美国电力部门日间储能的经济潜力（英译中）_66页_9mb

存储期货研究：昼夜存储在美国电力部门的经济潜力

核心内容

本报告是美国国家可再生能源实验室（NREL）存储未来研究（SFS）系列的一部分，旨在评估昼夜存储在美国电力系统中的经济潜力及其对电力系统演进的影响。通过ReEDS模型，研究分析了2020年至2050年期间，不同成本和性能情景下储能的部署情况，以及其与可变可再生能源（VRE）渗透率的关系。

主要观点

• 储能经济潜力：昼夜存储在经济基础上极具竞争力，尤其在高可再生能源渗透率的场景中。
• 部署增长：到2050年，储能的建模部署将超过125吉瓦，比2020年的23吉瓦增长五倍以上。
• 电池存储：电池存储的容量预计到2050年将增长至至少3,000倍当前水平，其部署主要受成本和性能的影响。
• 存储持续时间：大多数存储投资的持续时间为4-6小时，但随着VRE渗透率的增加，需要更长的持续时间以满足峰值需求。
• 存储服务价值：储能的经济价值主要来自容量价值和能量套利，且与VRE渗透率和能源价格曲线密切相关。
• 区域差异：不同区域的储能部署和经济潜力存在差异，主要受当地能源价格、输电能力和VRE部署影响。

关键信息

存储部署的四个阶段

• 阶段1和2：主要部署短持续时间（<12小时）的存储，用于提供峰值容量。
• 阶段3和4：随着VRE渗透率的增加，需要更长的存储持续时间以满足更宽的净负荷峰值。

存储技术建模输入数据

• 电池成本预测：基于奥古斯丁和布莱尔（2021）的预测，电池成本逐年下降。
• 抽水蓄能成本：基于能源部2016年的水电愿景研究，但未考虑最新进展。
• 性能特征：电池的往返效率为85%，使用寿命为15年。

存储服务限制方案

• 容量信用：当存储无法提供容量信用时，其峰值容量潜力为零。
• 能量时移：当存储无法执行能量时移时，其对弃电的影响和时移价值被忽略。
• 运营储备：当存储无法提供运营储备时，其在辅助服务中的作用被排除。

存储对电力系统的影响

• 峰值容量：随着VRE渗透率的增加，净负荷峰值变窄，存储的容量价值增加。
• 能源时移：存储的时移价值随着能源价格波动而变化，较高的价格差异激励更多存储部署。
• 电网服务：存储可以提供多种电网服务，包括调峰、能量时移和运营储备，这些服务的价值随着存储持续时间的增加而增加。

储能与其他资源的相互作用

• 光伏和风能：光伏的昼夜模式显著影响储能的潜力，风能的部署对储能的经济性也有一定影响。
• 输电：输电投资可以减少限电，从而影响储能的经济价值。
• 天然气价格：较高的天然气价格会提高储能的经济性，因为其可以替代天然气发电。

情景分析

国家部署结果

• 参考案例：到2050年，存储容量为213吉瓦（1318吉瓦时），占总规划储备保证金要求的17%。
• 高电池成本：存储容量为132吉瓦（702吉瓦时）。
• 低电池成本：存储容量为380吉瓦（1783吉瓦时）。
• 高VRE成本：存储容量为181吉瓦（1194吉瓦时）。
• 低VRE成本和低电池成本：存储容量为348吉瓦（1598吉瓦时）。

驱动因素分析

• 光伏渗透率：对储能的市场潜力有显著影响，增加光伏部署会提高储能的经济价值。
• 天然气价格：高天然气价格会提高储能的经济性，因为其可以替代天然气发电。
• 存储成本：电池成本降低会显著提高储能的市场潜力，特别是在低电池成本情景下。

存储的其他相互作用和影响

• 与光伏的协同作用：光伏的昼夜模式显著影响储能的潜力，特别是在高光伏渗透率的情况下。
• 与风能的协同作用：风能的部署对储能的经济性有一定影响，但不如光伏显著。
• 与输电的协同作用：输电投资可以减少限电，从而影响储能的经济价值。

未来工作

• 长期存储：研究昼夜存储与长期存储资源之间的关系，特别是在高度脱碳的电网条件下。
• 需求方灵活性：进一步研究存储与全国范围内需求方灵活性之间的关系。
• 政策影响：考虑政策变化对储能部署的影响，如可再生能源信贷价格。

附录信息

• 场景结果：展示了不同资源敏感性情景下的存储部署和渗透率。
• 操作储备：ReEDS模型中包括三种类型的运营储备：调节、纺纱和灵活性。
• 存储成本投入：电池的资本成本和运营维护成本逐年下降，影响储能的经济性。

参考文献

• 奥古斯丁和布莱尔：提供了电池成本预测。
• Denholm等人：描述了存储部署的四个阶段。
• Frew等人：分析了储能的经济和技术影响。
• 科尔等人：提供了存储服务限制方案的详细信息。

总结

本报告通过ReEDS模型评估了美国电力系统中昼夜存储的经济潜力，揭示了储能对电力系统演进的重要影响。研究结果显示，储能的部署主要受到技术成本、VRE渗透率和能源价格曲线的影响，特别是在高可再生能源渗透率的场景中，储能的市场潜力显著增加。未来的工作应关注储能与长期存储资源之间的关系，以及存储与需求方灵活性的相互作用。