研究表明，長時(shí)儲能實(shí)施是能源轉(zhuǎn)型中至關(guān)重要的部分。長時(shí)儲能在清潔能源技術(shù)的宣傳中一直占據(jù)著主要位置。事實(shí)證明，其帶來的吸引力比能源區(qū)塊鏈還要持久，并且與綠色氫能相比，長時(shí)儲能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)營更加現(xiàn)實(shí)可行。
行業(yè)專家指出，長時(shí)儲能技術(shù)可以替代燃煤發(fā)電和天然氣峰值發(fā)電廠，并將間歇性可再生能源轉(zhuǎn)化為全天候發(fā)電資源，并為無碳電網(wǎng)鋪平道路。
但是，除了行業(yè)專家的預(yù)測之外，對于長時(shí)儲能來說很難找到一個(gè)一致的定義。
這種情況現(xiàn)在開始改變。加利福尼亞州的一個(gè)社區(qū)選擇聚合商聯(lián)盟在10月15日發(fā)布了針對部署長時(shí)儲能項(xiàng)目要求。并指出符合條件長時(shí)儲能系統(tǒng)必須：
• 裝機(jī)容量為50MW或更高。
• 持續(xù)放電時(shí)間為8小時(shí)或或更長時(shí)間。
• 到2026年需要投入運(yùn)營。
長時(shí)儲能涵蓋了一系列技術(shù)，其中包括抽水蓄能、重力儲能、壓縮空氣儲能、液流電池、綠色氫能，以及目前在市場領(lǐng)先的鋰離子電池儲能系統(tǒng)。
為什么要關(guān)心儲能系統(tǒng)的持續(xù)放電時(shí)間？
風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電是全球增長最快的電力來源，但這些電力只在在特定時(shí)間產(chǎn)生，而儲能系統(tǒng)可以使這些電力轉(zhuǎn)移到其他時(shí)間段使用。
當(dāng)今儲能容量最大的儲能資源是抽水蓄能設(shè)施，這一技術(shù)利用可再生能源產(chǎn)生的電力將水泵送到上游水庫中，然后在需要時(shí)將水釋放到下游發(fā)電。但是，由于地理位置和環(huán)保限制，抽水蓄能項(xiàng)目很難選址和建造。
近年來，鋰離子電池儲能系統(tǒng)主導(dǎo)了儲能市場。但是很少能夠提供超過4小時(shí)的持續(xù)放電時(shí)間，從技術(shù)上講，電池儲能系統(tǒng)可以配置更長的持續(xù)放電時(shí)間，但在當(dāng)今市場動(dòng)態(tài)下，其電池成本通常要高于帶來的價(jià)值。
隨著加利福尼亞州部署越來越多的太陽能發(fā)電設(shè)施，加大了對長時(shí)儲能的部署需求
雖然“更長的持續(xù)放電時(shí)間”將重點(diǎn)放在儲能容量上，但其存儲技術(shù)和組件同樣重要。長時(shí)儲能技術(shù)必須以低廉的成本實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，這意味著需要比鋰離子電池更具成本效益。如果沒有，那么采用的長時(shí)儲能技術(shù)就沒有多大的價(jià)值。
在當(dāng)今的電力市場系統(tǒng)中，開發(fā)商很難找到可以獲利和應(yīng)用的低成本的長時(shí)儲能系統(tǒng)。分析人士認(rèn)為，隨著電力生產(chǎn)中間歇性可再生能源發(fā)電的比例更高，長時(shí)儲能將變得更加重要。這就是加利福尼亞此次項(xiàng)目采購具有里程碑意義的原因：為部署長時(shí)儲能系統(tǒng)提供市場機(jī)遇，然后將為其技術(shù)確立市場價(jià)值，并展示長時(shí)儲能系統(tǒng)已經(jīng)為可再生能源發(fā)展的黃金時(shí)期的到來做好了準(zhǔn)備。
壓縮空氣儲能廠商Hydrostor公司總裁Jon Norman說，“我們正在參與社區(qū)選擇聚合商采購，并將這個(gè)招標(biāo)項(xiàng)目表示強(qiáng)烈支持，因?yàn)槲覀冋J(rèn)為，電力市場正在迅速轉(zhuǎn)移到對于長時(shí)儲能的需求，特別是在可再生能源普及率很高且化石燃料發(fā)電廠退役的地區(qū)。”
這個(gè)采購項(xiàng)目計(jì)劃在2026年前完成，這為長時(shí)儲能技術(shù)提供了一些發(fā)展成熟和技術(shù)進(jìn)步的時(shí)間，即使更多的可再生能源加入了加州的電網(wǎng)。
水性鋅電池初創(chuàng)廠商Form Energy公司聯(lián)合創(chuàng)始人Mateo Jaramillo說，“在未來6年期間內(nèi)，市場情況會有很大不同。”他表示，F(xiàn)orm公司正在了解加利福尼亞的項(xiàng)目招標(biāo)要求，并計(jì)劃作為開發(fā)商或技術(shù)供應(yīng)商參與投標(biāo)。
長時(shí)儲能需要多長時(shí)間？
各種儲能技術(shù)廠商都聲稱其儲能技術(shù)是長時(shí)儲能。一些初創(chuàng)公司將他們推出的4小時(shí)儲能產(chǎn)品稱之為長時(shí)儲能系統(tǒng)，但通常是難以讓人信服的宣傳和營銷措施。鋰離子電池儲能系統(tǒng)在4小時(shí)儲能應(yīng)用中與其他未經(jīng)驗(yàn)證的儲能替代方案相比更具成本效益。毫不奇怪，在這段時(shí)間內(nèi)，試圖挑戰(zhàn)鋰離子電池的科技初創(chuàng)公司往往會遭遇失敗。
低溫壓縮空氣儲能廠商Highview Power公司首席執(zhí)行官Javier Cavada以一種更具目標(biāo)導(dǎo)向性的方式定義了長時(shí)儲能。他指出，“存儲可再生能源電力并且持續(xù)放電時(shí)間長達(dá)24小時(shí)以上的儲能系統(tǒng)”才是真正意義上的長時(shí)儲能。
另一方面，總部位于馬薩諸塞州的初創(chuàng)廠商Form Energy公司與明尼蘇達(dá)州公用事業(yè)Great River Energy公司達(dá)成了一項(xiàng)協(xié)議，計(jì)劃在2023年前部署一個(gè)水基空氣電池的長時(shí)系統(tǒng)。雖然該儲能系統(tǒng)裝機(jī)容量只有1MW，但持續(xù)放電時(shí)間卻長達(dá)150個(gè)小時(shí)。Form Energy公司聲稱其電池儲能系統(tǒng)比其競爭對手儲能產(chǎn)品持續(xù)放電時(shí)間要長得多。
加利福尼亞州的項(xiàng)目采購計(jì)劃規(guī)定了長時(shí)儲能系統(tǒng)的最低持續(xù)放電時(shí)間為8個(gè)小時(shí)，但對于鋰離子電池儲能系統(tǒng)仍有機(jī)會。例如在紐約長島和楠塔基特島等地部署的鋰離子電池儲能系統(tǒng)的持續(xù)放電時(shí)間已經(jīng)超過8小時(shí)。而在此次招標(biāo)之前，鋰離子電池儲系統(tǒng)的持續(xù)放電時(shí)間已經(jīng)超過其他儲能技術(shù)。投標(biāo)者應(yīng)該可以確定他們提供的長時(shí)儲能技術(shù)能否滿足招標(biāo)要求。
Form Energy公司的Jaramillo在今年早些時(shí)候的一封電子郵件中指出：“持續(xù)放電時(shí)間”是目前在行業(yè)中使用的一個(gè)非常不精確的術(shù)語，這個(gè)術(shù)語涵蓋了從6小時(shí)到1000多小時(shí)的額定放電時(shí)間。現(xiàn)在不應(yīng)該以持續(xù)放電時(shí)間作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，而是開始根據(jù)其可以提供的功能來描述長時(shí)儲能。
長時(shí)儲能的應(yīng)用
在加利福尼亞州，沒有哪一個(gè)市場可以為現(xiàn)有發(fā)電資源支付采用長時(shí)儲能系統(tǒng)的費(fèi)用。長時(shí)儲能系統(tǒng)需要滿足實(shí)際的市場需求。
滿足峰值電力需求是長時(shí)儲能系統(tǒng)的一種具有發(fā)展前景的用途。目前，以天然氣為燃料的峰值發(fā)電廠可以做到這一點(diǎn)。雖然4小時(shí)儲能的電池儲能系統(tǒng)在可再生能源發(fā)電設(shè)施發(fā)電不足時(shí)，可以滿足峰值電力需求。但是當(dāng)電力需求持續(xù)更長的時(shí)間時(shí)，就將成為一個(gè)難以解決的問題。
在提供長達(dá)數(shù)日的長時(shí)供電方面，電池儲能系統(tǒng)現(xiàn)在還不能與天然氣發(fā)電廠競爭。但是，具有成本效益的24小時(shí)持續(xù)放電時(shí)間儲系能統(tǒng)可以滿足時(shí)間更長峰值電力需求，而如果達(dá)到48小時(shí)，則可以完成更多工作。
紐約州已經(jīng)開始陸續(xù)關(guān)閉污染嚴(yán)重的峰值發(fā)電廠，并提出了采用儲能系統(tǒng)替代的計(jì)劃。研究表明，電池儲能系統(tǒng)只能替代峰值發(fā)電廠發(fā)電量的6%至11%。根據(jù)Form Energy公司對長時(shí)儲能技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行的研究，發(fā)現(xiàn)其新型電池長時(shí)儲能系統(tǒng)與鋰離子電池儲能系統(tǒng)結(jié)合使用，可以經(jīng)濟(jì)高效地替代該州峰值發(fā)電廠83%的發(fā)電量，同時(shí)提供同樣的可靠性。
隨著可再生能源發(fā)電量的增長，電網(wǎng)將面臨更大的壓力，需要削減或丟棄一些電力。風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電設(shè)施的所有者可能會面臨資金壓力，因此需要部署長時(shí)儲能系統(tǒng)存儲，并在峰值電需求期間出售而獲利。從電力系統(tǒng)的角度來看，這是對現(xiàn)有發(fā)電設(shè)施的更有效的利用。此外，許多地區(qū)的可再生能源發(fā)電量會有明顯的季節(jié)變化，因此需要長時(shí)儲能系統(tǒng)存儲電力。
Norman說，Hydrostor公司正在開發(fā)長時(shí)儲能系統(tǒng)，并將作為智利和澳大利亞輸電升級的大規(guī)模替代方案。
Highview公司的 Cavada表示，該公司的低溫壓縮空氣儲能技術(shù)可以存儲廉價(jià)的可再生能源電力，甚至提供諸如電網(wǎng)慣性之類的電網(wǎng)穩(wěn)定服務(wù)。他指出，Highview公司的低溫壓縮空氣儲能技術(shù)非常適用于加州發(fā)布的項(xiàng)目采購要求。
Highview Power公司可以使用的電力以及油氣供應(yīng)鏈的各種設(shè)備，通過增加更多的低溫罐就可以延長壓縮空氣儲能系統(tǒng)的儲能時(shí)間。
選擇哪些長時(shí)儲能技術(shù)？
長時(shí)儲能行業(yè)難以蓬勃發(fā)展的一個(gè)難題是，讓采用化石能源發(fā)電設(shè)施的客戶相信，與電網(wǎng)目前使用的儲能技術(shù)完全不同的長時(shí)儲能技術(shù)如何保證其安全運(yùn)營。
對長時(shí)儲能系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和測試可以降低風(fēng)險(xiǎn)，但是沒有什么長時(shí)儲能的實(shí)際應(yīng)用更能證明其可用性。這就是Highview Power公司與Great River Energy簽訂協(xié)議部署項(xiàng)目具有重要意義的原因。而非常成熟的長時(shí)儲能技術(shù)是抽水蓄能，已被大規(guī)模使用了數(shù)十年。但抽水蓄能項(xiàng)目要解決的是高昂的投資和環(huán)境保護(hù)問題。
也有人對長時(shí)儲能技術(shù)進(jìn)行質(zhì)疑：“長時(shí)持續(xù)放電”是否只是一種慢速放電的電池儲能系統(tǒng)的代名詞?對于某些儲能技術(shù)來說是這樣。電池的物理特性限制其容量和持續(xù)放電時(shí)間的增長，而“長時(shí)儲能”這一術(shù)語聽起來更加讓人印象深刻。
但是其他儲能技術(shù)可以自定義儲能系統(tǒng)的裝機(jī)容量和儲能容量的比值，這意味著它們可以在一定范圍內(nèi)提供所需的功率和持續(xù)放電所需的時(shí)間。例如，Highview Power公司根據(jù)部署的可再生能源發(fā)電設(shè)施裝機(jī)容量來增加相應(yīng)數(shù)量的低溫儲罐，以獲取所需的儲能容量。如果需要更長的持續(xù)放電時(shí)間，則可以增加更多的儲罐。這種定制性使“長時(shí)間持續(xù)放電”問題得以解決。
最終，長時(shí)儲能技術(shù)提供商需要找到一個(gè)更具意義的業(yè)務(wù)模式。更長的持續(xù)放電時(shí)間在解決現(xiàn)有電網(wǎng)技術(shù)無法解決的問題方面是有價(jià)值的。
電網(wǎng)是實(shí)時(shí)變化的，因此電力行業(yè)必須找出如何在問題出現(xiàn)之前預(yù)測和解決，并編制一份經(jīng)過審查的問題清單。而加州社區(qū)選擇聚合商希望其采購項(xiàng)目的長時(shí)儲能系統(tǒng)可以在2026年完成部署，并能夠解決遇到的各種問題。
