中國儲能網(wǎng)訊：隨著新能源技術(shù)的不斷發(fā)展和占比的不斷提高，其間歇性、不穩(wěn)定性等問題也愈發(fā)突出，儲能技術(shù)可以在新能源產(chǎn)生多余能量時進行儲存，在需要時進行釋放，提高能源利用效率和系統(tǒng)優(yōu)化度，日益成為新能源廣泛應(yīng)用的重要支撐。電池儲能是一種十分有效的減少電力供應(yīng)波動的技術(shù)。然而，不同類型的電池儲能選擇及其部署會極大影響整體電力系統(tǒng)的優(yōu)化和最低碳排放。
01 背景
相對于傳統(tǒng)化石能源，以太陽能、風能、潮汐能、地熱能等為代表的新能源在使用過程中對環(huán)境污染小、可再生性強、資源消耗少、安全性高，日益成為世界能源發(fā)展的新選擇。在我國“雙碳”目標的驅(qū)動下，為滿足日益增長的電力需求，用新能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)化石能源發(fā)電是大勢所趨，中國特色的能源結(jié)構(gòu)也在逐步構(gòu)建。然而，由于新能源如太陽能、風能、水能等受到天氣和時間的影響，天然具有間歇性、不穩(wěn)定性等特點，容易造成電力系統(tǒng)供應(yīng)的波動，影響了新能源的可用性。因此，儲能技術(shù)日益成為新能源廣泛應(yīng)用的重要支撐，其可以在新能源產(chǎn)生多余能量時進行儲存，以便在需要時進行釋放，形成多能源互補的能源系統(tǒng)，提高能源利用效率和系統(tǒng)優(yōu)化度。
在諸多儲能技術(shù)中，電池儲能相對成熟，可以通過快速的充放電來減少電力供應(yīng)的波動。特別是隨著近年來電池儲能技術(shù)穩(wěn)定性的不斷提升，成本的不斷下降，其越發(fā)成為新能源整合進電網(wǎng)的重要支撐，也愈發(fā)接近經(jīng)濟層面的大規(guī)模應(yīng)用。與此同時，電池儲能系統(tǒng)的選擇和區(qū)域部署問題也逐漸成為當前研究的熱點。不同類型的電池儲能選擇及其部署會極大影響整體電力系統(tǒng)的優(yōu)化和最低碳排放。
為進一步了解電池儲能系統(tǒng)的策略和區(qū)域部署選擇對電力系統(tǒng)成本的最低二氧化碳排放量的影響，普林斯頓大學的 Denise Mauzerall 教授、彭立群博士(現(xiàn)為勞倫斯伯克利國家實驗室博士后)、鐘耀鋒博士和紐約市立大學的何鋼助理教授等人利用改進的電力系統(tǒng)模型SWITCH-China研究了在中國各地區(qū)統(tǒng)一部署相同的電池儲能系統(tǒng)和分地區(qū)部署不同電池儲能系統(tǒng)組合對整體電力系統(tǒng)成本和最低碳排放量的影響，相關(guān)成果發(fā)表在國際頂級學術(shù)期刊 Nature Communications上。
02 研究成果
為了理解不同電池儲能系統(tǒng)策略和部署對電力系統(tǒng)脫碳的影響，首先，研究者們根據(jù)新能源發(fā)電的供應(yīng)需求與儲能的關(guān)系設(shè)定了三種不同的電池儲能策略：1）可再生能源端電池儲能：與可再生能源位于同一位置且僅通過可再生能源充電的電池；2）電網(wǎng)電池儲能：連接到中央電網(wǎng)，沒有額外的約束條件的電池；3）需求側(cè)電池儲能：與需求負載位于同一位置，并且僅向本地電網(wǎng)放電的電池。相關(guān)示意圖如圖1所示。同時，根據(jù)電池儲能系統(tǒng)的區(qū)域部署策略，可以進一步設(shè)定在全國使用單一類型的電池儲能分布策略或者在每個地區(qū)單獨部署電池儲能分布策略兩種類型。
圖1 設(shè)定的三種不同的電池儲能策略（圖源：Nature communications）
圖2 在供應(yīng)地區(qū)和需求地區(qū)中的燃煤發(fā)電和電池放電電力圖(圖源：Nature Communications）
當設(shè)定全國使用單一類型的電池儲能部署策略時，研究者使用他們的模型發(fā)現(xiàn)，同樣的電池儲能策略對不同地區(qū)存在不同的影響。由于各地區(qū)的新能源發(fā)電能力及相關(guān)電力需求不同，同一儲能策略會造成不同的影響。研究者們根據(jù)各省的電力供需關(guān)系為標準，將不同的地區(qū)分為供應(yīng)地區(qū)（本地總發(fā)電量超過了本地總負載，典型代表地區(qū)為西內(nèi)蒙古）和需求地區(qū)（本地發(fā)電總量小于本地總負載，典型代表地區(qū)為重慶）。如圖2所示，研究結(jié)果表明，與電網(wǎng)電池儲能策略相比，可再生能源端電池儲能策略會減少供應(yīng)地區(qū)的煤電發(fā)電量，同時增加電池儲能的放電量。然而，在需求地區(qū)，同樣的可再生能源端電池儲能策略會產(chǎn)生相反的影響。而且相比可再生能源端電池儲能策略，需求側(cè)電池儲能策略會對同一類型的區(qū)域會產(chǎn)生相反的影響。
有趣的是，當設(shè)定全國不同地區(qū)允許根據(jù)地區(qū)類型靈活選擇不同的電池儲能策略時，他們的研究結(jié)果表明，這樣的策略可以實現(xiàn)總電力系統(tǒng)成本的有效降低和碳排放量的減少。如圖3所示，根據(jù)不同地區(qū)的新能源發(fā)電資源和凈電力需求，在不同類型的區(qū)域部署不同的電池儲能策略，例如在電力供應(yīng)地區(qū)更傾向于部署可再生能源端電池儲能，在電力需求地區(qū)更傾向于部署需求側(cè)電池儲能，這樣有效實現(xiàn)了各地區(qū)發(fā)電資源與電力需求的匹配，從而實現(xiàn)了整體系統(tǒng)的優(yōu)化和成本降低。
圖3 不同地區(qū)的最優(yōu)電池儲能策略組合（圖源：Nature communications）
03 結(jié)論
新能源和儲能技術(shù)是相輔相成的，只有合適的儲能技術(shù)和部署，才能充分發(fā)揮新能源的優(yōu)勢，以最低的成本和更高的效率實現(xiàn)新型電力系統(tǒng)的搭建和脫碳。當前新能源發(fā)電技術(shù)和儲能技術(shù)的發(fā)展越來越迅猛，未來需要在儲能技術(shù)的選擇和部署方面進行更廣泛和深入的研究以進一步實現(xiàn)整體電力系統(tǒng)的優(yōu)化。
