中國儲能網訊：加州做出了投資低成本可再生能源的“明智選擇”，而關鍵是現在如何最好地利用這些資產。
鐵空氣電池儲能初創(chuàng)廠商Form Energy公司的研究團隊在一份調查報告中指出，加利福尼亞州正在尋求一些世界上最激進的可再生能源部署和脫碳途徑。然而，這些巨大的進步也為儲能系統(tǒng)帶來了需要解決的一些關鍵挑戰(zhàn)。
為了迅速實現電網脫碳，加州做出了明智的戰(zhàn)略選擇，致力部署電網規(guī)模的可再生能源，這樣該州就可以擺脫成本更昂貴和污染更嚴重的化石燃料發(fā)電廠。
從2010年到2020年，加利福尼亞州的太陽能和風能發(fā)電的比例從3.4%增加到近22.7%。該州計劃繼續(xù)保持這一增長勢頭，并預計到2030年再部署16.9GW太陽能發(fā)電設施和8.2GW風電設施，以滿足能源需求并避免在成本高昂的夏季采用化石燃料發(fā)電設施的電力。
但有時并不總是需要這么多電力容量，導致在電力需求較低的期間減少或丟棄多余電力。 由于沒有部署低成本的長時儲能系統(tǒng)，加州客戶的明智投資是繼續(xù)部署更多的可再生能源以滿足高峰值電力需求，并避免在昂貴的夏季月份燃燒化石燃料。
但是在某個時刻，在需求較低時期產生的過剩能源將成為該州利用儲能系統(tǒng)的機會。 為什么確信這一刻已經到來？首先，可再生能源削減量的增長速度比預期的要快且持續(xù)時間更長——有時會持續(xù)數天。其次，低成本、長時儲能（在這里的定義為大于8小時）和多日儲能（在這里的定義為大于24小時）技術正在進入市場。
這些長時儲能技術有望為加利福尼亞州帶來長期利益，包括電網的可靠性和彈性、在惡劣天氣事件或季節(jié)都能使用的可再生能源、改善當地空氣質量、創(chuàng)造就業(yè)機會，以及促進當地經濟發(fā)展。
儲存數小時至數天過?？稍偕茉吹臋C會
為了了解可再生能源削減的動態(tài)，Form Energy公司分析了加利福尼亞獨立系統(tǒng)運營商(CAISO)的數據，詳細說明了2014年5月1日至2022年5月31日期間加利福尼亞州削減的可再生能源數量。
研究結果表明，長時儲能和多日儲能的機會越來越多，以幫助整合該州的可再生能源。
圖1繪制了2014年到2022年的可再生能源棄電的數據，并顯示了每個事件期間的棄電量。每個氣泡的大小代表削減事件的持續(xù)時間。
自從2014年以來，加州持續(xù)削減可再生能源的平均持續(xù)時間已從2.5小時增加到9.5小時。其中許多削減事件持續(xù)數天，最長的事件持續(xù)時間為71小時。
削減的可再生能源發(fā)電量快速增長。直到2022年，加州已經削減了1,860GWh風電和太陽能發(fā)電量，足以為20萬多戶家庭用戶供電一年。具體而言，削減期間減少的發(fā)電量總計超過110GWh，自從2014年以來增加了37倍以上。
圖1 2014年～2022年加州削減的清潔能源發(fā)電量
在最需要的時候儲存多余的可再生能源
在這些可再生能源消減期間，部署在正確位置的儲能系統(tǒng)能夠以低成本存儲這些多余的可再生能源，甚至在供過于求期間在電價變?yōu)樨撝禃r零成本存儲電力。
然后，長時和多日儲能系統(tǒng)可以使用這種低成本的過剩清潔能源來管理加州增長的電力需求，在凈需求高峰期提供電力，并且在多日儲能的情況下，在可再生能源的多日中斷期間提供可靠電力。
這種過剩清潔能源的第一個用途是幫助解決加州備受爭議的“鴨子曲線”——太陽能發(fā)電峰值期間凈電力需求下降，隨后凈電力需求隨著日落迅速增加。
如果長時儲能系統(tǒng)的儲能容量能夠用圖 1 中所示的削減的電力充電，并在需求峰值期釋放這些電力源，那么自從 2014 年以來，加州可以節(jié)省1.29 億美元以上，并減少約 110 萬噸二氧化碳排放。
利用過剩清潔能源電力的第二個主要用例是在可再生能源間歇性發(fā)電時期發(fā)電量不足期間補充能源供應。
Form Energy公司對加州公用事業(yè)委員會綜合資源規(guī)劃過程中使用的35年太陽能發(fā)電和風力發(fā)電概況進行了分析，確定了138個多日可再生能源間歇期的實例（間歇期被定義為風力發(fā)電和太陽能發(fā)電量與平均值相比低25%以上的時期）。
這些持續(xù)多日的可再生間歇期對深度脫碳電網的可靠性構成最大威脅。如今的電池儲能系統(tǒng)可以經濟可行地存儲大約8或12小時的電力，這意味著它們在可再生能源發(fā)電的間歇期耗盡電量，而在此期間每天都無法充電。
因此，能夠在多日內提供能源的清潔能源技術對于確保低成本、清潔、可靠的電力至關重要。如果沒有這些技術，電網規(guī)劃者將需要建造比電網需要的更多的可再生能源來滿足典型的能源需求，并且他們可能還需要繼續(xù)運營化石燃料發(fā)電設施，這對客戶來說成本很高。
對2045年加州零碳電網的建模表明，在這樣的間歇期如何利用這些過剩的清潔能源來支持電網的可靠性。
圖2 取自E3公司和Form Energy公司對長時儲能有助于實現加州能源目標評估的初步結果，顯示了在秋季多云期間太陽能發(fā)電量較低難以為鋰離子電池儲能系統(tǒng)充電，以至于無法在晚上提供足夠的電力來滿足需求。與其相反，多日儲能技術填補了這一空白，在最需要的時候為加州負載提供清潔可靠的電力。
圖2
隨著加州削減可再生能源事件的頻率、規(guī)模和持續(xù)時間的增加，新型長時儲能和多日儲能技術為加州客戶創(chuàng)造價值的機會已經到來。
把握機遇
隨著加利福尼亞州的脫碳目標變得更加嚴格，并且該州需要在可再生能源發(fā)電量低、極端高溫等其他壓力條件下采用零碳資源，長時儲能和多日儲能技術在電網中的價值只會隨著時間的推移而增加。
該州最近遭遇的熱浪導致居民和企業(yè)降低電力需求將近一周的時間，凸顯了該州面臨的多日高溫天氣挑戰(zhàn)。
幸運的是，該州已經在將長時儲能和多日儲能技術推向市場方面取得了顯著進展。加利福尼亞州在美國首次推出了 1.26 億美元激勵措施，以激勵長時儲能系統(tǒng)的部署和應用。
采用長時儲能技術需要公用事業(yè)公司開始將它們納入資源規(guī)劃，這將面臨必須解決的特定建模挑戰(zhàn)。了解這些資源每小時的運營動態(tài)是了解其價值的關鍵，這在能源過剩和能源稀缺的多日期間最為明顯。
當前的行業(yè)標準模型僅在每年幾天或幾周內捕獲電網動態(tài)，因此低估了多日儲能系統(tǒng)可以為電網提供的價值。
然而，新興的建模工具和技術可以考慮所有可能的電網極端情況，并代表可以跨天和跨季節(jié)轉移能源的資源經濟。而將長時儲能技術和更好的電網規(guī)劃工具相結合，可以為加州建立一個更可靠、更清潔、更具成本效益的電網。
