20091130-IEA-Prospects_for_Large-Scale_Energy_Storage_in_Decarbonised_Power_Grids_94页_3mb

报告摘要

总结：大规模储能技术在脱碳电网中的前景

核心内容

本报告由国际能源署（IEA）撰写，探讨了大规模储能技术在未来脱碳电网中的作用，特别是在高比例可再生能源接入的电力系统中，储能技术在维持电网频率稳定方面的重要性。报告基于IEA 2008年发布的“BLUE Map”情景，分析了可再生能源（如风能和太阳能）对电力系统带来的短期波动挑战，并评估了不同地区所需的储能容量。

主要观点

可再生能源的增长：在“BLUE Map”情景下，风能和太阳能预计将在2050年分别贡献全球电力生成的12%和11%。由于这些能源具有间歇性和不可调度性，电网需要额外的灵活性来应对供需不平衡。
频率稳定性：频率稳定是电力系统运行的关键，其主要受短期波动（几秒到几分钟）影响。随着可再生能源比例上升，传统灵活电源（如天然气和水电）的容量将减少，从而对储能系统提出更高需求。
区域分散与平滑效应：风能和太阳能的区域分散有助于减少整体输出波动。若多个风电场或光伏电站的输出相互独立，其净波动将随电站数量的平方根成反比下降。然而，在较小区域内，波动可能仍较大。
储能技术的重要性：储能技术是应对可再生能源波动的重要手段。不同储能技术（如钠硫电池、抽水蓄能、红ox流电池、压缩空气储能、超级电容器、锂离子电池和飞轮系统）具有不同的性能和适用场景，其成本和效率是推广的关键因素。
不同时间尺度的波动：短期波动（几秒到几分钟）难以预测，需依赖快速响应的储能系统或负荷频率控制（LFC）；而长期波动（数天到数月）则可通过经济负荷调度（EDC）和电网互联解决。

关键信息

1. 电网运行与负荷曲线

电网负荷曲线可分为基载和峰载。基载通常由高效率的化石燃料电厂或核电厂提供，而峰载则由天然气联合循环（NGCC）或水电站提供。
不同国家的负荷曲线差异较大，与气候、生活方式和用电结构有关。例如，日本的峰载需求可达最大负荷的50%至100%，而北欧、美国PJM地区、意大利、法国和德国的峰载需求波动较小。

2. 电力质量与频率稳定性

电网频率稳定依赖于供需的实时平衡。频率波动会导致系统不稳定，因此需要灵活的电源和储能系统来应对。
传统中载电源（如天然气和水电）通过负荷频率控制（LFC）和无调速器控制（GF）来维持频率稳定。而可再生能源的波动性可能限制这些技术的使用。

3. 储能系统的特性

储能系统的性能包括能量密度、输出密度、效率、规模和充放电时间。
操作特性涉及启动和停止时间、负载响应、部分负载能力、寿命和可靠性。
安全性、地理位置、建设时间和投运时间也是重要考量因素。

4. 储能需求评估

在“BLUE Map”情景下，不同地区的储能需求因可再生能源的波动性而异。例如，在西欧互联电网中，若净波动率为5%，则无需额外储能；但若波动率超过5%，则需要储能系统。
模拟结果显示，全球范围内的储能需求可能在189GW至305GW之间，具体取决于波动率（15%至30%）。
在高比例可再生能源区域，如德国和西班牙，电网互联虽有助于平衡供需，但不足以应对大规模波动，因此需依赖储能系统。