储能系统部署面临的两大机遇

核心提示:Ed Porter是Invinity Energy Systems公司业务开发总监,该公司致力于为商业和工业领域、电网基础设施、以及离网应用场合提供钒流电池储...

Ed Porter是Invinity Energy Systems公司业务开发总监,该公司致力于为商业和工业领域、电网基础设施、以及离网应用场合提供钒流电池储能系统,该储能系统既可以独立部署,也可以与可再生能源(例如太阳能发电设施)配套部署。

能源生产从来不是一种单一的技术。天然气、煤炭、核能、水力、太阳能、风力等发电技术都对全球电力供应做出了重大贡献,并且根据各自的特点扮演着不同角色。

例如,核能发电提供低碳的基本负荷,而天然气发电通常可以满足更灵活的峰值电力需求,但碳排放更高。可再生能源发电曾经是一种只能提供高价补贴的选择,现在被认为是未来发电产品组合中一种低成本和低碳的能源技术。

储能市场也不例外。考虑到各种技术要求和市场设计使电网能够有效运行,因此并不会有一种万能的技术解决方案。但是储能市场的专业化需要提供更加经济的最佳解决方案。

在未来的电网场景中储能部署持续增长并将会出现细分

Porter指出,未来储能市场将会出现细分的情况,而不是一刀切的局面,这将受到多种因素的驱动,其中包括:技术类型、使用期限、保修限制、控制系统、融资结构以及运营策略。推动这一细分的技术和经济因素需要为不同的应用场景提供不同的储能产品,而一旦部署,将会进一步进行细分。

如今人们可以看到这一点,例如在天然气发电领域就有广泛的解决方案,从往复式内燃机到联合循环燃气轮机(CCGTs)。在这些竞争解决方案中进行选择是在部署时根据其特定目的进行的。在其工作寿命期间,每台发电机都以最低成本满足市场要求。储能系统也是如此。早期部署的电池储能系统将在同一市场上与更新的储能系统竞争,它们具有不同的化学成分、保修和操作策略。显而易见,在未来的电网方案中,储能产品将随着部署的增长出现细分。

随着英国气候变化委员会(CCC)(为英国政府提供咨询服务的一个独立机构)等组织强调需要抓住机会,将冠状病毒疫情危机转化为更广泛的能源转型中的一种积极向好的力量,而其制定的净零目标正在推动人们朝着高可再生能源渗透的全球能源体系迈进。在未来五到十年内,太阳能发电设施部署速度的提高将从根本上改变整个市场的动态。

Porter表示,储能部署面临两大机遇

储能部署的第一个机遇是可以存储电网中越来越多的可再生能源发电量。简而言之,如果继续部署低成本的太阳能发电设施或风力发电设施,这意味着经常有多余的电能时,那么某些储能技术可以通过以非常低的成本来存储电力而受益。

此处的关键特性是储能系统能够在数周或数月内转移大量能量的能力。充放电次数减少意味着该储能解决方案的构建成本必须非常低廉,但每个充放电周期成本(包括效率损失)会更高;诸如氢储能或压缩空气储能系统之类的“电力多元化转换”(power-to-x)技术将会发挥重要作用。

电池储能系统也可以很好地利用这一机会,尽管更可能是通过数小时、几天而不是几周来转移能量。此外,由于电池储能系统更容易在现场部署,更有可能被用来解决削减峰值需求问题,特别是在用户侧应用和离网站点。

各种电池储能技术之间的区别(例如锂离子电池与液流电池)将取决于这些储能解决方案的特性,锂离子电池储能系统可能会在较低的充放电频率上占主导地位,而资本支出和效率是最重要的因素,而液流电池储能系统在充放电容量和每千瓦时交付成本最低的情况下占主导地位。对于电网侧储能项目,来说液流电池储能系统将以更高的充放电策略对电能进行调度,锂离子电池储能系统用于更高功率、充放电次数更低的储能应用中。

储能部署的第二个机遇是取代化石燃料能源设施在提供电力系统稳定性和灵活性方面的作用。在本质上,所需的辅助服务和平衡范围很广,每种储能技术的特性将使其适合于不同的应用程序。例如,考虑频率控制。

有两种不同但互补的服务类型适合不同的储能技术:

(1)动态调节应用场景需要储能系统的高利用率,这意味着要进行不断提供电力以保持电网频率稳定。该应用场景适用于可支持高吞吐量而不会降低性能的液流电池储能系统。

(2)另一方面,动态控制需要快速响应以纠正电力系统频率。这使得电池储能系统必须待命,但这种情况很少发生,而这是锂离子电池储能系统的理想应用场合。

市场发展和细分以满足需求

Porter表示,考虑到这些因素,如果围绕储能系统的持续放电时间和放电频率对不同的技术进行细分,那么未来的储能结构可以通过以下方式来思考,如下图所示:



该图表概括了不同储能技术在未来的储能技术生态系统中的适用范围

与风力发电和太阳能发电成本的降低类似,尤其是锂离子电池储能系统的成本已经大幅下降。锂离子电池储能解决方案目前在每年部署的装机容量(不包括抽水蓄能)中占主导地位,但只在锂电池储能系统适合使用的情况下。其他储能技术也开始迅速降低成本,并开始揭示锂电池储能系统并不适用于一些领域。

为了帮助实现零净能的目标,储能系统面临三个主要挑战

第一个挑战是在当前市场上对储能技术的偏向。开发商、投资商、资产所有者都意味到新技术正在兴起,但可能会倾向于采用他们所了解的能够带来合理回报的技术。这显然是正确的,因为储能市场是在用户需求和成熟技术的交汇处发展的。

如今的储能市场大多数是针对电池储能系统设计,因此非常适合锂离子电池储能系统。计划在能源转型中发挥作用的企业必须展望未来,确定当前储能技术无法完全满足的需求,并开始部署解决方案,其能力将会弥合这些差距,并为未来提供一个清洁、可靠、经济的电力市场。

第二个挑战是缺乏支持部署电网规模能源项目的业务模式以及融资、保险、担保、计划以及法律结构方面的标准化。这种标准化一直是风力发电和太阳能发电项目广泛部署的关键驱动力之一。这将加快储能系统的采用速度。

第三个挑战是全球和国家层面的巨大政策差异,给储能项目带来了不平衡的竞争环境,给投资商带来了不确定性。人们看到市场和监管机构之间存在巨大的地域分化。其中一些与当地市场条件的差异有关(例如丰富的太阳能或水力发电)。但是有时也希望符合历史规范或政府支持。这些障碍应予以消除,特别是在技术层面上。

更好地了解未来发展

储能发展前进的道路在于直面这些挑战。通过识别现有市场的机会,采用储能新技术可以提高绩效,从而缓解对当前市场的偏见,并为新的市场规则利用新兴技术铺平道路。

标准化需要由市场推动,随着项目资金的到位和技术的进步。从政策的角度来看,储能市场需要采取可管理和有竞争力的步骤来进一步采用,从而提供一个稳定的投资环境,在这种环境中可以开发大规模、长期和盈利的储能项目。

简而言之,可再生能源的广泛应用比许多人预期的要快得多。储能系统是支持低成本可再生能源发电的初始途径,同时保持了现有电网的可靠性和成本效率。为了发挥储能系统的全部潜力,将需要基于成熟技术的、具有多种技术特征的储能解决方案。

对于那些以电力市场为基础的开发商、监管机构和电网运营商来说,现在正是采用解决方案和基于市场的激励措施的时候,并将更快实现更加清洁电网目标。
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