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3.2、增加長時儲能系統(tǒng)價值的附加業(yè)務
為了提供容量服務和能量時移服務，部署4小時儲能系統(tǒng)是一種經濟可行的方案，但是還有其他潛在的價值來源可以激勵部署持續(xù)時間更長的長時儲能系統(tǒng)。如果附加服務能夠具有以下因素:
（1）避免重復計算(這意味著它們會干擾提供已經計算過的服務的能力)。
（2）在當前的市場環(huán)境下可以實現(xiàn)貨幣化(或者在回報率框架下被監(jiān)管機構評估)。
（3）支持更長的持續(xù)時間。
（4）反映在服務可用的位置部署儲能系統(tǒng)的容量。
如果沒有這些因素限制長時儲能系統(tǒng)提供某些服務的能力，那么可以為長時儲能系統(tǒng)提供了新的收入機會（因素2）。例如運營儲備服務或頻率響應。然而，有限的持續(xù)時間要求(遠低于1小時)并沒有為長時儲能系統(tǒng)提供更多的激勵，因此這種應用最終受到因素3的限制。另一個例子是提供配電服務，其中更長的持續(xù)時間更具價值，但因素4可能是一個限制，因為一些持續(xù)時間較長的儲能系統(tǒng)由于需要大規(guī)模部署而占用很大的空間，并且配電網絡的容量可能有限。另外，這份報告提供了兩個可以滿足這四個標準的附加服務示例。
3.2.1 示例1：電力傳輸
一個有利于采用長時儲能系統(tǒng)的因素是輸電系統(tǒng)投資延遲和輸電擁塞管理。新建輸電系統(tǒng)有很多原因，其中包括提高可靠性、緩解擁塞、改善獲得低成本能源的途徑，以及提高輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性。
在某些情況下，儲能系統(tǒng)可以作為升級輸電系統(tǒng)的替代方案，例如儲能系統(tǒng)可以緩解輸電擁塞。輸電擁塞導致一些地區(qū)的電價上漲，因為這些地區(qū)無法獲得足夠的低成本電力。儲能系統(tǒng)可以部署在擁塞的“負載”側，然后在輸電線路擁塞時放電。
這一原則也可應用于利用儲能系統(tǒng)來提高可再生能源發(fā)電設施的利用率。在這個應用中，儲能系統(tǒng)部署在擁塞電力線路的“供應”側。美國一些主要風力發(fā)電設施通常位于更偏遠的地方，可能需要專門的電力線路將電力輸送到負荷中心。但新建的輸電線路將受到風力發(fā)電設施容量因素的限制(增加輸送電力的成本)，因此部署儲能系統(tǒng)可以用來提高輸電利用率。
采用儲能系統(tǒng)延遲輸電系統(tǒng)投資是一個主要應用，這種應用能夠部分增加輸電系統(tǒng)的容量，并且實現(xiàn)能量時移，但需要仔細分析，因為這樣的應用限制了儲能系統(tǒng)充放電的靈活性。在這些應用中，儲能系統(tǒng)的規(guī)模具體地取決于確定的需求和投資輸電系統(tǒng)的延遲。
如何實現(xiàn)貨幣化是將電力傳輸、容量服務和能源時移的價值結合起來面臨的一個挑戰(zhàn)，特別是在具有批發(fā)市場的地區(qū)。在現(xiàn)有的市場結構中，電力系統(tǒng)的容量服務和能量時移的價值在很大程度上是可以通過能源價格套利、容量市場支付、稀缺定價和容量合同的組合來實現(xiàn)貨幣化。而儲能系統(tǒng)延遲輸電系統(tǒng)的升級的部分價值可以通過與電網擁塞相關的電力價格體現(xiàn)出來。然而，并非用于輸電服務的儲能系統(tǒng)的所有價值都可以得到體現(xiàn)，而且為緩解電網擁塞而部署更多的儲能系統(tǒng)可能會得不償失。根據(jù)回報率機制，如果將儲能系統(tǒng)作為輸電資產，那么它們難以提供額外的市場服務，限制了儲能系統(tǒng)的靈活性。電網運營商已經注意到這一點，并且正在努力應對這些挑戰(zhàn)。
3.2.2 示例2：彈性和備用電源
長時儲能系統(tǒng)提供額外服務的另一個示例是在長期電力中斷期間提高電網彈性和提供備用電源。由于長時儲能系統(tǒng)可以存儲更多的能量，當意外事件或極端事件破壞電力系統(tǒng)時，它們比持續(xù)時間較短的儲能系統(tǒng)更有價值。將這種價值實現(xiàn)貨幣化可能具有挑戰(zhàn)性，因為電網彈性目前還不是一個成熟的服務。然而，合同、電費的變化或其他安排可以為向公用事業(yè)公司、區(qū)域微電網或大型商業(yè)和工業(yè)客戶提供備用電力的收益貨幣化提供一種手段。用戶側應用可以潛在地將備用服務的價值與避免的容量和在費率結構中獲得的能量時移價值(通過需求收費或使用時間費率)結合起來。與其他服務一樣，需要仔細分析以避免重復計算。
4 超越鋰離子電池儲能系統(tǒng)的長時儲能技術
儲能系統(tǒng)的持續(xù)時間超過4小時也帶來了一個問題：成本。有許多儲能技術處于不同的開發(fā)和部署階段，很難估計這些儲能技術中的哪一種能夠大幅降低成本。然而，不同的持續(xù)時間內，長時儲能系統(tǒng)可以實現(xiàn)與鋰離子電池儲能系統(tǒng)相同的成本和性能。
圖15(上圖)顯示了對鋰離子電池儲能系統(tǒng)2023年投資成本的估計。儲能系統(tǒng)的總投資成本(以美元/kW為單位，這是衡量發(fā)電成本的標準)如圖15(下圖)所示。曲線的斜率表示與儲能容量相關的成本，隨著時間的推移，預期成本的降低會降低成本曲線的斜率。應該指出的是，由于面臨供應鏈問題，造成了電池儲能系統(tǒng)成本的大幅波動。
圖15.隨著時間的推移，鋰離子電池儲能系統(tǒng)的相關成本預計將下降
對于超過4小時持續(xù)時間的長時儲能技術來說，面臨的挑戰(zhàn)是與成本大幅下降的鋰離子電池儲能系統(tǒng)進行競爭，鋰離子電池儲能系統(tǒng)的持續(xù)時間也將超過4小時。根據(jù)研究機構的預測，2030年7小時電池儲能系統(tǒng)的成本與目前4小時電池儲能系統(tǒng)的成本大致相同。另外，有許多儲能技術有潛力實現(xiàn)與鋰離子電池儲能系統(tǒng)同等的成本。長時儲能系統(tǒng)要實現(xiàn)與鋰離子電池儲能系統(tǒng)的成本相當，有四個主要因素:電力成本、能源成本、壽命和效率。
其他儲能技術降低成本的主要機會是使用成本較低的儲能材料。儲能系統(tǒng)的儲能容量投資成本包括材料和儲存材料的容器成本。鋰離子電池的電解質使用多種材料，涉及復雜的制造過程，可以實現(xiàn)相對較高的能量密度和充放電效率。液流電池可以使用成本更低、儲量豐富的電解質材料，制造過程也不那么復雜，并且可以存儲在各種尺寸的儲罐中。這種方法可以使儲能系統(tǒng)的持續(xù)時間隨著需求的增加而增長。
還有一些儲能技術可以使用成本更低的材料作為儲能介質，例如熱儲能系統(tǒng)可以使用成本非常低的材料（例如熔鹽）。
抽水蓄能發(fā)電設施使用的儲能介質(水)成本更低，其中容器(水庫)的成本成為主要的儲能成本。下一代壓縮空氣儲能系統(tǒng)能會使用地下巖層 (空氣)和低成本介質(熱儲能)的組合。
使用低成本材料的代價往往是充放電的效率更低。例如，液流電池使用儲能豐富或低成本的電解質材料，但其充放電效率大幅降低。機械儲能系統(tǒng)（包括熱儲能系統(tǒng)、抽水蓄能設施和壓縮空氣儲能系統(tǒng)）需要采用水泵、渦輪機和發(fā)電機，與逆變器和鋰離子電池的其他相關組件相比，它們的總成本要高得多。而基于機械的儲能系統(tǒng)的充放電效率也低得多。
另外，大多數(shù)基于機械的儲能系統(tǒng)可以持續(xù)更長的時間，并且不會由于充放電次數(shù)過多引起性能上的退化。例如，很多運行50年以上的抽水蓄能發(fā)電設施，可以采用更新、更多、更高效的設備，而鋰離子電池儲能系統(tǒng)的預期壽命為10～20年。熱儲能系統(tǒng)和壓縮空氣儲能系統(tǒng)通?？梢允褂?0年或更長時間。液流電池的降解機制與鋰離子電池不同，并且可以采用成本更低的電解質。
圖16說明了考慮這四個因素來估計長時儲能系統(tǒng)的盈虧平衡成本，或者在生命周期中的成本與鋰離子電池儲能系統(tǒng)的成本持平。圖中的鋰離子電池的成本(例如圖15)用藍色曲線表示。長時儲能系統(tǒng)的成本用灰色曲線表示。
然而，投資成本低并不等同于其生命周期中的成本低，這受到充放電效率和使用壽命的影響。如果長時儲能系統(tǒng)的性能與鋰離子電池儲能系統(tǒng)相同，那么投資成本將與生命周期成本相同(圖16中的黑點)。生命周期較長的長時儲能系統(tǒng)降低了成本，因為可以在更長的時間內進行融資。
圖16.長時儲能系統(tǒng)在生命周期中的盈虧平衡條件，顯示了投資成本的影響
圖17提供了一個例子，顯示了實現(xiàn)8小時儲能系統(tǒng)成本持平所需的相關成本，圖中的黑線表示了與鋰離子電池具有相同工作壽命和效率的長時儲能系統(tǒng)的盈虧平衡曲線。
其他曲線顯示了長時儲能系統(tǒng)性能的盈虧平衡條件，包括更長的工作壽命和更低的充放電效率。如上所述，將鋰離子電池儲能系統(tǒng)作為參考，盈虧平衡意味著長時儲能系統(tǒng)的成本必須等于或低于三種不同效率水平?？偟膩碚f，即使效率較低，長時儲能系統(tǒng)在其生命周期中的成本仍可能與鋰離子電池儲能系統(tǒng)持平。
圖17.到2030年，長時儲能系統(tǒng)的生命周期成本可以與8小時鋰離子電池儲能系統(tǒng)持平(黑線)
5、討論與結論
美國近年來部署的鋰離子電池儲能系統(tǒng)約占所有儲能系統(tǒng)的99%，其中90%以上的電池儲能系統(tǒng)的持續(xù)時間為4小時或更短。這既反映了技術狀況，也反映了當前市場對儲能系統(tǒng)持續(xù)時間要求的影響，這導致持續(xù)時間超過4小時的長時儲能系統(tǒng)的價值大幅下降。
因此，如果在短期內超越鋰離子電池儲能系統(tǒng)和超過4小時持續(xù)時間，長時儲能系統(tǒng)需要改變技術和價值主張。在價值方面，隨著美國許多地區(qū)轉向冬季峰值電力需求，4小時儲能系統(tǒng)的價值可能會隨著時間的推移而下降。這將增加長時儲能系統(tǒng)的價值，而支持輸電和恢復供電的機會也可以增加其價值。
根據(jù)在“儲能未來研究”項目之前進行的研究，即使沒有針對減少碳排放的新政策，長時儲儲能系統(tǒng)也有更多的市場機會。長時儲能系統(tǒng)實現(xiàn)經濟可行的部署，需要改變目前的激勵結構，特別是在批發(fā)市場地區(qū)。這包括向開發(fā)商傳遞適當?shù)男盘枺约敖鉀Q與不同用例的服務貨幣化相關的問題。
最后，重要的是要認識到長時儲能技術與成熟的鋰離子電池儲能系統(tǒng)進行競爭所面臨的挑戰(zhàn)。鋰離子電池市場正在快速增長，這主要由電動汽車推動，這將推動新的創(chuàng)新，并有可能降低儲能應用的成本。長時儲能技術能否與電池儲能系統(tǒng)進行競爭，取決于能否實現(xiàn)大規(guī)模部署并降低成本。因此需要實現(xiàn)成本最優(yōu)的多樣化組合，其持續(xù)時間可以隨著電網的發(fā)展而變化。
（全文完）
