在CAISO和MISO中，短時(shí)間(SD)、長(zhǎng)時(shí)間(LD1和LD2)和季節(jié)存儲(chǔ)(SS)的歸一化電荷狀態(tài)(SOC)。(a) 100%可再生能源組合的CAISO設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化SOC。(b) MISO上100%可再生能源組合設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化SOC?！癝OC = 1”(暗紅色)表示存儲(chǔ)設(shè)備已滿?！癝OC = 0”(淡紅色)表示該存儲(chǔ)設(shè)備為空。來(lái)源:美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室
隨著各州逐步實(shí)現(xiàn)100%的可再生能源運(yùn)營(yíng)，能源存儲(chǔ)將成為實(shí)現(xiàn)更多樣化電力供應(yīng)的關(guān)鍵。但沒(méi)有一種技術(shù)能解決我們所有的能源存儲(chǔ)需求。
美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)最近發(fā)表在《能源與環(huán)境科學(xué)》(energy & Environmental Science)雜志上的一篇題為《高、超高無(wú)碳和可再生電力系統(tǒng)的最佳能源存儲(chǔ)組合》的分析表明，存儲(chǔ)解決方案組合對(duì)未來(lái)的能源系統(tǒng)具有最佳的經(jīng)濟(jì)意義。
“事實(shí)上，每個(gè)能源系統(tǒng)都是不同的，有不同的需求、可再生資源的部署、天氣等，”NREL研究員、該論文的第一作者Omar J. Guerra說(shuō)。“我們發(fā)現(xiàn)，在高可再生系統(tǒng)的不同時(shí)間尺度和經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，儲(chǔ)能能夠?qū)崿F(xiàn)最低成本的能源，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?！?
存儲(chǔ)技術(shù)的權(quán)衡
Guerra和研究人員Joshua Eichman和Paul Denholm使用了定制的高分辨率優(yōu)化模型來(lái)比較美國(guó)各地的能源存儲(chǔ)組合。研究人員發(fā)現(xiàn)，在其他因素中，地理差異可以極大地影響能源存儲(chǔ)組合。例如，加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(CAISO)電網(wǎng)是太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的，釋放約50天的季節(jié)性存儲(chǔ)，以覆蓋模型中的冬季，而風(fēng)力驅(qū)動(dòng)的midcontinental獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(MISO)可以部署持續(xù)時(shí)間更短的季節(jié)性存儲(chǔ)(但仍比目前部署的大多數(shù)存儲(chǔ)技術(shù)長(zhǎng)得多)，容量為5-14天。
存儲(chǔ)技術(shù)面臨著電力和能源組件在效率和資本成本方面的基本權(quán)衡，這正是多種技術(shù)有用的原因。短時(shí)間(日內(nèi))存儲(chǔ)，如鋰離子電池有更高的效率，但也有較高的能源相關(guān)成本，而長(zhǎng)時(shí)間(日)存儲(chǔ)，如壓縮空氣或泵送熱，有較低的能源相關(guān)成本，但效率較低。
“對(duì)于非常高或100%的可再生電力系統(tǒng)，我們需要意識(shí)到哪種存儲(chǔ)組合最適合哪個(gè)位置或系統(tǒng)。成本，包括避免二氧化碳排放的成本，根據(jù)存儲(chǔ)組合的選擇有很大的不同。
隨著CAISO(上)和MISO(下)系統(tǒng)接近100%可再生運(yùn)行，可再生能源的減少開(kāi)始下降，因?yàn)榧竟?jié)性存儲(chǔ)變得具有成本效益，并增加了系統(tǒng)的存儲(chǔ)容量。來(lái)源:美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室
100%可再生能源的存儲(chǔ)組合
研究人員對(duì)超高可再生系統(tǒng)得出了一些令人驚訝的結(jié)果:當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)接近100%可再生運(yùn)行時(shí)，其存儲(chǔ)組合中越來(lái)越多的部分將受益于多日到季節(jié)性的存儲(chǔ)能力。這是因?yàn)槭Ｓ嘭?fù)荷和可再生資源供應(yīng)的季節(jié)性不匹配加劇。然而，在像CAISO這樣的電網(wǎng)上，較短持續(xù)時(shí)間的存儲(chǔ)在平滑太陽(yáng)能的日波動(dòng)方面更有效。
當(dāng)接近100%的可再生系統(tǒng)時(shí)，季節(jié)性?xún)?chǔ)存成為一個(gè)更大的角色，另一個(gè)令人驚訝的策略出現(xiàn)了，即存儲(chǔ)到存儲(chǔ)的充電變得具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。因此，可再生能源的削減開(kāi)始減少，因?yàn)楦嗟目稍偕茉纯梢杂糜诖鎯?chǔ)。超高可再生系統(tǒng)的這些動(dòng)態(tài)突出了競(jìng)爭(zhēng)因素如何廣泛影響最佳存儲(chǔ)組合。
對(duì)電力行業(yè)的影響
研究結(jié)果對(duì)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商、技術(shù)開(kāi)發(fā)人員、電力供應(yīng)商和更廣泛的行業(yè)都非常重要。對(duì)這些群體來(lái)說(shuō)，主要的信息是，理想的能源儲(chǔ)存組合可能會(huì)因地區(qū)而異，而且會(huì)因可再生能源的比例而異。隨著越來(lái)越多的城市和州設(shè)定清潔能源目標(biāo)，規(guī)劃未來(lái)10年或20年的利益相關(guān)方應(yīng)該關(guān)注更廣泛的能源存儲(chǔ)技術(shù)空間，以及它如何融入他們的系統(tǒng)。
下一個(gè)是什么?
既然研究人員已經(jīng)確定了存儲(chǔ)部署的巨大成本差異，未來(lái)的工作將側(cè)重于對(duì)存儲(chǔ)價(jià)值進(jìn)行更全面的評(píng)估。
“我們需要一個(gè)更全面的方法，”Guerra說(shuō)。“存儲(chǔ)技術(shù)非常靈活，可以用于各種網(wǎng)格服務(wù)。我們的下一步將是了解能源存儲(chǔ)的所有好處，以提供最優(yōu)的存儲(chǔ)組合?！?
