如今,很多行業用戶越來越關注長時儲能技術和應用,而加利福尼亞州正在計劃部署更多的長時儲能系統。
研究表明,長時儲(chu)能(neng)實施是能(neng)源(yuan)轉型中至關重要的(de)部分(fen)。長時儲(chu)能(neng)在清(qing)潔能(neng)源(yuan)技(ji)術的(de)宣傳中一直(zhi)占據(ju)著(zhu)主(zhu)要位置。事實證明,其帶來的(de)吸引力比能(neng)源(yuan)區塊鏈還要持(chi)久,并且與(yu)綠色氫(qing)能(neng)相比,長時儲(chu)能(neng)實現(xian)商業化運(yun)營更加現(xian)實可行(xing)。
行(xing)業(ye)專家(jia)指出,長時儲能技術可(ke)以(yi)替代燃(ran)煤發(fa)電(dian)和天然氣峰值發(fa)電(dian)廠,并將間歇性可(ke)再生能源轉化為全(quan)天候發(fa)電(dian)資源,并為無碳電(dian)網鋪平道路。
但(dan)是,除了行業專家(jia)的預測之外,對(dui)于(yu)長(chang)時儲能來(lai)說(shuo)很難(nan)找到(dao)一個一致(zhi)的定義。
這種情(qing)況現在開始改變(bian)。加利(li)福尼亞州(zhou)的一(yi)個社(she)區選擇聚合商聯盟在10月15日發布了針(zhen)對部署長時儲能項目要求。并指出符合條件長時儲能系統必須:
裝機容量為50MW或更高。
持續放電時間為8小時或或更長時間。
到2026年需要投入運營。
長時儲(chu)(chu)(chu)(chu)能(neng)涵蓋了一系列技術,其(qi)中包括抽水蓄能(neng)、重力儲(chu)(chu)(chu)(chu)能(neng)、壓縮空氣儲(chu)(chu)(chu)(chu)能(neng)、液(ye)流電(dian)池、綠色(se)氫能(neng),以及目前在市場領先的鋰離(li)子電(dian)池儲(chu)(chu)(chu)(chu)能(neng)系統。
為什么要關心儲能系統的持續放電時間?
風力(li)發(fa)(fa)電(dian)和太陽能發(fa)(fa)電(dian)是(shi)全(quan)球增長最快的電(dian)力(li)來源,但這些電(dian)力(li)只在(zai)在(zai)特(te)定(ding)時間產生,而(er)儲(chu)能系(xi)統可以使這些電(dian)力(li)轉(zhuan)移(yi)到其他時間段使用(yong)。
當今(jin)儲(chu)能容(rong)量最大的(de)儲(chu)能資源(yuan)是(shi)抽水(shui)(shui)蓄能設施,這(zhe)一技術利用可再(zai)生能源(yuan)產生的(de)電(dian)力將(jiang)水(shui)(shui)泵送到上游水(shui)(shui)庫中(zhong),然后(hou)在(zai)需(xu)要時將(jiang)水(shui)(shui)釋(shi)放到下游發電(dian)。但(dan)是(shi),由于地理位置和環(huan)保限制,抽水(shui)(shui)蓄能項(xiang)目很難選址和建造(zao)。
近年來,鋰離子電(dian)(dian)池儲能(neng)系統主導了(le)儲能(neng)市(shi)場(chang)。但是很少能(neng)夠提供超過(guo)4小(xiao)時(shi)(shi)的持續放電(dian)(dian)時(shi)(shi)間(jian),從技術上講,電(dian)(dian)池儲能(neng)系統可以配置更長的持續放電(dian)(dian)時(shi)(shi)間(jian),但在當(dang)今市(shi)場(chang)動(dong)態下,其電(dian)(dian)池成(cheng)本通常要高于帶來的價值。
雖(sui)然“更(geng)長的持續放(fang)電時(shi)間(jian)”將重點放(fang)在儲(chu)能容量上,但(dan)其(qi)存(cun)儲(chu)技術和組件同(tong)樣重要。長時(shi)儲(chu)能技術必須(xu)以低廉的成本實現(xian)這一點,這意味著需要比鋰離(li)子電池(chi)更(geng)具成本效益(yi)。如果沒有,那么采用的長時(shi)儲(chu)能技術就(jiu)沒有多大的價值(zhi)。
在當今的(de)(de)(de)電(dian)力市場(chang)系(xi)統(tong)中,開(kai)發商很難找到可以獲利(li)和應(ying)用的(de)(de)(de)低成本的(de)(de)(de)長時儲(chu)能(neng)系(xi)統(tong)。分(fen)析人士認為,隨著電(dian)力生(sheng)產中間歇性(xing)可再(zai)生(sheng)能(neng)源發電(dian)的(de)(de)(de)比例更(geng)高,長時儲(chu)能(neng)將變得更(geng)加重要(yao)。這就是加利(li)福尼(ni)亞此(ci)次項(xiang)目(mu)采購(gou)具有(you)里程(cheng)碑意義的(de)(de)(de)原因:為部署長時儲(chu)能(neng)系(xi)統(tong)提(ti)供市場(chang)機遇(yu),然后(hou)將為其(qi)技術確立市場(chang)價值,并(bing)展(zhan)示長時儲(chu)能(neng)系(xi)統(tong)已經為可再(zai)生(sheng)能(neng)源發展(zhan)的(de)(de)(de)黃金時期的(de)(de)(de)到來做好了準備。
壓縮空氣(qi)儲(chu)能廠(chang)商Hydrostor公司總裁(cai)Jon Norman說,“我們(men)正在(zai)(zai)參(can)與社區選擇聚合商采購,并將(jiang)這個招標項(xiang)目表示強(qiang)烈支持,因為(wei)我們(men)認為(wei),電力市(shi)場正在(zai)(zai)迅速(su)轉移到(dao)對于長時(shi)儲(chu)能的需求,特別是(shi)在(zai)(zai)可(ke)再生(sheng)能源(yuan)普(pu)及率很高且化石燃料(liao)發電廠(chang)退役的地(di)區。”
這個(ge)采購(gou)項(xiang)目計劃在2026年(nian)前完(wan)成,這為(wei)長時(shi)儲(chu)能技術提供了一些發展成熟(shu)和技術進步的時(shi)間,即使更多(duo)的可再生能源加(jia)入了加(jia)州的電網。
水性鋅電(dian)池初創(chuang)廠(chang)商(shang)Form Energy公司(si)(si)聯合創(chuang)始人Mateo Jaramillo說,“在(zai)(zai)未(wei)來6年(nian)期間內(nei),市(shi)場情況會(hui)有(you)很大不同。”他表示,Form公司(si)(si)正在(zai)(zai)了解加利福尼亞(ya)的項目招標(biao)(biao)要求,并計劃作為開發商(shang)或技(ji)術供應商(shang)參與投標(biao)(biao)。
長時儲能需要多長時間?
各(ge)種儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)技術(shu)廠(chang)商都聲稱(cheng)其(qi)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)技術(shu)是長時(shi)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)。一些初(chu)(chu)創公(gong)司(si)將他(ta)們推出的4小時(shi)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)產品稱(cheng)之(zhi)為長時(shi)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)系統(tong),但通(tong)常(chang)是難以讓人信服的宣傳和營銷措施。鋰離(li)子電(dian)池儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)系統(tong)在(zai)4小時(shi)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)應用中(zhong)與(yu)其(qi)他(ta)未經驗證的儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)(neng)替代方案(an)相比更具(ju)成本(ben)效(xiao)益。毫不奇怪,在(zai)這(zhe)段時(shi)間(jian)內,試圖(tu)挑戰鋰離(li)子電(dian)池的科技初(chu)(chu)創公(gong)司(si)往往會遭遇失敗。
低(di)溫壓縮空氣儲能廠(chang)商(shang)Highview Power公司(si)首(shou)席執行官(guan)Javier Cavada以(yi)一種更(geng)具(ju)目標導向性的方式定(ding)義(yi)了長時儲能。他指(zhi)出,“存(cun)儲可再生能源電(dian)力并且持續放電(dian)時間長達24小時以(yi)上的儲能系統”才是真正(zheng)意義(yi)上的長時儲能。
另一(yi)(yi)方面(mian),總(zong)部位于馬薩諸塞州(zhou)的初創廠商Form Energy公(gong)(gong)司(si)與明尼蘇達(da)州(zhou)公(gong)(gong)用事業(ye)Great River Energy公(gong)(gong)司(si)達(da)成了(le)一(yi)(yi)項協議,計(ji)劃(hua)在2023年(nian)前部署(shu)一(yi)(yi)個(ge)水(shui)基空氣(qi)電池的長(chang)時(shi)(shi)(shi)系統(tong)(tong)。雖然該儲能系統(tong)(tong)裝機容量只有1MW,但持續(xu)放(fang)電時(shi)(shi)(shi)間(jian)卻長(chang)達(da)150個(ge)小時(shi)(shi)(shi)。Form Energy公(gong)(gong)司(si)聲稱其(qi)電池儲能系統(tong)(tong)比其(qi)競爭(zheng)對手儲能產(chan)品持續(xu)放(fang)電時(shi)(shi)(shi)間(jian)要長(chang)得多。
加利福尼亞州的(de)項目采(cai)購計劃(hua)規(gui)定(ding)了長時(shi)(shi)儲能系(xi)統(tong)的(de)最低持續(xu)放電(dian)時(shi)(shi)間為8個小時(shi)(shi),但對于(yu)鋰離(li)子(zi)電(dian)池儲能系(xi)統(tong)仍有機會。例(li)如在(zai)紐約長島和楠塔基特(te)島等地部署的(de)鋰離(li)子(zi)電(dian)池儲能系(xi)統(tong)的(de)持續(xu)放電(dian)時(shi)(shi)間已(yi)經超過(guo)8小時(shi)(shi)。而在(zai)此(ci)次招(zhao)標之前,鋰離(li)子(zi)電(dian)池儲系(xi)統(tong)的(de)持續(xu)放電(dian)時(shi)(shi)間已(yi)經超過(guo)其(qi)他儲能技(ji)術。投標者應(ying)該可以確定(ding)他們提(ti)供的(de)長時(shi)(shi)儲能技(ji)術能否(fou)滿足(zu)招(zhao)標要(yao)求。
Form Energy公司的(de)Jaramillo在(zai)今年早些時(shi)(shi)(shi)候的(de)一封電子(zi)郵件(jian)中指出:“持續放電時(shi)(shi)(shi)間”是目前(qian)在(zai)行業中使用的(de)一個非常不精確的(de)術語(yu),這個術語(yu)涵蓋了從6小(xiao)時(shi)(shi)(shi)到(dao)1000多小(xiao)時(shi)(shi)(shi)的(de)額定放電時(shi)(shi)(shi)間。現在(zai)不應該以持續放電時(shi)(shi)(shi)間作為衡量標準,而是開始根(gen)據其可以提(ti)供的(de)功能來描述長時(shi)(shi)(shi)儲能。
長時儲能的應用
在加(jia)利福尼亞州,沒有哪(na)一個(ge)市場(chang)可以(yi)為現有發電資源支付采用長時(shi)儲能系統(tong)的(de)費用。長時(shi)儲能系統(tong)需要滿足實際的(de)市場(chang)需求。
滿足峰(feng)值電(dian)(dian)力(li)(li)需求(qiu)(qiu)是長時儲(chu)能(neng)(neng)系(xi)統(tong)的一(yi)種具有發(fa)(fa)(fa)(fa)展前(qian)景的用途。目前(qian),以(yi)(yi)天然(ran)氣為燃(ran)料的峰(feng)值發(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)廠(chang)可(ke)以(yi)(yi)做到這一(yi)點。雖然(ran)4小時儲(chu)能(neng)(neng)的電(dian)(dian)池儲(chu)能(neng)(neng)系(xi)統(tong)在可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)源發(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)設施發(fa)(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)不足時,可(ke)以(yi)(yi)滿足峰(feng)值電(dian)(dian)力(li)(li)需求(qiu)(qiu)。但是當(dang)電(dian)(dian)力(li)(li)需求(qiu)(qiu)持續更長的時間時,就將成(cheng)為一(yi)個難以(yi)(yi)解(jie)決(jue)的問(wen)題。
在提供長達數日的長時(shi)(shi)供電(dian)(dian)方面,電(dian)(dian)池儲能系統現(xian)在還不能與天然氣發(fa)電(dian)(dian)廠競(jing)爭。但是(shi),具有成(cheng)本效(xiao)益的24小時(shi)(shi)持(chi)續(xu)放電(dian)(dian)時(shi)(shi)間儲系能統可以滿足時(shi)(shi)間更(geng)長峰值(zhi)電(dian)(dian)力需求,而如果達到48小時(shi)(shi),則可以完成(cheng)更(geng)多工作。
紐約(yue)州(zhou)已經(jing)開始陸續關閉污染嚴重的峰(feng)值發(fa)(fa)電(dian)廠,并提出了采用(yong)儲能系統替代的計劃。研(yan)究(jiu)表明(ming),電(dian)池(chi)儲能系統只能替代峰(feng)值發(fa)(fa)電(dian)廠發(fa)(fa)電(dian)量(liang)的6%至(zhi)11%。根據Form Energy公司(si)對長(chang)時儲能技(ji)術的應用(yong)進行的研(yan)究(jiu),發(fa)(fa)現(xian)其新(xin)型電(dian)池(chi)長(chang)時儲能系統與鋰離子電(dian)池(chi)儲能系統結合使用(yong),可以經(jing)濟高效地替代該州(zhou)峰(feng)值發(fa)(fa)電(dian)廠83%的發(fa)(fa)電(dian)量(liang),同(tong)時提供(gong)同(tong)樣的可靠性(xing)。
隨著(zhu)可再生能(neng)源發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)量的(de)增長,電(dian)(dian)(dian)網將面臨更(geng)大的(de)壓力,需(xu)(xu)要(yao)削減(jian)或丟棄一些電(dian)(dian)(dian)力。風力發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)和太(tai)陽能(neng)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)設施的(de)所有者可能(neng)會面臨資金壓力,因此需(xu)(xu)要(yao)部署(shu)長時(shi)儲(chu)能(neng)系統(tong)存儲(chu),并在(zai)峰值電(dian)(dian)(dian)需(xu)(xu)求(qiu)期間出售(shou)而獲利(li)(li)。從電(dian)(dian)(dian)力系統(tong)的(de)角(jiao)度來(lai)看(kan),這是對現有發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)設施的(de)更(geng)有效的(de)利(li)(li)用。此外,許多地(di)區的(de)可再生能(neng)源發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)量會有明(ming)顯(xian)的(de)季(ji)節變化,因此需(xu)(xu)要(yao)長時(shi)儲(chu)能(neng)系統(tong)存儲(chu)電(dian)(dian)(dian)力。
Norman說(shuo),Hydrostor公(gong)司正在開發(fa)長時儲能系統,并將作為智利和澳大利亞輸(shu)電(dian)升級的(de)大規模替代方案。
Highview公(gong)(gong)司的(de)Cavada表示,該公(gong)(gong)司的(de)低溫(wen)壓(ya)縮空氣儲(chu)能技(ji)(ji)術可以存儲(chu)廉價的(de)可再生能源電(dian)力,甚至提供諸如(ru)電(dian)網慣(guan)性之(zhi)類的(de)電(dian)網穩定服務。他指出,Highview公(gong)(gong)司的(de)低溫(wen)壓(ya)縮空氣儲(chu)能技(ji)(ji)術非常適用(yong)于加(jia)州發布的(de)項目采購要求。
Highview Power公司可以使用的(de)(de)電力以及油氣供應鏈的(de)(de)各種設備,通過增加更(geng)多的(de)(de)低溫罐就可以延長壓縮空氣儲(chu)能(neng)系統(tong)的(de)(de)儲(chu)能(neng)時間。
選擇哪些長時儲能技術?
長(chang)時儲(chu)能(neng)行業難(nan)以蓬勃發(fa)展的(de)(de)一(yi)個難(nan)題(ti)是,讓采用(yong)化石能(neng)源發(fa)電(dian)設施的(de)(de)客戶(hu)相信,與電(dian)網目前(qian)使用(yong)的(de)(de)儲(chu)能(neng)技術完全不同的(de)(de)長(chang)時儲(chu)能(neng)技術如何(he)保證(zheng)其安全運營。
對長(chang)(chang)時儲(chu)能(neng)(neng)系統進行實驗和測(ce)試(shi)可(ke)以(yi)降低風險,但(dan)是(shi)(shi)(shi)沒(mei)有什么長(chang)(chang)時儲(chu)能(neng)(neng)的(de)(de)實際應用(yong)(yong)更(geng)能(neng)(neng)證明(ming)其可(ke)用(yong)(yong)性。這(zhe)就是(shi)(shi)(shi)Highview Power公司與Great River Energy簽訂協(xie)議部署項目(mu)具有重要(yao)意(yi)義的(de)(de)原因。而非常成熟的(de)(de)長(chang)(chang)時儲(chu)能(neng)(neng)技(ji)術是(shi)(shi)(shi)抽水蓄(xu)能(neng)(neng),已被(bei)大規(gui)模使(shi)用(yong)(yong)了數十(shi)年(nian)。但(dan)抽水蓄(xu)能(neng)(neng)項目(mu)要(yao)解決的(de)(de)是(shi)(shi)(shi)高(gao)昂的(de)(de)投資(zi)和環境保護(hu)問題。
也有(you)人對長時儲(chu)能(neng)技術(shu)進行質疑:“長時持(chi)續放電”是否只是一(yi)種慢速放電的電池(chi)儲(chu)能(neng)系(xi)統的代名詞?對于(yu)某(mou)些儲(chu)能(neng)技術(shu)來(lai)說是這樣。電池(chi)的物理特性(xing)限制其(qi)容量和持(chi)續放電時間的增(zeng)長,而(er)“長時儲(chu)能(neng)”這一(yi)術(shu)語聽起來(lai)更加讓人印(yin)象深刻。
但(dan)是其他儲(chu)(chu)能(neng)技(ji)術可以自定(ding)義(yi)儲(chu)(chu)能(neng)系統的(de)(de)(de)裝機(ji)容(rong)量(liang)(liang)和儲(chu)(chu)能(neng)容(rong)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)比(bi)值,這意味著它們可以在一定(ding)范(fan)圍內提供所需(xu)(xu)的(de)(de)(de)功(gong)率和持(chi)續(xu)放電所需(xu)(xu)的(de)(de)(de)時間。例如,Highview Power公司根據(ju)部署的(de)(de)(de)可再(zai)生能(neng)源發(fa)電設施裝機(ji)容(rong)量(liang)(liang)來增(zeng)加(jia)相應(ying)數量(liang)(liang)的(de)(de)(de)低溫儲(chu)(chu)罐,以獲取(qu)所需(xu)(xu)的(de)(de)(de)儲(chu)(chu)能(neng)容(rong)量(liang)(liang)。如果需(xu)(xu)要(yao)更長的(de)(de)(de)持(chi)續(xu)放電時間,則可以增(zeng)加(jia)更多的(de)(de)(de)儲(chu)(chu)罐。這種(zhong)定(ding)制(zhi)性使(shi)“長時間持(chi)續(xu)放電”問題(ti)得以解(jie)決。
最終,長時儲能技(ji)術(shu)提供(gong)商需要找到一個更(geng)(geng)具(ju)意義(yi)的(de)業(ye)務模式。更(geng)(geng)長的(de)持續放(fang)電時間(jian)在解決現有電網技(ji)術(shu)無法(fa)解決的(de)問題方面是有價值的(de)。
電網是(shi)實時變化(hua)的(de)(de)(de),因此電力行業(ye)必須找出如何在問(wen)題(ti)出現之(zhi)前預測和解(jie)決,并(bing)編制(zhi)一份經過審(shen)查(cha)的(de)(de)(de)問(wen)題(ti)清單(dan)。而加(jia)州社區選擇(ze)聚合商希望(wang)其采購項目的(de)(de)(de)長時儲能(neng)(neng)系統可以(yi)在2026年(nian)完成部署(shu),并(bing)能(neng)(neng)夠解(jie)決遇到的(de)(de)(de)各種問(wen)題(ti)。