在CAISO和MISO中，短時間(SD)、長時間(LD1和LD2)和季節(jié)存儲(SS)的歸一化電荷狀態(tài)(SOC)。(a) 100%可再生能源組合的CAISO設(shè)備的標準化SOC。(b) MISO上100%可再生能源組合設(shè)備的標準化SOC?！癝OC = 1”(暗紅色)表示存儲設(shè)備已滿?！癝OC = 0”(淡紅色)表示該存儲設(shè)備為空。來源:美國國家可再生能源實驗室
隨著各州逐步實現(xiàn)100%的可再生能源運營，能源存儲將成為實現(xiàn)更多樣化電力供應(yīng)的關(guān)鍵。但沒有一種技術(shù)能解決我們所有的能源存儲需求。
美國國家可再生能源實驗室(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、超高無碳和可再生電力系統(tǒng)的最佳能源存儲組合》的分析表明，存儲解決方案組合對未來的能源系統(tǒng)具有最佳的經(jīng)濟意義。
“事實上，每個能源系統(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?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)，在高可再生系統(tǒng)的不同時間尺度和經(jīng)濟環(huán)境下，儲能能夠?qū)崿F(xiàn)最低成本的能源，這意味著我們正在為未來的電網(wǎng)尋找儲能技術(shù)的組合?！?
存儲技術(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)化模型來比較美國各地的能源存儲組合。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組合。例如，加州獨立系統(tǒng)運營商(CAISO)電網(wǎng)是太陽能驅(qū)動的，釋放約50天的季節(jié)性存儲，以覆蓋模型中的冬季，而風(fēng)力驅(qū)動的midcontinental獨立系統(tǒng)運營商(MISO)可以部署持續(xù)時間更短的季節(jié)性存儲(但仍比目前部署的大多數(shù)存儲技術(shù)長得多)，容量為5-14天。
存儲技術(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。短時間(日內(nèi))存儲，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，而長時間(日)存儲，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。
“對于非常高或100%的可再生電力系統(tǒng)，我們需要意識到哪種存儲組合最適合哪個位置或系統(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%可再生運行，可再生能源的減少開始下降，因為季節(jié)性存儲變得具有成本效益，并增加了系統(tǒng)的存儲容量。來源:美國國家可再生能源實驗室
100%可再生能源的存儲組合
研究人員對超高可再生系統(tǒng)得出了一些令人驚訝的結(jié)果:當一個系統(tǒng)接近100%可再生運行時，其存儲組合中越來越多的部分將受益于多日到季節(jié)性的存儲能力。這是因為剩余負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)時間的存儲在平滑太陽能的日波動方面更有效。
當接近100%的可再生系統(tǒng)時，季節(jié)性儲存成為一個更大的角色，另一個令人驚訝的策略出現(xiàn)了，即存儲到存儲的充電變得具有經(jīng)濟優(yōu)勢。因此，可再生能源的削減開始減少，因為更多的可再生能源可以用于存儲。超高可再生系統(tǒng)的這些動態(tài)突出了競爭因素如何廣泛影響最佳存儲組合。
對電力行業(yè)的影響
研究結(jié)果對系統(tǒng)運營商、技術(shù)開發(fā)人員、電力供應(yīng)商和更廣泛的行業(yè)都非常重要。對這些群體來說，主要的信息是，理想的能源儲存組合可能會因地區(qū)而異，而且會因可再生能源的比例而異。隨著越來越多的城市和州設(shè)定清潔能源目標，規(guī)劃未來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技術(shù)空間，以及它如何融入他們的系統(tǒng)。
下一個是什么?
既然研究人員已經(jīng)確定了存儲部署的巨大成本差異，未來的工作將側(cè)重于對存儲價值進行更全面的評估。
“我們需要一個更全面的方法，”Guerra說?！按鎯夹g(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的所有好處，以提供最優(yōu)的存儲組合?！?
