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最近为什么市场上时长4小时的电池储能电站越来越多?

时间:2023-02-26   访问量:125

  “最近为什么市场上时长4小时的电池储能电站越来越多?” 朱同学提的好问题。本篇内容的数据和主要观点均来自前段时间读过的NREL的报告《Storage Futures Study: Four Phases Framework and Modeling》【1】,小刘按照整理自己的思考习惯重新梳理了逻辑脉络。随着未来20年VRE类发电资源,尤其是光伏发电,渗透率的提高,带来的系统调峰需求增加,叠加传统技术调峰电站的退役,如何满足调峰容量的新建需求?市场需要在不同调峰技术路线之中做出选择。图1~图4通过对应用场景和新兴技术发展趋势做出预测,对比在现有政策下不同技术路线的价值曲线与成本曲线,找出了成本相对占优且边际收益为零的技术与参数组合。

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图1 美国调峰电站容量(非联合热电)安装日期、燃气轮机、内燃机、油/天然气蒸汽)(EIA 860)


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图2 加州的案例:光伏渗透率增长带来了储能提供调峰容量的业务需求


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图3 提供峰值容量的电池储能系统的能量与容量总值(约140美元/kW-年)和边际值 的案例


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图4 提供调峰容量的电池储能系统的 能量与容量 收益/成本 的案例对于案例中调峰容量需求在总值占比60%电力系统,调峰储能电站收益最大时的储能时长约为4小时。

  延伸的话题

  上面的案例比较完整的解释了电池储能产品的价值主要来自其为电力系统提供的调峰服务。而实际市场中电池储能产品对于电力系统的价值体现更为丰富,储能的未来研究系列报告:四个阶段的框架与建模给出了一个关于储能趋势判断非常好的思考框架。4小时时长的调峰服务案例对应了其中的第2阶段。正如报告提到:虽然这些阶段大致是顺序发生的,但阶段间实际上仍然存在相当大的重叠和不确定性。市场对储能产品的需求取决于不同地区的电力系统或者说平衡区域以及互联系统的具体情况。非常自然的逻辑,随着电池储能产品成本的逐渐降低,具备商业化的场景将首先出现在技术方案成熟且价值最高的的领域。然而遗憾的是:产品价值实际上是一个偏于理想概念,实际生活中的产品价值能且只能体现为产品价格,而价格发现又需要一个运转良好的市场机制引入竞争并匹配供需。因此,系统运营商能否给予或者监管机构是否强力推动建设储能产品平等参与市场竞争的机制是判断某一储能市场优劣的重要判据之一。

  图5~图9给出了一组储能产品参与保障系统稳定运行的运行备用服务的案例。


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图5 保障系统稳定运行的运行备用服务


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图6 保障系统稳定运行的运行备用服务


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图7 假设旋转备用年度费率总值为 75美元/kW-年 情形下储能的边际价值


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图8 假设电池可用性为90%,基于2020年锂离子成本估算的收益/成本之比的总值与边际值


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图9 美国电网对第1阶段运行备用储能产品的需求

  运行备用的案例对应了储能的未来研究系列报告:四个阶段的框架与建模的第1阶段,产品需要提供时长在1小时之内的ms~s级别快速响应能力。由于运行备用市场容量有限且收益可观,伴随着价格下降,市场预计将很快达到饱和。储能的未来研究系列报告:四个阶段的框架与建模中提及的阶段3及阶段4则涉及目前方兴未艾的长时储能应用【3】【4】【5】【6】随着IBR在电力系统占比的逐年增加,惯量响应相关(Inertia response)的技术领域如惯量测量产品【7】、构网型储能产品【8】或将面临新的市场机会。另外由于各个平衡机构或互联系统客观上不可避免存在资源禀赋和负荷分布以及电站建设进度的差异,随着边际成本为零的光伏大量接入,输电拥塞权交易对应的储能NWA【9】产品也同样值得期待。

  来源

  【1】https://www.nrel.gov/analysis/storage-futures.html

  【2】储能的未来研究系列报告:四个阶段的框架与建模

  【3】2022年回顾:使用铁空气电池的长时储能公司Form Energy

  【4】报告推荐:化石燃料发电资产在长时储能中的重用

  【5】ESS长时储能铁液流电池

  【6】储能的未来研究系列报告:定义长时储能的挑战

  【7】全球首套电网惯量测量系统

  【8】构网型储能系统应对来自可再生能源高渗透率电网的挑战(案例研究)

  【9】输配电网中的储能应用 第3章