shè)施的電力。
但有時(shí)并不總是需要這么多電力容量，導(dǎo)致在電力需求較低的期間減少或丟棄多余電力。 由于沒(méi)有部署低成本的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)，加州客戶的明智投資是繼續(xù)部署更多的可再生能源以滿足高峰值電力需求，并避免在昂貴的夏季月份燃燒化石燃料。
但是在某個(gè)時(shí)刻，在需求較低時(shí)期產(chǎn)生的過(guò)剩能源將成為該州利用儲(chǔ)能系統(tǒng)的機(jī)會(huì)。 為什么確信這一刻已經(jīng)到來(lái)？首先，可再生能源削減量的增長(zhǎng)速度比預(yù)期的要快且持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)——有時(shí)會(huì)持續(xù)數(shù)天。其次，低成本、長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能（在這里的定義為大于8小時(shí)）和多日儲(chǔ)能（在這里的定義為大于24小時(shí)）技術(shù)正在進(jìn)入市場(chǎng)。
這些長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)有望為加利福尼亞州帶來(lái)長(zhǎng)期利益，包括電網(wǎng)的可靠性和彈性、在惡劣天氣事件或季節(jié)都能使用的可再生能源、改善當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量、創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)，以及促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展。
儲(chǔ)存數(shù)小時(shí)至數(shù)天過(guò)?？稍偕茉吹臋C(jī)會(huì)
為了了解可再生能源削減的動(dòng)態(tài)，F(xiàn)orm Energy公司分析了加利福尼亞獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(CAISO)的數(shù)據(jù)，詳細(xì)說(shuō)明了2014年5月1日至2022年5月31日期間加利福尼亞州削減的可再生能源數(shù)量。
研究結(jié)果表明，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能和多日儲(chǔ)能的機(jī)會(huì)越來(lái)越多，以幫助整合該州的可再生能源。
圖1繪制了2014年到2022年的可再生能源棄電的數(shù)據(jù)，并顯示了每個(gè)事件期間的棄電量。每個(gè)氣泡的大小代表削減事件的持續(xù)時(shí)間。
自從2014年以來(lái)，加州持續(xù)削減可再生能源的平均持續(xù)時(shí)間已從2.5小時(shí)增加到9.5小時(shí)。其中許多削減事件持續(xù)數(shù)天，最長(zhǎng)的事件持續(xù)時(shí)間為71小時(shí)。
削減的可再生能源發(fā)電量快速增長(zhǎng)。直到2022年，加州已經(jīng)削減了1,860GWh風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電量，足以為20萬(wàn)多戶家庭用戶供電一年。具體而言，削減期間減少的發(fā)電量總計(jì)超過(guò)110GWh，自從2014年以來(lái)增加了37倍以上。
圖1 2014年～2022年加州削減的清潔能源發(fā)電量
在最需要的時(shí)候儲(chǔ)存多余的可再生能源
在這些可再生能源消減期間，部署在正確位置的儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠以低成本存儲(chǔ)這些多余的可再生能源，甚至在供過(guò)于求期間在電價(jià)變?yōu)樨?fù)值時(shí)零成本存儲(chǔ)電力。
然后，長(zhǎng)時(shí)和多日儲(chǔ)能系統(tǒng)可以使用這種低成本的過(guò)剩清潔能源來(lái)管理加州增長(zhǎng)的電力需求，在凈需求高峰期提供電力，并且在多日儲(chǔ)能的情況下，在可再生能源的多日中斷期間提供可靠電力。
這種過(guò)剩清潔能源的第一個(gè)用途是幫助解決加州備受爭(zhēng)議的“鴨子曲線”——太陽(yáng)能發(fā)電峰值期間凈電力需求下降，隨后凈電力需求隨著日落迅速增加。
如果長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能容量能夠用圖 1 中所示的削減的電力充電，并在需求峰值期釋放這些電力源，那么自從 2014 年以來(lái)，加州可以節(jié)省1.29 億美元以上，并減少約 110 萬(wàn)噸二氧化碳排放。
利用過(guò)剩清潔能源電力的第二個(gè)主要用例是在可再生能源間歇性發(fā)電時(shí)期發(fā)電量不足期間補(bǔ)充能源供應(yīng)。
Form Energy公司對(duì)加州公用事業(yè)委員會(huì)綜合資源規(guī)劃過(guò)程中使用的35年太陽(yáng)能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電概況進(jìn)行了分析，確定了138個(gè)多日可再生能源間歇期的實(shí)例（間歇期被定義為風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電量與平均值相比低25%以上的時(shí)期）。
這些持續(xù)多日的可再生間歇期對(duì)深度脫碳電網(wǎng)的可靠性構(gòu)成最大威脅。如今的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可以經(jīng)濟(jì)可行地存儲(chǔ)大約8或12小時(shí)的電力，這意味著它們?cè)诳稍偕茉窗l(fā)電的間歇期耗盡電量，而在此期間每天都無(wú)法充電。
因此，能夠在多日內(nèi)提供能源的清潔能源技術(shù)對(duì)于確保低成本、清潔、可靠的電力至關(guān)重要。如果沒(méi)有這些技術(shù)，電網(wǎng)規(guī)劃者將需要建造比電網(wǎng)需要的更多的可再生能源來(lái)滿足典型的能源需求，并且他們可能還需要繼續(xù)運(yùn)營(yíng)化石燃料發(fā)電設(shè)施，這對(duì)客戶來(lái)說(shuō)成本很高。
對(duì)2045年加州零碳電網(wǎng)的建模表明，在這樣的間歇期如何利用這些過(guò)剩的清潔能源來(lái)支持電網(wǎng)的可靠性。
圖2 取自E3公司和Form Energy公司對(duì)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能有助于實(shí)現(xiàn)加州能源目標(biāo)評(píng)估的初步結(jié)果，顯示了在秋季多云期間太陽(yáng)能發(fā)電量較低難以為鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)充電，以至于無(wú)法在晚上提供足夠的電力來(lái)滿足需求。與其相反，多日儲(chǔ)能技術(shù)填補(bǔ)了這一空白，在最需要的時(shí)候?yàn)榧又葚?fù)載提供清潔可靠的電力。
圖2
隨著加州削減可再生能源事件的頻率、規(guī)模和持續(xù)時(shí)間的增加，新型長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能和多日儲(chǔ)能技術(shù)為加州客戶創(chuàng)造價(jià)值的機(jī)會(huì)已經(jīng)到來(lái)。
把握機(jī)遇
隨著加利福尼亞州的脫碳目標(biāo)變得更加嚴(yán)格，并且該州需要在可再生能源發(fā)電量低、極端高溫等其他壓力條件下采用零碳資源，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能和多日儲(chǔ)能技術(shù)在電網(wǎng)中的價(jià)值只會(huì)隨著時(shí)間的推移而增加。
該州最近遭遇的熱浪導(dǎo)致居民和企業(yè)降低電力需求將近一周的時(shí)間，凸顯了該州面臨的多日高溫天氣挑戰(zhàn)。
幸運(yùn)的是，該州已經(jīng)在將長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能和多日儲(chǔ)能技術(shù)推向市場(chǎng)方面取得了顯著進(jìn)展。加利福尼亞州在美國(guó)首次推出了 1.26 億美元激勵(lì)措施，以激勵(lì)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的部署和應(yīng)用。
采用長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)需要公用事業(yè)公司開(kāi)始將它們納入資源規(guī)劃，這將面臨必須解決的特定建模挑戰(zhàn)。了解這些資源每小時(shí)的運(yùn)營(yíng)動(dòng)態(tài)是了解其價(jià)值的關(guān)鍵，這在能源過(guò)剩和能源稀缺的多日期間最為明顯。
當(dāng)前的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)模型僅在每年幾天或幾周內(nèi)捕獲電網(wǎng)動(dòng)態(tài)，因此低估了多日儲(chǔ)能系統(tǒng)可以為電網(wǎng)提供的價(jià)值。
然而，新興的建模工具和技術(shù)可以考慮所有可能的電網(wǎng)極端情況，并代表可以跨天和跨季節(jié)轉(zhuǎn)移能源的資源經(jīng)濟(jì)。而將長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)和更好的電網(wǎng)規(guī)劃工具相結(jié)合，可以為加州建立一個(gè)更可靠、更清潔、更具成本效益的電網(wǎng)。
