一個新的研究表明，持續(xù)時間較短的電池存儲系統(tǒng)的電能可能取代加利福尼亞即將關(guān)閉的峰值電廠的大部分份額。儲能系統(tǒng)為峰值需求提供電力服務(wù)的時代才剛剛開始，因此這個市場的規(guī)模非常具有爭議。

加利福尼亞州已經(jīng)關(guān)閉了一個天然氣發(fā)電廠，傾向于部署電池儲能系統(tǒng)。在其他地方，監(jiān)管機構(gòu)呼吁PG＆E公司采用儲能系統(tǒng)，而不是維護兩個現(xiàn)有的天然氣峰值電廠。亞利桑那州的一家公用事業(yè)公司最近采購了Asolarand電池儲能項目，專門為電力高峰時段提供服務(wù)。

當(dāng)電力需求最高時，這些是電網(wǎng)獲得電力的重大轉(zhuǎn)變的早期跡象。美國國家可再生能源實驗室研究員Paul Denholm表示：“在過去幾年中，作為峰值電力替代品的儲能系統(tǒng)的數(shù)量大幅增長。我擔(dān)心的是，這種情況可能令人振奮，但這有真正的市場嗎？”

當(dāng)一個新市場出現(xiàn)并吸引投資時，它會帶來一些風(fēng)險。在PJM頻率調(diào)節(jié)的早期儲能市場中，出現(xiàn)過這種情況，而PJM頻率調(diào)節(jié)由于過飽和度和規(guī)則變化大部分已經(jīng)枯竭。

Denholm和同事Robert Margolis決定使用來自加利福尼亞州的負載數(shù)據(jù)和模擬太陽能光伏生產(chǎn)測試儲能設(shè)備的市場潛力。他們的新研究表明，僅加利福尼亞的峰值電力就構(gòu)成了巨大的市場機會，隨著太陽能容量的增加，這一機會將繼續(xù)增加。

首先，Denholm和Margolis建立了一個基準線，即可以在沒有任何間歇性可再生能源的情況下如何滿足峰值需求。他們模擬了采用4小時儲能系統(tǒng)。隨著更多電池上線運營，它們逐漸使峰值變平，最終需要更長的時間單位來滿足額外的峰值需求，如下圖所示。

一旦有足夠的4小時儲能進入市場以獲得最高容量，它就會使峰值變平超過4小時，從而為這類資產(chǎn)帶來了市場限制

2020年4小時儲能市場規(guī)模的保守上限約為3000兆瓦。沒有采用太陽能發(fā)電的儲能系統(tǒng)是一個純粹的假設(shè)情景。在確定基線后，研究人員測試了儲能效率以滿足不同太陽能發(fā)電水平下的峰值。

在太陽能光伏發(fā)電水平較低的情況下，與沒有采用太陽能發(fā)電相比，4小時儲能市場規(guī)模實際上會減少，因為太陽能會降低凈負荷。不過，一旦太陽能普及率達到11％，儲能市場將超過基本情況。加利福尼亞州已經(jīng)通過了這一點，因此儲能開發(fā)商不必擔(dān)心太陽能發(fā)電會削弱他們的前景。

超過11％的太陽能透過率，增量太陽能使系統(tǒng)峰值變得更加尖銳，產(chǎn)生著名的“鴨型曲線”。而凈負荷在白天下降，隨著太陽下山和住宅用電增加，夜晚用電會激增。

這種情況對于4小時儲能是一件好事。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加利福尼亞州到2020年太陽能普及率達到17％時，儲能市場的容量將增至7000兆瓦。

這種容量遠遠超過為早期儲能開發(fā)商所在的輔助服務(wù)市場。相比之下，整個美國的頻率調(diào)節(jié)市場低于5000兆瓦。研究發(fā)現(xiàn)，如果加利福尼亞州的太陽能發(fā)電量達到30％，它可以支持接近10000兆瓦的4小時儲能用于滿足峰值需求。

隨著加州部署更多太陽能產(chǎn)能，4小時儲能的潛在市場將繼續(xù)增長

“這是一個價值數(shù)十億美元的潛在市場，”Denholm說。“看起來這個持續(xù)時間較短的儲能系統(tǒng)可以滿足加利福尼亞大部分的峰值容量需求。”

加利福尼亞州擁有20.8千兆瓦的峰值容量。研究人員估計，根據(jù)以往的經(jīng)濟，在未來20年內(nèi)，可能將關(guān)閉13千兆瓦的電廠容量。同時，由于加利福尼亞州對電廠運營加大監(jiān)管，到2029年，將減少發(fā)11,000兆瓦的電廠發(fā)電容量，其大部分容量也服務(wù)于峰值功率需求。

這項研究的數(shù)據(jù)表明，4小時儲能本身可能無法在經(jīng)濟上彌補傳統(tǒng)峰值電廠的缺口。然而，這需要進一步的探索。在接下來的十年或二十年中，鋰離子電池的成本將變得更低，放電持續(xù)時間比目前更長。同時，數(shù)十家公司正在競相采用替代技術(shù)以實現(xiàn)持續(xù)更長的儲能系統(tǒng)。

“這種相對短期儲能系統(tǒng)的機會正在增加，但最終會有一個限制，”Denholm說。 “如果企業(yè)想做更多的事情，就像采用一些脫碳方案所要求的那樣，可能需要采用更長時間的儲能系統(tǒng)。”

這項研究加深了人們對儲能和太陽能的共同理解。太陽能發(fā)電的增加也改變了需求曲線的形狀。準確預(yù)測未來電池容量市場需要了解這些相互作用的力量。

這個報告主要專注于加利福尼亞州，因為該州的太陽能發(fā)電和存儲部署在美國已經(jīng)處于領(lǐng)先地位。但這些發(fā)現(xiàn)對其他采用這些資源的其他州也有利。

Denholm表示，加州的經(jīng)驗教訓(xùn)是，與傳統(tǒng)替代品相比，監(jiān)管框架已經(jīng)開始分析儲能的相對價值和生命周期成本的重要性。

Denholm 指出，“加州的儲能任務(wù)確實迫使公用事業(yè)公司開始關(guān)注儲能并進行分析，現(xiàn)在他們將考慮如何權(quán)衡相對優(yōu)勢。”

還有其他的州正在采用強大的儲能政策，其中包括馬薩諸塞州、紐約州和亞利桑那州。

Denholm還希望在儲能系統(tǒng)在提供資源充足性方面進行更充分地探索。如果這種趨勢持續(xù)下去，加利福尼亞州開始關(guān)閉天然氣發(fā)電廠，并以儲能系統(tǒng)取而代之，人們將不得不面對如何操作這些資產(chǎn)以確保電網(wǎng)可靠性的難題。

Denholm說：“我們不希望儲能設(shè)備運行不當(dāng)導(dǎo)致能源耗盡，這對每個人來說都是一場噩夢。”

與燃氣發(fā)電廠不同，電池儲能系統(tǒng)不能無限期地運轉(zhuǎn)。而為了收集可靠的儲能系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度數(shù)據(jù)，還需要更多的操作。