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什么是“长时储能系统”?何时需要部署?

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  中国储能网讯:将长时储能系统的应用和收入相匹配的最佳方法是什么?什么是“长时储能”?什么时候需要部署?

  持续放电时间为5小时到1000小时的储能系统——这是业界对“长时储能系统”的解释。这是一个非常宽泛的定义,涵盖了不同的储能技术和用例。

  在过去的几个月,公用事业厂商和开发商相继宣布计划部署长时储能项目。英国输电系统运营商National Grid公司向液态空气储能开发商Highview Power公司订购了一个装机容量为50MW的液态空气储能(系统LAES),该系统的持续放电时间为五个小时,并将于2022年并网运行。而洛克希德·马丁公司计划部署一个装机容量为500kW的液流电池储能系统,持续放电时间为5个小时,这是该公司的首个长时储能系统。公用事业厂商Dominion Energy公司日前宣布计划在美国建设一个装机容量为800MW抽水蓄能项目,其持续放电时间为10个小时。

  目前大多数长时储能项目似乎有一个共同的特点:它们都超出了持续放电时间范围的下限,通常能够以满功率提供5到10个小时的电力。


  德国BASF NB公司在韩国的一家风力发电电厂部署的NGK钠硫电池,可以确保其电力稳定地生产氢气

  所需的持续放电时间越长,长时储能技术和应用就越具有挑战性。这是为什么?首先了解一下对长时储能系统的需求、成本和监管支持,部署长时储能系统的目标是达到其持续放电时间范围的上限,可以放电数天甚至数月的时间。为了区别于如今比较常见的长时储能系统(持续放电5至10小时),以下将持续放电时间10小时的储能系统称为“更长时间储能系统”。

  NO.1对更长时间储能系统需求

  更长时间储能系统的应用主要是“能源供应转移”的一种形式,就是将可再生能源发电设施的电力转移到电力需求峰值时间,以满足用户的电力需求。

  采用更长时间储能系统的一个动机是在可再生能源电力充足的时候可以避免电网阻塞,在阳光或风力不足的时候也能满足电力需求。另一个动机就是在电力价格低廉的时候充电,在价格高昂的时候放电,这样做可以节省成本,并且获取更多利润。

  最后但并非最不重要的一个原因是保障电力供应安全。例如,电力线路发生故障可能会引起森林火灾,当公用事业公司中停止向具有这样隐患的地区供电时,用户将越来越多遭遇临公共安全停电(PSPS)事件。而这种停电的时间可能持续数天、数周甚至数月。

  能源供应转移可以与其他电力服务(如调峰或平衡服务)叠加在一起,但其主要用力需要始终可用。换句话说,无论天气状况、电价高低、供应中断如何,用户总是需要安全可靠的更长时间的电力供应,这样才能从使用更长时间储能系统中受益。

  例如在德国,其冬季的日照时间非常有限,而在此期间风力不足的话,则可再生能源发电设施难以满足用户的电力需求。这种现象可能持续数天的时间,通常会导致批发电价上涨。

  而在其他国家和地区(例如沙特阿拉伯)则存在季节性电价,用户在夏季由于采用空调,电力需求比平时更高,从而导致电力需求激增,因此用户通常会在夏季支付更高的电价。从理论上来说,冬天产生的电力可以在夏天以更高的价格出售。

  因此,较长时间储能系统存在一定的获利潜力,但是现在带来的价值仍然比较有限。根据美国电力研究院(EPRI)最近进行的一项研究,对于加利福尼亚州不同充电/放电持续放电时间的能源转移的收益进行比较,并将其结果更加直观。鉴于加州独立系统运营商(CAISO)在2019年的日前综合能源价格,持续放电时间为4小时的电池储能系统的获得利润是持续放电时间20小时的长时储能系统的76%。


  Highview Power公司部署的50MW/250MWh液态空气储能系统(LAES),其部分资金来自英国政府的资助

  NO.2更长时间储能系统的成本

  长时储能系统面临的这一内在挑战通常被忽略:储能系统的经济性通常在很大程度上取决于其在使用期间的循环充电/放电次数。通常情况下,每充放电一次都会获利。在给定容量下,充放电的次数越多,在其使用寿命期间的可用能量就越高,投资回报也就越高。

  而根据这个定义,以放电持续时间更长(如数周或数月)为目标的储能系统放电次数比较有限。以季节性储能系统为例:如果在炎热的夏季,为了满足更高的需求,通常在冬季存储太阳能发电设施的电力,并且每年只充电一次,那么电池储能系统将在夏季会放电,只有到了冬季才会充电。而同样的逻辑也适用于德国冬季的供电情况,通常一年最多只进行两次充放电。这显然将会减少收入。

  更长时间储能系统也可以用于长时甚至短时储能的应用场景。其充放电次数可能会增加,但是需要与持续放电时间较短的电池储能系统进行竞争,而这对于更长时间储能系统来说需要具有成本优势。

  更长时间储能系统获得成功的因素是:较低的容量边际成本(需要使用储量丰富且低廉的储能介质),功率和容量相互独立扩展以避免未使用的功率产生额外成本,较低的自放电率,以及在不同利用水平之间切换的高度灵活性。

  而只是克服技术障碍,并不能确保其商业运营可行性。创新的长时储能技术可能面临债务融资成本和结构的挑战,其挑战在于要让投资者相信,新兴技术的商业和运营结构是支持获得长期收入的基础,并且其应用在数十年的运营过程中仍然可靠,其信贷可用性可能取决于收入情况。

  为了获得了项目融资,需要全面缓解建设和运营各个方面的风险。长时储能资产的性能和可靠性必须得到证明,在理想情况下应通过第三方审核、证书、保修协议以及长期论证来证明。在项目开发中采用创新技术时,提供这样的全面保证可能会很困难:而促进储能技术部署的投资者进行承销可以弥补这一缺口。

  在这里,看到了新兴技术参与政府支持的示范项目的价值,例如英国Highview Power公司部署的装机容量为50MW压缩空气储能系统,该储能系统在其首次商业部署中就获得了企业和政府部门的资助。

  来源|中国储能网 刘伯洵

  
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