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長時儲能技術如何在能源轉型中發揮重要作用?

作者:劉伯洵 來源:中國儲能網 發布時間:2020-11-18 瀏覽:
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中國儲能網訊: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,長時儲能實施是能源轉型中至關重要的部分。長時儲能在清潔能源技術的宣傳中一直占據著主要位置。事實證明,其帶來的吸引力比能源區塊鏈還要持久,并且與綠色氫能相比,長時儲能實現商業化運營更加現實可行。

行業專家指出,長時儲能技術可以替代燃煤發電和天然氣峰值發電廠,并將間歇性可再生能源轉化為全天候發電資源,并為無碳電網鋪平道路。

但是,除了行業專家的預測之外,對于長時儲能來說很難找到一個一致的定義。

這種情況現在開始改變。加利福尼亞州的一個社區選擇聚合商聯盟在10月15日發布了針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。

長時儲能涵蓋了一系列技術,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,以及目前在市場領先的鋰離子電池儲能系統。

為什么要關心儲能系統的持續放電時間?

風力發電和太陽能發電是全球增長最快的電力來源,但這些電力只在在特定時間產生,而儲能系統可以使這些電力轉移到其他時間段使用。

當今儲能容量最大的儲能資源是抽水蓄能設施,這一技術利用可再生能源產生的電力將水泵送到上游水庫中,然后在需要時將水釋放到下游發電。但是,由于地理位置和環保限制,抽水蓄能項目很難選址和建造。

近年來,鋰離子電池儲能系統主導了儲能市場。但是很少能夠提供超過4小時的持續放電時間,從技術上講,電池儲能系統可以配置更長的持續放電時間,但在當今市場動態下,其電池成本通常要高于帶來的價值。

隨著加利福尼亞州部署越來越多的太陽能發電設施,加大了對長時儲能的部署需求

雖然“更長的持續放電時間”將重點放在儲能容量上,但其存儲技術和組件同樣重要。長時儲能技術必須以低廉的成本實現這一點,這意味著需要比鋰離子電池更具成本效益。如果沒有,那么采用的長時儲能技術就沒有多大的價值。

在當今的電力市場系統中,開發商很難找到可以獲利和應用的低成本的長時儲能系統。分析人士認為,隨著電力生產中間歇性可再生能源發電的比例更高,長時儲能將變得更加重要。這就是加利福尼亞此次項目采購具有里程碑意義的原因:為部署長時儲能系統提供市場機遇,然后將為其技術確立市場價值,并展示長時儲能系統已經為可再生能源發展的黃金時期的到來做好了準備。

壓縮空氣儲能廠商Hydrostor公司總裁Jon Norman說,“我們正在參與社區選擇聚合商采購,并將這個招標項目表示強烈支持,因為我們認為,電力市場正在迅速轉移到對于長時儲能的需求,特別是在可再生能源普及率很高且化石燃料發電廠退役的地區?!?

這個采購項目計劃在2026年前完成,這為長時儲能技術提供了一些發展成熟和技術進步的時間,即使更多的可再生能源加入了加州的電網。

水性鋅電池初創廠商Form Energy公司聯合創始人Mateo Jaramillo說,“在未來6年期間內,市場情況會有很大不同?!彼硎?,Form公司正在了解加利福尼亞的項目招標要求,并計劃作為開發商或技術供應商參與投標。

長時儲能需要多長時間?

各種儲能技術廠商都聲稱其儲能技術是長時儲能。一些初創公司將他們推出的4小時儲能產品稱之為長時儲能系統,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在4小時儲能應用中與其他未經驗證的儲能替代方案相比更具成本效益。毫不奇怪,在這段時間內,試圖挑戰鋰離子電池的科技初創公司往往會遭遇失敗。

低溫壓縮空氣儲能廠商Highview Power公司首席執行官Javier Cavada以一種更具目標導向性的方式定義了長時儲能。他指出,“存儲可再生能源電力并且持續放電時間長達24小時以上的儲能系統”才是真正意義上的長時儲能。

另一方面,總部位于馬薩諸塞州的初創廠商Form Energy公司與明尼蘇達州公用事業Great River Energy公司達成了一項協議,計劃在2023年前部署一個水基空氣電池的長時系統。雖然該儲能系統裝機容量只有1MW,但持續放電時間卻長達150個小時。Form Energy公司聲稱其電池儲能系統比其競爭對手儲能產品持續放電時間要長得多。

加利福尼亞州的項目采購計劃規定了長時儲能系統的最低持續放電時間為8個小時,但對于鋰離子電池儲能系統仍有機會。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的持續放電時間已經超過8小時。而在此次招標之前,鋰離子電池儲系統的持續放電時間已經超過其他儲能技術。投標者應該可以確定他們提供的長時儲能技術能否滿足招標要求。

Form Energy公司的Jaramillo在今年早些時候的一封電子郵件中指出:“持續放電時間”是目前在行業中使用的一個非常不精確的術語,這個術語涵蓋了從6小時到1000多小時的額定放電時間?,F在不應該以持續放電時間作為衡量標準,而是開始根據其可以提供的功能來描述長時儲能。

長時儲能的應用

在加利福尼亞州,沒有哪一個市場可以為現有發電資源支付采用長時儲能系統的費用。長時儲能系統需要滿足實際的市場需求。

滿足峰值電力需求是長時儲能系統的一種具有發展前景的用途。目前,以天然氣為燃料的峰值發電廠可以做到這一點。雖然4小時儲能的電池儲能系統在可再生能源發電設施發電不足時,可以滿足峰值電力需求。但是當電力需求持續更長的時間時,就將成為一個難以解決的問題。

在提供長達數日的長時供電方面,電池儲能系統現在還不能與天然氣發電廠競爭。但是,具有成本效益的24小時持續放電時間儲系能統可以滿足時間更長峰值電力需求,而如果達到48小時,則可以完成更多工作。

紐約州已經開始陸續關閉污染嚴重的峰值發電廠,并提出了采用儲能系統替代的計劃。研究表明,電池儲能系統只能替代峰值發電廠發電量的6%至11%。根據Form Energy公司對長時儲能技術的應用進行的研究,發現其新型電池長時儲能系統與鋰離子電池儲能系統結合使用,可以經濟高效地替代該州峰值發電廠83%的發電量,同時提供同樣的可靠性。

隨著可再生能源發電量的增長,電網將面臨更大的壓力,需要削減或丟棄一些電力。風力發電和太陽能發電設施的所有者可能會面臨資金壓力,因此需要部署長時儲能系統存儲,并在峰值電需求期間出售而獲利。從電力系統的角度來看,這是對現有發電設施的更有效的利用。此外,許多地區的可再生能源發電量會有明顯的季節變化,因此需要長時儲能系統存儲電力。

Norman說,Hydrostor公司正在開發長時儲能系統,并將作為智利和澳大利亞輸電升級的大規模替代方案。

Highview公司的 Cavada表示,該公司的低溫壓縮空氣儲能技術可以存儲廉價的可再生能源電力,甚至提供諸如電網慣性之類的電網穩定服務。他指出,Highview公司的低溫壓縮空氣儲能技術非常適用于加州發布的項目采購要求。

Highview Power公司可以使用的電力以及油氣供應鏈的各種設備,通過增加更多的低溫罐就可以延長壓縮空氣儲能系統的儲能時間。

選擇哪些長時儲能技術?

長時儲能行業難以蓬勃發展的一個難題是,讓采用化石能源發電設施的客戶相信,與電網目前使用的儲能技術完全不同的長時儲能技術如何保證其安全運營。

對長時儲能系統進行實驗和測試可以降低風險,但是沒有什么長時儲能的實際應用更能證明其可用性。這就是Highview Power公司與Great River Energy簽訂協議部署項目具有重要意義的原因。而非常成熟的長時儲能技術是抽水蓄能,已被大規模使用了數十年。但抽水蓄能項目要解決的是高昂的投資和環境保護問題。

也有人對長時儲能技術進行質疑:“長時持續放電”是否只是一種慢速放電的電池儲能系統的代名詞?對于某些儲能技術來說是這樣。電池的物理特性限制其容量和持續放電時間的增長,而“長時儲能”這一術語聽起來更加讓人印象深刻。

但是其他儲能技術可以自定義儲能系統的裝機容量和儲能容量的比值,這意味著它們可以在一定范圍內提供所需的功率和持續放電所需的時間。例如,Highview Power公司根據部署的可再生能源發電設施裝機容量來增加相應數量的低溫儲罐,以獲取所需的儲能容量。如果需要更長的持續放電時間,則可以增加更多的儲罐。這種定制性使“長時間持續放電”問題得以解決。

最終,長時儲能技術提供商需要找到一個更具意義的業務模式。更長的持續放電時間在解決現有電網技術無法解決的問題方面是有價值的。

電網是實時變化的,因此電力行業必須找出如何在問題出現之前預測和解決,并編制一份經過審查的問題清單。而加州社區選擇聚合商希望其采購項目的長時儲能系統可以在2026年完成部署,并能夠解決遇到的各種問題。

關鍵字:長時儲能技術

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