中國(guó)儲(chǔ)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(wèn)題也愈發(fā)突出，儲(chǔ)能技術(shù)可以在新能源產(chǎn)生多余能量時(shí)進(jìn)行儲(chǔ)存，在需要時(shí)進(jìn)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(chǔ)能是一種十分有效的減少電力供應(yīng)波動(dòng)的技術(shù)。然而，不同類型的電池儲(chǔ)能選擇及其部署會(huì)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(duì)于傳統(tǒng)化石能源，以太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能、地?zé)崮艿葹榇淼男履茉丛谑褂眠^(guò)程中對(duì)環(huán)境污染小、可再生性強(qiáng)、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(guó)“雙碳”目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)下，為滿足日益增長(zhǎng)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(shì)所趨，中國(guó)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(yáng)能、風(fēng)能、水能等受到天氣和時(shí)間的影響，天然具有間歇性、不穩(wěn)定性等特點(diǎn)，容易造成電力系統(tǒng)供應(yīng)的波動(dòng)，影響了新能源的可用性。因此，儲(chǔ)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(shí)進(jìn)行儲(chǔ)存，以便在需要時(shí)進(jìn)行釋放，形成多能源互補(bǔ)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(chǔ)能技術(shù)中，電池儲(chǔ)能相對(duì)成熟，可以通過(guò)快速的充放電來(lái)減少電力供應(yīng)的波動(dòng)。特別是隨著近年來(lái)電池儲(chǔ)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(jìn)電網(wǎng)的重要支撐，也愈發(fā)接近經(jīng)濟(jì)層面的大規(guī)模應(yīng)用。與此同時(shí)，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的選擇和區(qū)域部署問(wèn)題也逐漸成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。不同類型的電池儲(chǔ)能選擇及其部署會(huì)極大影響整體電力系統(tǒng)的優(yōu)化和最低碳排放。
為進(jìn)一步了解電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的策略和區(qū)域部署選擇對(duì)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(xué)的 Denise Mauzerall 教授、彭立群博士(現(xiàn)為勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室博士后)、鐘耀鋒博士和紐約市立大學(xué)的何鋼助理教授等人利用改進(jìn)的電力系統(tǒng)模型SWITCH-China研究了在中國(guó)各地區(qū)統(tǒng)一部署相同的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)和分地區(qū)部署不同電池儲(chǔ)能系統(tǒng)組合對(duì)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(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊 Nature Communications上。
02 研究成果
為了理解不同電池儲(chǔ)能系統(tǒng)策略和部署對(duì)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(chǔ)能的關(guān)系設(shè)定了三種不同的電池儲(chǔ)能策略：1）可再生能源端電池儲(chǔ)能：與可再生能源位于同一位置且僅通過(guò)可再生能源充電的電池；2）電網(wǎng)電池儲(chǔ)能：連接到中央電網(wǎng)，沒(méi)有額外的約束條件的電池；3）需求側(cè)電池儲(chǔ)能：與需求負(fù)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(shí)，根據(jù)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的區(qū)域部署策略，可以進(jìn)一步設(shè)定在全國(guó)使用單一類型的電池儲(chǔ)能分布策略或者在每個(gè)地區(qū)單獨(dú)部署電池儲(chǔ)能分布策略兩種類型。
圖1 設(shè)定的三種不同的電池儲(chǔ)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(dāng)設(shè)定全國(guó)使用單一類型的電池儲(chǔ)能部署策略時(shí)，研究者使用他們的模型發(fā)現(xiàn)，同樣的電池儲(chǔ)能策略對(duì)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(chǔ)能策略會(huì)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(biāo)準(zhǔn)，將不同的地區(qū)分為供應(yīng)地區(qū)（本地總發(fā)電量超過(guò)了本地總負(fù)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(fù)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(chǔ)能策略相比，可再生能源端電池儲(chǔ)能策略會(huì)減少供應(yīng)地區(qū)的煤電發(fā)電量，同時(shí)增加電池儲(chǔ)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(chǔ)能策略會(huì)產(chǎn)生相反的影響。而且相比可再生能源端電池儲(chǔ)能策略，需求側(cè)電池儲(chǔ)能策略會(huì)對(duì)同一類型的區(qū)域會(huì)產(chǎn)生相反的影響。
有趣的是，當(dāng)設(shè)定全國(guó)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(chǔ)能策略時(shí)，他們的研究結(jié)果表明，這樣的策略可以實(shí)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(chǔ)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(chǔ)能，在電力需求地區(qū)更傾向于部署需求側(cè)電池儲(chǔ)能，這樣有效實(shí)現(xiàn)了各地區(qū)發(fā)電資源與電力需求的匹配，從而實(shí)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(chǔ)能策略組合（圖源：Nature communications）
03 結(jié)論
新能源和儲(chǔ)能技術(shù)是相輔相成的，只有合適的儲(chǔ)能技術(shù)和部署，才能充分發(fā)揮新能源的優(yōu)勢(shì)，以最低的成本和更高的效率實(shí)現(xiàn)新型電力系統(tǒng)的搭建和脫碳。當(dāng)前新能源發(fā)電技術(shù)和儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越迅猛，未來(lái)需要在儲(chǔ)能技術(shù)的選擇和部署方面進(jìn)行更廣泛和深入的研究以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)整體電力系統(tǒng)的優(yōu)化。
