多种储能技术组合可以实现高比例可再生能源运行的最低能源成本

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NREL分析表明，多种储能技术组合可以实现高比例可再生能源运行。

随着美国各州向100%可再生能源运行的方向发展，储能将成为实现多样化供电模式的关键。但是，没有任何一种单一技术可以成为满足我们所有储能需求的终极武器。

相反，根据最近国家可再生能源实验室(NREL)发表在《能源与环境科学》上的题为《用于高/超高无碳和可再生能源系统的最佳储能技术组合》的论文分析称，储能技术组合的方案对未来的能源系统最具有经济意义。

“事实上，每个能源系统都是不同的，具有不同的需求、可再生能源的部署、天气因素等，”NREL研究员、论文第一作者Omar J. Guerra说，“我们发现，在高比例可再生能源系统的不同时间尺度和经济环境下，储能可以实现最低的能源成本，这意味着我们正在为未来的电网寻找储能技术的组合。”

储能技术权衡

Guerra和研究人员Joshua Eichman和Paul Denholm使用定制的高分辨率优化模型来比较美国各地的储能技术组合。研究人员发现，地理差异是塑造储能技术组合的最大影响因素。例如，加州独立系统运营商(CAISO)的电网是太阳能驱动的，季节性储能的容量可覆盖计算模型中冬季月份的50天左右的时间，而风力驱动的中大陆独立系统运营商(MISO)可以部署较短时长的季节性储能（但仍比大多数当前部署的储能技术长得多），容量为5-14天。

CAISO和MISO中短期(SD)、长期（LD1和LD2）和季节性储能(SS)的归一化荷电状态(SOC)。(a)CAISO具有100%可再生能源组合的设备的归一化SOC。(b) MISO具有100%可再生能源组合的设备的归一化SOC。SOC=1（深红色）表示储能设备已满。SOC=0（浅红色）表示储能设备为空。

储能技术在电力和能源组件的效率和投资成本方面面临着根本的权衡，这也正是储能技术组合具有优势的原因。像锂离子电池这样的短期（日内）储能技术具有更高的效率，但与能源相关的成本也更高，而像压缩空气或热泵这样的长期（每日）储能技术具有较低的能源相关成本，但效率较低。

“对于超高比例或100%可再生能源系统，我们需要了解何种储能技术组合最适合的位置或系统。成本，包括避免CO2排放的成本，会因储能技术组合的选择而有很大差异，”Guerra说。

100%可再生能源的储能技术组合

研究人员发现超高比例可再生能源系统产生了一些令人惊讶的结果：随着系统接近100%可再生能源运行，其储能技术组合中越来越多的部分将受益于多日到季节性储能容量，这是因为剩余负荷和可再生资源供应的季节性错配加剧。然而，在像CAISO这样的电网上，短时储能在平衡太阳能的昼夜波动方面更有效。

由于在接近100%可再生能源运行的系统中，季节性储能担任重要的角色，“储能到储能”式充电在经济上变得有利，使其成为另一个令人惊讶的策略。结果是，可再生能源限电开始下降，因为更多的可再生能源可以用于储能。超高比例可再生系统的这些动力凸显出了竞争因素可广泛影响最佳储能技术的组合。

随着CAISO（上）和MISO（下）系统接近100%可再生能源运行，可再生能源的限电开始减少，因为季节性储能变得具有成本效益，并增加了系统的储能容量。

对电力行业的影响

该研究的结果对系统运营商、技术开发商、电力供应商及广泛的业界来说迫在眉睫。对这些机构而言，最主要的信息是，理想的储能技术组合可能会因地区而异，并且会因可再生能源的配额比例而异。随着越来越多的城市和州制定清洁能源目标，有着10年或20年的未来规划的利益相关者应该聚焦更为广泛的储能技术空间，以及它如何适应他们的系统。

接下来是什么？

现在研究人员已经确定了巨大的储能部署成本差异，未来的工作将集中在对储能价值更全面评估上。

“我们需要一种更全面的方法，”Guerra说。“储能技术非常灵活，可用于各种电网服务。下一步，我们将全方位了解储能的优势，为最佳储能技术组合提供信息。”

文章来源：中关村储能产业技术联盟

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