中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：3.2、儲(chǔ)能系統(tǒng)在每小時(shí)和季節(jié)性運(yùn)營(yíng)中的作用
為了展示儲(chǔ)能系統(tǒng)在分析時(shí)間范圍內(nèi)不斷變化的作用，首先看看電力系統(tǒng)變化的其他驅(qū)動(dòng)因素。例如，太陽(yáng)能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電設(shè)施的快速部署是近年來(lái)發(fā)電技術(shù)不斷變化的一個(gè)重要因素。圖6顯示了到2050年高天然氣成本/低成本電池場(chǎng)景的晝間（每日）平均凈負(fù)荷（電力需求減去發(fā)電量）。在2020年，通常看到典型的負(fù)荷曲線在夜間最低，而在夏季的傍晚最高。到2030年，大量增長(zhǎng)的太陽(yáng)能發(fā)電量（占總發(fā)電量的14%）改變了凈負(fù)荷曲線的形狀，減少了中午的凈負(fù)荷，并在傍晚的時(shí)候推遲了晚高峰。所有季節(jié)都顯示出在日出之前出現(xiàn)的第二個(gè)早高峰。這些特征將在2040年和2050年持續(xù)存在并加劇，因?yàn)樘?yáng)能發(fā)電量將分別增加到20%和23%。
圖6.2020年、2030年、2040年和2050年高天然氣成本/低成本電池場(chǎng)景的平均日凈負(fù)荷曲線
隨著不同年份的凈負(fù)荷變化，儲(chǔ)能系統(tǒng)的操作也發(fā)生變化（如圖7所示）。在顯示2020年的頂部面板上，儲(chǔ)能系統(tǒng)主要在夜間放電，這對(duì)應(yīng)于圖7中的最低凈負(fù)荷水平，因此邊際發(fā)電成本最低。在2020年的所有季節(jié)，儲(chǔ)能系統(tǒng)的放電主要在下午和傍晚凈負(fù)荷高峰期進(jìn)行。然而，到2030年，儲(chǔ)能系統(tǒng)已轉(zhuǎn)變?yōu)樵谥形鐜缀跬耆潆姡詫?duì)應(yīng)太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施過(guò)量發(fā)電的情況。雖然儲(chǔ)能系統(tǒng)在晚上放電，但在2030年，通常在晚上稍晚的時(shí)候放電，因?yàn)樘?yáng)能發(fā)電將峰值期間轉(zhuǎn)移到當(dāng)天晚些時(shí)候。在早上的高峰期間也開(kāi)始看到一些發(fā)電設(shè)施提供電力。同樣的模式在2040年和2050年持續(xù)并加劇，儲(chǔ)能系統(tǒng)在白天中午充電，在當(dāng)天的日出之前和太陽(yáng)落山之后放電。
圖7. 高天然氣成本/低成本電池場(chǎng)景下2020年、2030年、2040年和2050年的晝間儲(chǔ)能系統(tǒng)放電曲線
如圖7所示，在每年四季之間（尤其是非夏季的月份）的晝間儲(chǔ)能系統(tǒng)平均使用量幾乎沒(méi)有差異。這一觀察結(jié)果通常在圖8中成立，該圖說(shuō)明了一年中每個(gè)月所有五種場(chǎng)景每天使用的全部?jī)?chǔ)能容量的百分比。然而觀察到一些有趣的趨勢(shì)。首先，在2030年的大多數(shù)非夏季月份，某些場(chǎng)景（零碳和低成本光伏）的平均使用百分比略高于100%。在這些情況下，持續(xù)時(shí)間較短（2小時(shí)和4小時(shí)）的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在夜間充電（通過(guò)風(fēng)力發(fā)電或核電/煤電，取決于所在地區(qū)）并在早高峰期間放電，然后在白天再次使用太陽(yáng)能的電力充電，并在晚高峰期間放電。圖9以2030年1月在低成本太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)景下的五天為例說(shuō)明了這一點(diǎn)。頂部面板顯示了2小時(shí)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的每天發(fā)電情況，通常顯示每天有兩個(gè)充放電過(guò)程。而持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的抽水蓄能發(fā)電設(shè)施和6小時(shí)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)通常顯示每天有一個(gè)充放電過(guò)程。然而，大多數(shù)年份和場(chǎng)景表明，充放電超過(guò)一天的情況仍然很少見(jiàn)。
圖8.每日放電的儲(chǔ)能容量百分比，按月和場(chǎng)景顯示
圖9.2030年低成本太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)景中各種儲(chǔ)能技術(shù)在冬季的操作（上圖），以及電力系統(tǒng)凈負(fù)載（下圖）。對(duì)于頂部面板，實(shí)心區(qū)域表示儲(chǔ)能系統(tǒng)裝機(jī)容量調(diào)度，實(shí)線表示總可用裝機(jī)容量
報(bào)告還注意到，在2030年，夏季月份的儲(chǔ)能系統(tǒng)利用率最低。由于額外的冷負(fù)荷推動(dòng)了更高的整體需求，凈負(fù)荷很少有“鴨子曲線”（在一天中的凈負(fù)荷仍然很高）。這些天中午和下午負(fù)荷在很大程度上與太陽(yáng)能發(fā)電的可用性一致。圖10以2030年7月的5天說(shuō)明了這一點(diǎn)，用于低成本太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)景（與圖10所示的場(chǎng)景相同）。在夏季，通常只注意到一個(gè)每日充電周期，即使對(duì)于持續(xù)時(shí)間較短的儲(chǔ)能系統(tǒng)的配置也是如此。此次還注意到，早上（相對(duì)于冬季）對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的需求較少，幾乎所有的儲(chǔ)能放電操作都發(fā)生在晚高峰。
圖10.2030年低成本太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)景中各種儲(chǔ)能技術(shù)夏季的操作（上圖），以及系統(tǒng)凈負(fù)載（下圖）。對(duì)于頂部面板，實(shí)心區(qū)域表示儲(chǔ)能系統(tǒng)裝機(jī)容量調(diào)度，實(shí)線表示總可用裝機(jī)容量
而在2040年和2050年，由于儲(chǔ)能部署量的增加和季節(jié)性變化非常小，儲(chǔ)能系統(tǒng)的利用率在總體上會(huì)減少（如第3.2節(jié)所述），除了在某些季節(jié)的初夏月份可能會(huì)增加儲(chǔ)能系統(tǒng)使用量。初夏的幾個(gè)月通常展示了強(qiáng)大的風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電，以及比夏末月份更溫和的溫度帶來(lái)中等負(fù)荷。
總體而言，本節(jié)中的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行概況表明，儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行與太陽(yáng)能發(fā)電可用性緊密相關(guān)，而與風(fēng)力發(fā)電的關(guān)系則較差。這一結(jié)論在場(chǎng)景、資源組合和季節(jié)之間保持一致。太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施具有可預(yù)測(cè)的每日開(kāi)啟和關(guān)閉周期，這與儲(chǔ)能系統(tǒng)的充電和放電的需求非常吻合。另一方面，風(fēng)力發(fā)電設(shè)施經(jīng)常經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)度發(fā)電，其時(shí)間持續(xù)數(shù)小時(shí)或數(shù)天，比在這里研究的儲(chǔ)能系統(tǒng)的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)得多。盡管儲(chǔ)能系統(tǒng)可以在存儲(chǔ)太陽(yáng)能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，但與太陽(yáng)能發(fā)電的協(xié)同作用更加一致。
3.3、儲(chǔ)能系統(tǒng)敏感性
到目前為止，已經(jīng)討論了儲(chǔ)能系統(tǒng)在每日、季節(jié)性和年度基礎(chǔ)上對(duì)未來(lái)電力系統(tǒng)的作用。但是，也可以通過(guò)評(píng)估儲(chǔ)能系統(tǒng)的作用來(lái)獲得有意義的洞察力。到目前為止，已經(jīng)考慮了通過(guò)區(qū)域能源部署系統(tǒng)(ReEDS)中的成本優(yōu)化部署的最佳儲(chǔ)能裝機(jī)容量。對(duì)于本節(jié)中描述的一“敏感性”是一種影響，是指對(duì)該研究報(bào)告對(duì)于到2050年高天然氣成本/低成本電池場(chǎng)景中調(diào)整儲(chǔ)能系統(tǒng)裝機(jī)容量，以觀察其對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的價(jià)值影響、輸電系統(tǒng)和儲(chǔ)能的相互作用，以及對(duì)傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組調(diào)度的影響。
對(duì)于在本節(jié)中描述的敏感性，以到2050年的高天然氣成本/低成本電池場(chǎng)景中部署的660GW儲(chǔ)能系統(tǒng)為基準(zhǔn)。以80%～120%儲(chǔ)能系統(tǒng)的±5%“增量”來(lái)調(diào)整儲(chǔ)能系統(tǒng)的裝機(jī)容量。每個(gè)增量都會(huì)將儲(chǔ)能系統(tǒng)的總裝機(jī)容量減少或增加約33GW。在此強(qiáng)調(diào)的是，從區(qū)域能源部署系統(tǒng)(ReEDS)部署的發(fā)電組合中減少和添加儲(chǔ)能系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致擴(kuò)建不再是“最佳”。這意味著在儲(chǔ)能系統(tǒng)裝機(jī)容量少于100%的情況下，可能會(huì)降低可靠性。盡管沒(méi)有在一個(gè)場(chǎng)景中看到大量負(fù)載下降，但儲(chǔ)能系統(tǒng)部署率較低的情況下，相對(duì)于100%的儲(chǔ)能系統(tǒng)的敏感性，儲(chǔ)能系統(tǒng)裝機(jī)容量下降的發(fā)生率確實(shí)有所增加。
3.3.1、儲(chǔ)能系統(tǒng)增量的運(yùn)營(yíng)價(jià)值
圖11顯示了2050年5月其中的四天時(shí)間里三種儲(chǔ)能系統(tǒng)的敏感性（80%、100和120%）的電力系統(tǒng)調(diào)度。80%的儲(chǔ)能系統(tǒng)敏感性表明出現(xiàn)大量削減（特別是在5月6日中午左右，當(dāng)時(shí)正在發(fā)生150GW以上的削減）。100%的儲(chǔ)能系統(tǒng)敏感性和120%儲(chǔ)能系統(tǒng)敏感性的削減都在下降，并且在120%儲(chǔ)能系統(tǒng)的敏感性中僅低于100GW。每日調(diào)度還表明，相對(duì)于80%的儲(chǔ)能敏感性，在100%和120%的儲(chǔ)能敏感性場(chǎng)景中，太陽(yáng)能發(fā)電時(shí)間增長(zhǎng)而導(dǎo)致內(nèi)天然氣發(fā)電量減少。
圖11.高天然氣成本/低成本電池場(chǎng)景中2050年5月中的4天電力系統(tǒng)調(diào)度
如圖11所示，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以有效地使用邊際成本較低的電力（例如太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施的電力），并可以取代更昂貴的電力（例如天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)施的電）。因此，較高的儲(chǔ)能敏感性表現(xiàn)出較低的年發(fā)電成本。
需要注意的是，年發(fā)電成本會(huì)隨著儲(chǔ)能系統(tǒng)在100%儲(chǔ)能系統(tǒng)敏感性的減少而增加，并且隨著儲(chǔ)能系統(tǒng)的增加而降低。這條曲線說(shuō)明了隨著更多儲(chǔ)能系統(tǒng)添加到電力系統(tǒng)中，儲(chǔ)能裝機(jī)容量的增量將如何減少。例如，在80%到85%的儲(chǔ)能敏感性之間，增加33GW的儲(chǔ)能系統(tǒng)可以將年發(fā)電成本降低7.32億美元。相比之下，在115%到120%的儲(chǔ)能場(chǎng)景中，增加33GW的儲(chǔ)能系統(tǒng)，總成本只降低了2.48億美元。這一研究表明，隨著裝機(jī)容量的增加，儲(chǔ)能系統(tǒng)的套利機(jī)會(huì)將會(huì)減少。
圖12顯示儲(chǔ)能敏感性的年度總發(fā)電成本（以10億美元計(jì)）。2050年高天然氣成本/低成本電池場(chǎng)景在中間顯示為100%儲(chǔ)能系統(tǒng)的敏感性
圖13顯示了增量的儲(chǔ)能系統(tǒng)相對(duì)于100%儲(chǔ)能敏感性的年度邊際值，說(shuō)明了相同的趨勢(shì)。
圖13表明，儲(chǔ)能系統(tǒng)的大部分價(jià)值來(lái)自減少的燃料成本。需要注意的是，圖13中儲(chǔ)能系統(tǒng)的增量只是儲(chǔ)能系統(tǒng)增量總值的一小部分。如上所述，儲(chǔ)能系統(tǒng)也具有容量?jī)r(jià)值。雖然容量?jī)r(jià)值可以通過(guò)生產(chǎn)成本建模（例如圖3中前10個(gè)凈負(fù)載小時(shí)內(nèi)的儲(chǔ)能系統(tǒng)可用性）來(lái)表示，但容量和套利的價(jià)值最終將與容量擴(kuò)展模型（如ReEDS）中的成本進(jìn)行加權(quán)。
（未完待續(xù)）
