我們將從美國的儲能市場來討論這些問題： 儲能系統(tǒng)的成本和性能如何變化？日間儲能在電力部門的作用是什么？在美國，經(jīng)濟(jì)上可行的日間儲能部署是什么？哪些因素可能會推動(dòng)這一部署？日間儲能容量的增加將如何影響電網(wǎng)運(yùn)行？

 

未來幾十年的儲能市場

儲能系統(tǒng)可能是未來低碳、靈活和有彈性的電網(wǎng)的一個(gè)關(guān)鍵因素。在過去幾年中，美國電力部門的可再生能源發(fā)電量急劇增加，預(yù)計(jì)未來儲能市場將迎來大幅增長。因此，越來越多的公司開始涉足這些領(lǐng)域，你可以閱讀美國十大儲能電池公司，了解美國的儲能產(chǎn)業(yè)。

此外，隨著對清潔能源部署的重視，同時(shí)保持電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，市場對儲能市場的需求也在增加。美國和世界各國越來越重視解決電力系統(tǒng)停電的用例，越來越重視對電力系統(tǒng)可靠性和彈性的研究和分析。

同時(shí)，在過去幾年中，儲能技術(shù)的成本大幅下降，更多不同的儲能技術(shù)正在被開發(fā)。這些因素使人們更加關(guān)注儲能系統(tǒng)作為一種關(guān)鍵的脫碳資產(chǎn)所發(fā)揮的重要作用，并在不斷增長的儲能市場中確保電網(wǎng)的可靠供電。

儲能系統(tǒng)為電網(wǎng)提供了許多潛在的好處。儲能系統(tǒng)可以儲存和提供電力，補(bǔ)充風(fēng)能和太陽能發(fā)電設(shè)施，并在這些資源的可用性下降時(shí)提供電力。當(dāng)與可再生能源或其他清潔能源相結(jié)合時(shí)，儲能系統(tǒng)有能力減少溫室氣體排放。

儲能系統(tǒng)還可以提高輸電線路的利用率，同時(shí)抵消或減緩新發(fā)電設(shè)施的建設(shè)，以提供峰值容量或滿足儲能市場對運(yùn)行儲備的需求。

最后，分布式儲能系統(tǒng)可以在需求高峰期減少電網(wǎng)的運(yùn)行壓力。這種靈活性對于電動(dòng)汽車的預(yù)期增長和其他終端電氣化帶來的潛在負(fù)荷增長非常重要。

隨著儲能系統(tǒng)成本的不斷下降和電網(wǎng)整合更多可變的可再生能源，儲能系統(tǒng)的部署將在未來幾十年內(nèi)大幅增加。但這也提出了一些問題，比如儲能將如何影響未來幾十年電網(wǎng)的運(yùn)行和發(fā)展？

 

 

量化儲能系統(tǒng)的價(jià)值比量化太陽能或風(fēng)能等可再生能源發(fā)電設(shè)施的價(jià)值更復(fù)雜，因?yàn)閮δ芟到y(tǒng)的特性會影響發(fā)電、輸電和配電。

國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）旨在加深對儲能系統(tǒng)如何為電力系統(tǒng)增值的理解。

為電力系統(tǒng)增加多少價(jià)值，可以經(jīng)濟(jì)地部署多少儲能，以及了解儲能部署如何影響電力系統(tǒng)的運(yùn)行和演變。

隨著時(shí)間的推移，增加儲能部署和持續(xù)時(shí)間，為美國白天（12小時(shí)以下）儲能系統(tǒng)的部署建立一些長期預(yù)測，然后應(yīng)用詳細(xì)的生產(chǎn)成本和基于代理的模型，更好地了解 儲能系統(tǒng)的作用。

儲能部署有可能大幅增加–到2050年至少是今天部署的儲能系統(tǒng)累計(jì)裝機(jī)容量的5倍，并將在確定未來儲能市場的成本優(yōu)化電網(wǎng)組合中發(fā)揮不可或缺的作用。

關(guān)于儲能市場的未來及其對電力系統(tǒng)的影響的8個(gè)關(guān)鍵啟示。這些重要的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)可以幫助政策制定者、技術(shù)開發(fā)商和電網(wǎng)運(yùn)營商為即將到來的儲能部署浪潮做好準(zhǔn)備。

 

 

裝機(jī)容量預(yù)計(jì)將快速增長

美國電力部門采用日間儲能具有巨大的經(jīng)濟(jì)潛力，表明儲能系統(tǒng)的成本競爭力越來越強(qiáng)。

利用先進(jìn)的大規(guī)模擴(kuò)容模型，發(fā)現(xiàn)在各種情況下，日間儲能系統(tǒng)（持續(xù)時(shí)間<12小時(shí)）在儲能市場上具有成本競爭力，適用于儲能系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電設(shè)施、太陽能發(fā)電設(shè)施以及天然氣發(fā)電廠的一系列成本和性能假設(shè)。

在所有情況下，未來儲能市場部署的儲能系統(tǒng)總裝機(jī)容量從100GW到650GW不等。而如此大的范圍是由多種因素驅(qū)動(dòng)的，包括儲能系統(tǒng)的成本、天然氣價(jià)格和可再生能源成本上升。
即使是最保守的情況，與到2020年累計(jì)部署23GW的儲能系統(tǒng)相比，裝機(jī)容量也將增加5倍，其中大部分是抽水機(jī)。

值得注意的是，即使沒有額外的碳減排政策，可再生能源和儲能系統(tǒng)也將被大量部署，這表明它們作為提供能源和容量服務(wù)的資源，成本競爭力越來越強(qiáng)。

在一個(gè)重要但不完全的脫碳模擬情景中，與2005年相比，美國電力部門的碳排放減少了46%至82%，到2050年，美國的可變可再生能源（VRE）在總裝機(jī)容量中的份額達(dá)到43%至81%。

在與太陽能發(fā)電設(shè)施固有的協(xié)同作用的驅(qū)動(dòng)下，通常采用持續(xù)時(shí)間為4至6小時(shí)的存儲系統(tǒng)，但持續(xù)時(shí)間較長的存儲系統(tǒng)通常會在后期的建模中部署。

 

 

鋰離子電池儲能系統(tǒng)將引領(lǐng)儲能市場的份額

未來儲能市場發(fā)展預(yù)測，公用事業(yè)規(guī)模的電池儲能系統(tǒng)和其他儲能技術(shù)的成本，推動(dòng)大部分的預(yù)期增長確定在裝機(jī)容量。

預(yù)計(jì)短期內(nèi)部署的大部分固定式儲能系統(tǒng)是電池儲能系統(tǒng)，特別是鋰離子電池儲能系統(tǒng)。鋰離子電池儲能系統(tǒng)在儲能市場的主導(dǎo)地位，至少在短期內(nèi)是由其在多個(gè)市場的增長所推動(dòng)的，包括消費(fèi)電子和固定式儲能應(yīng)用，以及電動(dòng)汽車。

圖中顯示了一個(gè)鋰離子電池組的歷史和未來成本的例子，顯示了近年來儲能系統(tǒng)成本的快速下降。該圖還顯示，絕大多數(shù)的電池都用于交通應(yīng)用，這可能是電池技術(shù)發(fā)展和電池成本下降的最重要的驅(qū)動(dòng)力。

使用公用事業(yè)規(guī)模的電池存儲系統(tǒng)的各種未來成本預(yù)測來評估整體系統(tǒng)成本，包括逆變器、系統(tǒng)平衡和安裝。

 

 

在過去的十年里，鋰離子電池的成本已經(jīng)下降了80%以上，并且在電動(dòng)汽車需求的推動(dòng)下，基于持續(xù)的生產(chǎn)規(guī)模，預(yù)計(jì)將繼續(xù)下降。

 

 

公用事業(yè)級電池儲能系統(tǒng)的參考方案預(yù)計(jì)將繼續(xù)降低成本。左側(cè)以美元/千瓦時(shí)（存儲容量）為基礎(chǔ)衡量成本，右側(cè)以美元/千瓦（安裝容量）為基礎(chǔ)衡量成本。預(yù)測中假設(shè)一個(gè)60MW的電池存儲項(xiàng)目

左邊的曲線顯示了儲能系統(tǒng)的儲能容量（千瓦時(shí)）的總成本，這是儲能市場上常用的衡量標(biāo)準(zhǔn)。這就是儲能系統(tǒng)安裝的總成本。對于固定式儲能應(yīng)用，還包括與電力相關(guān)的成本（存儲和轉(zhuǎn)換相關(guān)）和與能源相關(guān)的成本（存儲介質(zhì)）。

與電有關(guān)的成本一般不隨持續(xù)時(shí)間增加，也就是說，2小時(shí)的儲能系統(tǒng)和10小時(shí)的儲能系統(tǒng)的成本是一樣的，這就是儲能容量（千瓦時(shí)）成本隨持續(xù)時(shí)間增加 而減少的原因。電量和持續(xù)時(shí)間的成本細(xì)分如圖所示。

右邊的曲線顯示了裝機(jī)容量（千瓦）的成本，這是衡量公用事業(yè)部門使用的傳統(tǒng)發(fā)電設(shè)施的成本。通過這一措施，其成本隨著持續(xù)時(shí)間的增加而增加。

隨著持續(xù)時(shí)間的增加，電池成本是電池儲能系統(tǒng)的一個(gè)主要組成部分。隨著電池成本的下降，持續(xù)時(shí)間較長的電池儲能系統(tǒng)比持續(xù)時(shí)間較短的電池儲能系統(tǒng)的總體成本下降得快。

 

雖然近年來在儲能市場上部署的大部分儲能系統(tǒng)是電池儲能系統(tǒng)，但隨著成本的下降或長期儲能價(jià)值的提高，各種儲能技術(shù)都可能進(jìn)入儲能市場。

該圖總結(jié)了15種不同類型的儲能系統(tǒng)和處于不同商業(yè)化階段的儲能技術(shù)的資本成本估算。為了得出總成本，安裝容量相關(guān)的成本（X軸）乘以小時(shí)數(shù)（持續(xù)時(shí)間），再加上電力相關(guān)成本（Y軸）。

還描繪了這種關(guān)系的成本區(qū)域，它可能或多或少地適用于短期或長期應(yīng)用。以電池儲能系統(tǒng)為基準(zhǔn)，藍(lán)線代表儲能市場中替代技術(shù)在商業(yè)化后更具成本效益的部分。

需要注意的是，對于大多數(shù)儲能技術(shù)來說，這些電力和能源相關(guān)部分的區(qū)分并不是絕對的，而且可能很難區(qū)分這些部分。圖4中沒有考慮到許多其他重要因素，包括充放電往返效率和潛在的選址限制。

由于電力和能源相關(guān)成本之間的差異，某些技術(shù)可能更適合基于所需時(shí)間的不同儲能應(yīng)用。低功率技術(shù)成本（但高能源成本）可能更適合短期應(yīng)用，而功率相關(guān)成本較高但能源相關(guān)成本較低的設(shè)備在長期應(yīng)用中可能更具競爭力。

隨著儲能市場電網(wǎng)的發(fā)展，長期應(yīng)用可能會發(fā)揮越來越大的作用，這可能會增加采用更多儲能技術(shù)的機(jī)會。最左邊的區(qū)域包含能源相關(guān)成本非常低的技術(shù)（利用地下洞穴或水庫），很適合季節(jié)性儲能系統(tǒng)的應(yīng)用。

總體而言，電池儲能系統(tǒng)目前在儲能市場上占主導(dǎo)地位，但其他儲能技術(shù)在未來可能會繼續(xù)改進(jìn)。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和儲能作用的變化，其他技術(shù)如果能在成本上與電池儲能競爭，可能會有新的儲能市場機(jī)會。

 

 

各種儲能技術(shù)的儲能容量成本（美元/千瓦時(shí)）與裝機(jī)容量成本（美元/千瓦）。與裝機(jī)容量相關(guān)的成本低但與儲能容量相關(guān)的成本高的儲能技術(shù)可能更適合短期儲能應(yīng)用，而在儲能市場上與裝機(jī)容量相關(guān)的成本高而與儲能容量相關(guān)的成本低的儲能技術(shù)在長期儲能應(yīng)用中更具競爭力。隨著技術(shù)的發(fā)展和商業(yè)化，預(yù)期的成本可能會改變

 

固定容量的能力是儲能市場部署的競爭動(dòng)力

擴(kuò)大儲能在電力系統(tǒng)中的作用的框架，討論了儲能系統(tǒng)在公用事業(yè)規(guī)模儲能部署的四個(gè)階段所提供的多種價(jià)值來源。

固定容量： 滿足電力系統(tǒng)高峰期的用戶需求，取代傳統(tǒng)發(fā)電設(shè)施（如天然氣發(fā)電設(shè)施）的容量。

能源時(shí)間轉(zhuǎn)移： 在低凈需求時(shí)期儲存價(jià)格較低的電力，在高凈需求時(shí)期釋放電力。這包括避免無法使用的可再生能源發(fā)電。

運(yùn)行儲備： 對隨機(jī)變化和中斷引起的供需不平衡的快速反應(yīng)。幾種儲備類型包括頻率調(diào)節(jié)和應(yīng)急儲備。

避免改造或升級輸電設(shè)施： 通過在受限地區(qū)部署儲能系統(tǒng)，抵消或減少升級或改造輸電設(shè)施的需要，在電力充足時(shí)充電，并在當(dāng)?shù)剌旊娤到y(tǒng)接近或達(dá)到最大電力容量時(shí)放電。

儲能系統(tǒng)可以在同一時(shí)間或不同時(shí)間提供多種服務(wù)（通常被稱為 “價(jià)值疊加”）。為了確定這些服務(wù)在不斷發(fā)展的儲能市場電網(wǎng)中的相對價(jià)值，研究中模擬了各種場景，儲能系統(tǒng)被激活或停用，以提供單獨(dú)或組合的儲備、容量和轉(zhuǎn)移時(shí)間的能力。

雖然傳輸延遲的價(jià)值很重要，但它很難相互隔離，而且具有很強(qiáng)的區(qū)域性，所以沒有試圖隔離傳輸延遲的價(jià)值。

 

 

圖中顯示了一個(gè)使用參考案例，限制儲能系統(tǒng)所能提供的服務(wù)顯示，為了實(shí)現(xiàn)儲能系統(tǒng)的最大潛力，容量服務(wù)比能量時(shí)移或運(yùn)行儲備更重要。該數(shù)字沒有考慮到與傳輸有關(guān)的利益的影響，這些利益很重要，但非常區(qū)域性。

到2050年，美國儲能市場將部署約200GW的儲能系統(tǒng)。當(dāng)只提供能源時(shí)移服務(wù)時(shí)，它實(shí)現(xiàn)了30%的 “所有四種服務(wù) “的潛力。然而，如果儲能系統(tǒng)只提供固定容量并具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，可能會部署150GW的儲能。

提供運(yùn)行儲備服務(wù)只會增加相對較少的部署，部分原因是所需的運(yùn)行儲備有限，以及主要為提供容量和時(shí)移服務(wù)而部署的儲能系統(tǒng)導(dǎo)致的儲備需求飽和。

總的來說，這表明儲能系統(tǒng)能夠提供穩(wěn)定的存儲容量，并抵消常規(guī)發(fā)電滿足峰值需求的需要，這對于充分發(fā)揮其潛力至關(guān)重要。儲能系統(tǒng)提供固定容量的實(shí)際能力主要取決于其持續(xù)時(shí)間及其與部署區(qū)域內(nèi)凈負(fù)荷峰值持續(xù)時(shí)間的相關(guān)性。

凈負(fù)荷峰值的持續(xù)時(shí)間受到各種因素的影響，包括太陽能和增量儲能的部署。

 

儲能不是唯一的靈活性選擇

提高電力系統(tǒng)的靈活性，滿足峰值需求，并幫助解決儲能市場中凈需求增加的變異性，這種能力通常以靈活的供應(yīng)曲線的形式表示。圖中提供了這個(gè)概念的一個(gè)例子，說明了可以提供靈活性服務(wù)的資源。

從歷史上看，儲能被認(rèn)為是在儲能市場上增加電網(wǎng)靈活性的最昂貴的選擇之一。然而，成本下降可能會改變它在彈性供應(yīng)曲線上的相對位置。

必須強(qiáng)調(diào)的是，儲能只是能夠?yàn)閮δ苁袌鲭娋W(wǎng)提供靈活性的幾種資源之一，以更好地調(diào)整發(fā)電供應(yīng)與電力需求。

 

 

具有成本效益的去碳化需要考慮所有的資源，包括最終使用的電力需求中基本未開發(fā)的潛在靈活性。靈活的需求可以通過各種機(jī)制實(shí)現(xiàn)，從價(jià)格信號到分布式能源的集中，再到靈活的電動(dòng)汽車充電?？梢蕴峁┰S多與儲能系統(tǒng)相同的服務(wù)，包括減少峰值凈需求和改變可變發(fā)電的時(shí)間。

 

 

該圖顯示了儲能市場的需求和儲能系統(tǒng)在電力行業(yè)的巨大利用潛力。圖中第1欄和第3欄提供了基本情景下的結(jié)果。

第2欄和第4欄假設(shè)有額外的需求響應(yīng)部署，以評估其對儲能系統(tǒng)和整體投資決策的影響。在這些情況下，靈活的需求減少了對能源的總體需求和能源時(shí)間轉(zhuǎn)移的價(jià)值。

因此，儲能部署有所減少，特別是在儲能系統(tǒng)成本適中的情況下，突出了靈活需求和儲能系統(tǒng)之間的潛在競爭。

需要進(jìn)行更多研究，以充分了解儲能市場中需求響應(yīng)部署的潛在機(jī)會。考慮實(shí)施成本、社會接受度、凈高峰期的可用性（可能隨著可變發(fā)電量的增加而變化）以及實(shí)施機(jī)制。

雖然儲能系統(tǒng)可能會越來越多地與靈活需求等資源競爭，但最低成本的脫碳需要分析一系列的靈活性選項(xiàng)，這些選項(xiàng)可以幫助實(shí)現(xiàn)可再生能源和其他清潔能源。

隨著對負(fù)荷靈活性和響應(yīng)性的需求增加，到2050年，無論儲能市場是否有高的需求響應(yīng)，對于低可再生能源//電池成本的情況下，儲能市場的容量需求將減少。

 

 

太陽能發(fā)電設(shè)施部署的增加表明凈負(fù)荷高峰期的持續(xù)時(shí)間更短

該圖說明了加州高峰期每日凈負(fù)荷的變化，太陽能發(fā)電對年度負(fù)荷的貢獻(xiàn)從0%增加到20%。

在幾乎所有從中午到晚上出現(xiàn)需求高峰的地方，增加部署太陽能發(fā)電設(shè)施的一個(gè)關(guān)鍵后果是減少了凈負(fù)荷高峰期的持續(xù)時(shí)間。

這減少了提供固定容量所需的儲能系統(tǒng)時(shí)間（因此也減少了成本），這是價(jià)值的一個(gè)主要來源。

 

 

太陽能發(fā)電設(shè)施部署的增加表明儲能系統(tǒng)提供固定容量所需的時(shí)間較短

圖中說明了隨著太陽能發(fā)電設(shè)施裝機(jī)容量的增加，儲能系統(tǒng)的運(yùn)行如何隨凈負(fù)荷而變化。上面的曲線顯示了2020年模擬條件下美國儲能市場白天平均儲能充放電的概況，儲能系統(tǒng)主要在夜間充電，這與最低凈負(fù)荷水平相對應(yīng)。

底部面板顯示了2030年儲能市場模擬條件下的結(jié)果，太陽能發(fā)電的部署大量增加。儲能系統(tǒng)充電的大部分時(shí)間將轉(zhuǎn)移到中午，與多余的太陽能電力的可用性相吻合。

在儲能系統(tǒng)價(jià)值方面，最重要的變化發(fā)生在放電模式。在2020年儲能市場的夏季高峰期，為了延長放電時(shí)間，儲能系統(tǒng)必須以部分裝機(jī)容量運(yùn)行，從而降低其滿足電力系統(tǒng)峰值需求的能力。

在2030年的儲能市場中，由于太陽能發(fā)電帶來的短暫高峰期，儲能系統(tǒng)可以在全部裝機(jī)容量下放電。

 

 

作為太陽能貢獻(xiàn)函數(shù)曲線的晝間儲能峰值容量潛力（長達(dá)12小時(shí)）（左）和作為太陽能發(fā)電貢獻(xiàn)曲線的晝間能源時(shí)間轉(zhuǎn)移潛力（右）。

峰值凈負(fù)荷模式的變化增加了儲能系統(tǒng)滿足峰值需求的潛力，并增加了能源時(shí)間轉(zhuǎn)移的機(jī)會。該圖顯示了美國每年白天儲能（<12小時(shí)）在每種情況下提供峰值容量的潛力，繪制成與太陽能發(fā)電貢獻(xiàn)的函數(shù)。

這條曲線代表了儲能系統(tǒng)的容量，可以在儲能市場的高需求期可靠地提供固定容量，并可能取代傳統(tǒng)的峰值容量。相對于2020年的水平，美國儲能市場系統(tǒng)滿足峰值需求的潛力增加了一倍，太陽能發(fā)電量占35%。

由于許多地區(qū)的峰值凈負(fù)荷轉(zhuǎn)移到了太陽能發(fā)電能力較低的冬季，這最終趨于平緩。

隨著太陽能發(fā)電設(shè)施和太陽能電池在儲能市場的部署增加，也增加了儲能提供時(shí)間轉(zhuǎn)移的潛力，如圖所示。

風(fēng)力發(fā)電和晝夜儲能之間的關(guān)系不太相關(guān)，因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電模式在一天中的表現(xiàn)并不一致，而風(fēng)力發(fā)電和儲能系統(tǒng)容量之間的協(xié)同作用發(fā)生在較長的時(shí)間段內(nèi)。

風(fēng)力發(fā)電與儲能系統(tǒng)提供傳輸效益的能力之間也有重要關(guān)系，這使得儲能系統(tǒng)與風(fēng)力發(fā)電之間的整體互動(dòng)比儲能系統(tǒng)與太陽能發(fā)電設(shè)施之間的互動(dòng)更加復(fù)雜。

隨著可再生能源在電力系統(tǒng)中的作用增加，儲能的價(jià)值和機(jī)會增加，轉(zhuǎn)化為儲能部署的增加。

 

 

儲能系統(tǒng)容量與可再生能源貢獻(xiàn)率的關(guān)系

該圖顯示了在一系列假設(shè)和約束條件下，多個(gè)研究場景下的儲能市場總?cè)萘颗c可再生能源貢獻(xiàn)的函數(shù)。總的來說，這些研究考慮了200多個(gè)場景，可再生能源的貢獻(xiàn)率從20%到100%不等，顯示了可再生能源發(fā)電設(shè)施和儲能市場系統(tǒng)在大量場景中部署的密切關(guān)系，這些場景有不同的假設(shè)和約束。

在未來幾十年的儲能市場中，分布式（用戶側(cè)）太陽能發(fā)電設(shè)施和電池儲能系統(tǒng)系統(tǒng)的采用將如何發(fā)展。NREL分布式發(fā)電儲能市場需求模型的新特點(diǎn)。

據(jù)預(yù)測，到2050年，美國儲能市場的客戶將使用太陽能發(fā)電設(shè)施來部署電池儲能系統(tǒng)?？偟膩碚f，在所研究的這些情景中，描述了用戶側(cè)儲能系統(tǒng)的未來儲能市場潛力，并確定了采用的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素。

在所有研究情景中，與太陽能發(fā)電設(shè)施一起部署的分布式電池儲能系統(tǒng)具有巨大的經(jīng)濟(jì)潛力，在美國部署的電池儲能系統(tǒng)的部署規(guī)模將在85GW/170GWh到244GW/490GWh之間。

但由于投資回收期長，用戶采用的潛力要低得多。較低的電池成本和較高的備用電源價(jià)值在建模中增加了客戶的采用。

 

 

預(yù)計(jì)分布式儲能系統(tǒng)在儲能市場的采用率會隨著時(shí)間的推移而增加，如果太陽能發(fā)電設(shè)施成本降低，采用率會大幅增加。

太陽能發(fā)電設(shè)施成本的降低也會大大影響太陽能加儲能項(xiàng)目的部署和采用，此外，儲能系統(tǒng)的部署可能與太陽能發(fā)電設(shè)施的成本降低呈非線性關(guān)系。

除主要情景外，還評估了具有突破性（非常低）太陽能發(fā)電設(shè)施成本預(yù)測和低電池成本的情景。在這種情況下，預(yù)計(jì)采用分布式電池儲能系統(tǒng)將超過40GW（82GWh）。

 

隨著部署的增加，儲能系統(tǒng)的持續(xù)時(shí)間可能增加

在提供固定容量的過程中，決定儲能系統(tǒng)成本儲能市場競爭力的一個(gè)關(guān)鍵因素是確定所需的最低持續(xù)時(shí)間。在美國大部分地區(qū)，當(dāng)?shù)氐膬δ苁袌鲞\(yùn)營商已經(jīng)確定4小時(shí)的持續(xù)時(shí)間足以滿足夏季高峰期的電力需求。

隨著儲能市場部署的增加，凈高峰負(fù)荷期的持續(xù)時(shí)間將增長，需要更多的儲能能力（持續(xù)時(shí)間更長）來供應(yīng)電力。該圖顯示了在參考2050年儲能市場部署情況下，不同數(shù)量的儲能系統(tǒng)在為期三天的需求高峰期的凈儲能市場需求。

它還顯示了儲能市場安裝能力增加或減少時(shí)的凈需求。儲能系統(tǒng)部署水平的提高擴(kuò)大了高峰期，從而增加了提供固定容量和繼續(xù)減少凈峰值需求所需的儲能能力。

 

 

隨著儲能部署的增加，凈負(fù)荷高峰期也在擴(kuò)大，需要更長的儲能系統(tǒng)來確保穩(wěn)定的電力供應(yīng)

增加太陽能發(fā)電設(shè)施的部署可以幫助抵消這種影響。然而這種好處是有限的，因?yàn)樵谀承┣闆r下，較短期限的儲能系統(tǒng)預(yù)計(jì)會被降級（這也意味著價(jià)值較低），這為儲能市場部署較長期限的儲能系統(tǒng)提供了額外的激勵(lì)。

 

 

儲能系統(tǒng)部署的平均持續(xù)時(shí)間隨著儲能系統(tǒng)總裝機(jī)容量的增加而增加，最高可達(dá)約200GW

該圖顯示了新儲能系統(tǒng)的平均部署時(shí)間與參考電池成本變化的儲能市場總?cè)萘?。最初的部署主要?-4小時(shí)的儲能系統(tǒng)，這是由于它們主要發(fā)生在夏季較短的下午高峰期。

隨著太陽能發(fā)電設(shè)施部署的規(guī)模效應(yīng)的討論，這些高峰時(shí)間被保持下來。儲能系統(tǒng)的持續(xù)時(shí)間需要增加，以滿足更長持續(xù)時(shí)間的高峰期。

這為持續(xù)時(shí)間較長的新興技術(shù)或現(xiàn)有的長持續(xù)時(shí)間儲能技術(shù)（如抽水式發(fā)電設(shè)施）提供了更多的儲能市場機(jī)會。

 

季節(jié)性儲能系統(tǒng)技術(shù)尤為重要

評估儲能市場的重要但不完整的脫碳情景。然而，這些情景以及相關(guān)工作中評估的情景指出，隨著電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)向非常高的可再生能源貢獻(xiàn)率（超過90%的可再生能源），多日或季節(jié)性儲能系統(tǒng)有可能發(fā)揮作用。

 

 

可再生能源供應(yīng)和電力需求的季節(jié)性錯(cuò)配表明季節(jié)性儲能系統(tǒng)的潛在機(jī)會。上圖顯示夏季大量使用熱能儲存系統(tǒng)，而下圖中春季熱能儲存系統(tǒng)的應(yīng)用則很少。

在夏季風(fēng)力輸出相對較低和冬季太陽能輸出相對較低的時(shí)期，熱儲能資源被大量使用。

由于一年中大部分時(shí)間電力供應(yīng)飽和，可再生能源和晝夜儲能滿足這一需求的能力下降，如下圖所示的減少量。

儲能市場上任何額外的晝夜儲能系統(tǒng)在一年中的大部分時(shí)間都處于閑置狀態(tài)，降低了其成本效益。季節(jié)性儲能系統(tǒng)可以提供一個(gè)經(jīng)濟(jì)的替代方案，在春季和秋季儲存多余的發(fā)電量，并將其轉(zhuǎn)移到夏季和冬季。

圖中顯示了儲能市場中另一組案例的結(jié)果，評估了100%清潔能源的情況。在這些案例中，季節(jié)性儲能系統(tǒng)被模擬為使用氫氣等可再生燃料的燃?xì)廨啓C(jī)形式。

在這些情況下，大量（400 GW以上）的季節(jié)性儲能系統(tǒng)被部署，證明了擁有一種能夠克服可再生能源發(fā)電和電力需求系統(tǒng)的季節(jié)性不匹配的技術(shù)的價(jià)值。其他季節(jié)性儲能系統(tǒng)技術(shù)如果在成本上有足夠的競爭力，也可以發(fā)揮這種作用。

 

 

結(jié)論

雖然表明在儲能市場上部署的儲能系統(tǒng)的裝機(jī)容量預(yù)計(jì)到2050年將增加5倍，但仍有一些不確定因素可能會改變本研究中確定的儲能市場的裝機(jī)容量增長和演變軌跡。其不確定性包括：

 

儲能系統(tǒng)的增長和補(bǔ)償

在各種電網(wǎng)演變方案下，儲能系統(tǒng)的大量部署。即使沒有脫碳政策，儲能作為一種新的調(diào)峰能力來源也是非常有競爭力的，許多儲能市場預(yù)測都指出了顯著的增長。

然而，仍然必須認(rèn)識到，技術(shù)或政策的變化可能會影響儲能系統(tǒng)的增長。盡管在過去十年中，監(jiān)管框架發(fā)生了重大變化，但儲能仍然是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)，要對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑u估和補(bǔ)償，特別是在重組的市場中。如果儲能系統(tǒng)沒有得到公平的補(bǔ)償，可能會導(dǎo)致儲能市場的次優(yōu)部署。

 

技術(shù)演變

近年來，鋰離子電池儲能系統(tǒng)在儲能系統(tǒng)市場中占主導(dǎo)地位。然而，為了改善其他儲能市場技術(shù)，已經(jīng)進(jìn)行了大量的研發(fā)工作。多種儲能市場技術(shù)可能與鋰離子電池儲能系統(tǒng)競爭。

特別是對于持續(xù)時(shí)間較長的儲能市場應(yīng)用。利益相關(guān)者可以通過考慮新興技術(shù)的未來機(jī)會和現(xiàn)有技術(shù)的下一代，如抽水式水電設(shè)施，而獲益。

 

儲能系統(tǒng)作為容量資源

儲能系統(tǒng)作為容量資源的重要性。這一價(jià)值以及儲能部署取決于對儲能系統(tǒng)的適當(dāng)估值和補(bǔ)償–這有賴于反映儲能系統(tǒng)隨著儲能和可再生能源部署的增加而提供穩(wěn)定容量的市場規(guī)則。其規(guī)則可以說明基于邊際價(jià)格的市場對收入的影響，以確保其足以支持儲能系統(tǒng)的最佳安裝容量。

 

靈活負(fù)載的作用

為了在儲能市場上以最低的成本實(shí)現(xiàn)電力部門的脫碳，利用各種靈活的資源仍然很重要，其中一些可能比儲能的成本低。更好地描述需求響應(yīng)、靈活負(fù)載的實(shí)際貢獻(xiàn)潛力和成本，對于更好地了解儲能系統(tǒng)的市場機(jī)會至關(guān)重要。

 

 

儲能系統(tǒng)和可再生能源

隨著電網(wǎng)脫碳目標(biāo)的提高，儲能系統(tǒng)是部署清潔發(fā)電的重要使能技術(shù)。白天的儲能和太陽能發(fā)電設(shè)施之間有很大的協(xié)同作用，但由于一些因素，這可能會改變。

潛在的大規(guī)模供暖電氣化可能會將美國大部分地區(qū)的高峰負(fù)荷轉(zhuǎn)移到冬季，這將產(chǎn)生更長的需求高峰，使儲能和太陽能發(fā)電更難滿足市場需求。

這種轉(zhuǎn)變可能會增加風(fēng)力發(fā)電和長期儲能系統(tǒng)的價(jià)值。成本較低、持續(xù)時(shí)間較長的儲能系統(tǒng)及其提高傳輸利用率的能力，也可能為風(fēng)力渦輪機(jī)電池和儲能系統(tǒng)帶來更多的儲能市場協(xié)同機(jī)會。

 

分布式儲能系統(tǒng)

分布式儲能系統(tǒng)在所有儲能市場研究方案中都有巨大的經(jīng)濟(jì)潛力，但客戶可能只有在獲得較快的投資回報(bào)時(shí)才愿意購買。新興的價(jià)值流和不斷發(fā)展的分布式能源的補(bǔ)償機(jī)制可以激勵(lì)更多的采用。

此外，電氣化可能對儲能市場中的系統(tǒng)采用產(chǎn)生積極或消極的影響。例如，在冬季停電期間，大規(guī)模轉(zhuǎn)為電加熱可以大大增加建筑物內(nèi)擁有備用電源的價(jià)值。

相反，越來越多的電動(dòng)汽車的采用及其提供備用電源的潛力可能會限制分布式儲能系統(tǒng)的采用。為了了解這些細(xì)微差別，需要對這一領(lǐng)域的客戶行為進(jìn)行更多研究。

 

不斷發(fā)展的儲能系統(tǒng)的持續(xù)時(shí)間

顯示了儲能市場的總體趨勢，鑒于其滿足夏季高峰需求的能力，儲能系統(tǒng)的持續(xù)時(shí)間不斷增加。4小時(shí)儲能系統(tǒng)的初始價(jià)值很高，然而隨著儲能系統(tǒng)部署的增加，更長的持續(xù)時(shí)間一般會變得更有競爭力。

盡管這一趨勢是由多種因素驅(qū)動(dòng)的，例如，它甚至可以抵消短期儲能系統(tǒng)的容量價(jià)值。持續(xù)時(shí)間較長的儲能系統(tǒng)可以提供額外的服務(wù)，如電網(wǎng)彈性或?yàn)樾碌膫鬏斕峁┭a(bǔ)充或替代。

 

 

季節(jié)性儲能系統(tǒng)的作用

隨著電力系統(tǒng)接近100%的清潔能源，儲能可以發(fā)揮越來越重要的作用，而且它可以在轉(zhuǎn)型的電力系統(tǒng)中發(fā)揮多種作用。關(guān)鍵的季節(jié)性儲能技術(shù)涉及工業(yè)或交通領(lǐng)域各種應(yīng)用的可再生燃料的生產(chǎn)和儲存。

因此，季節(jié)性儲能系統(tǒng)可以與其他應(yīng)用分享基礎(chǔ)設(shè)施成本。這些季節(jié)性儲能技術(shù)的成本以及與效率有關(guān)的權(quán)衡，以及與較短持續(xù)時(shí)間的儲能系統(tǒng)的時(shí)間互動(dòng)，需要進(jìn)一步研究。