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长时储能技术如何在能源转型中发挥重要作用?

作者:刘伯洵 来源:中国储能网 发布时间:2020-11-18 浏览:
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中国储能网讯:如今,很多行业用户越来越关注长时储能技术和应用,而加利福尼亚州正在计划部署更多的长时储能系统。

研究表明,长时储能实施是能源转型中至关重要的部分。长时储能在清洁能源技术的宣传中一直占据着主要位置。事实证明,其带来的吸引力比能源区块链还要持久,并且与绿色氢能相比,长时储能实现商业化运营更加现实可行。

行业专家指出,长时储能技术可以替代燃煤发电和天然气峰值发电厂,并将间歇性可再生能源转化为全天候发电资源,并为无碳电网铺平道路。

但是,除了行业专家的预测之外,对于长时储能来说很难找到一个一致的定义。

这种情况现在开始改变。加利福尼亚州的一个社区选择聚合商联盟在10月15日发布了针对部署长时储能项目要求。并指出符合条件长时储能系统必须:

•装机容量为50MW或更高。

•持续放电时间为8小时或或更长时间。

•到2026年需要投入运营。

长时储能涵盖了一系列技术,其中包括抽水蓄能、重力储能、压缩空气储能、液流电池、绿色氢能,以及目前在市场领先的锂离子电池储能系统。

为什么要关心储能系统的持续放电时间?

风力发电和太阳能发电是全球增长最快的电力来源,但这些电力只在在特定时间产生,而储能系统可以使这些电力转移到其他时间段使用。

当今储能容量最大的储能资源是抽水蓄能设施,这一技术利用可再生能源产生的电力将水泵送到上游水库中,然后在需要时将水释放到下游发电。但是,由于地理位置和环保限制,抽水蓄能项目很难选址和建造。

近年来,锂离子电池储能系统主导了储能市场。但是很少能够提供超过4小时的持续放电时间,从技术上讲,电池储能系统可以配置更长的持续放电时间,但在当今市场动态下,其电池成本通常要高于带来的价值。

随着加利福尼亚州部署越来越多的太阳能发电设施,加大了对长时储能的部署需求

虽然“更长的持续放电时间”将重点放在储能容量上,但其存储技术和组件同样重要。长时储能技术必须以低廉的成本实现这一点,这意味着需要比锂离子电池更具成本效益。如果没有,那么采用的长时储能技术就没有多大的价值。

在当今的电力市场系统中,开发商很难找到可以获利和应用的低成本的长时储能系统。分析人士认为,随着电力生产中间歇性可再生能源发电的比例更高,长时储能将变得更加重要。这就是加利福尼亚此次项目采购具有里程碑意义的原因:为部署长时储能系统提供市场机遇,然后将为其技术确立市场价值,并展示长时储能系统已经为可再生能源发展的黄金时期的到来做好了准备。

压缩空气储能厂商Hydrostor公司总裁Jon Norman说,“我们正在参与社区选择聚合商采购,并将这个招标项目表示强烈支持,因为我们认为,电力市场正在迅速转移到对于长时储能的需求,特别是在可再生能源普及率很高且化石燃料发电厂退役的地区。”

这个采购项目计划在2026年前完成,这为长时储能技术提供了一些发展成熟和技术进步的时间,即使更多的可再生能源加入了加州的电网。

水性锌电池初创厂商Form Energy公司联合创始人Mateo Jaramillo说,“在未来6年期间内,市场情况会有很大不同。”他表示,Form公司正在了解加利福尼亚的项目招标要求,并计划作为开发商或技术供应商参与投标。

长时储能需要多长时间?

各种储能技术厂商都声称其储能技术是长时储能。一些初创公司将他们推出的4小时储能产品称之为长时储能系统,但通常是难以让人信服的宣传和营销措施。锂离子电池储能系统在4小时储能应用中与其他未经验证的储能替代方案相比更具成本效益。毫不奇怪,在这段时间内,试图挑战锂离子电池的科技初创公司往往会遭遇失败。

低温压缩空气储能厂商Highview Power公司首席执行官Javier Cavada以一种更具目标导向性的方式定义了长时储能。他指出,“存储可再生能源电力并且持续放电时间长达24小时以上的储能系统”才是真正意义上的长时储能。

另一方面,总部位于马萨诸塞州的初创厂商Form Energy公司与明尼苏达州公用事业Great River Energy公司达成了一项协议,计划在2023年前部署一个水基空气电池的长时系统。虽然该储能系统装机容量只有1MW,但持续放电时间却长达150个小时。Form Energy公司声称其电池储能系统比其竞争对手储能产品持续放电时间要长得多。

加利福尼亚州的项目采购计划规定了长时储能系统的最低持续放电时间为8个小时,但对于锂离子电池储能系统仍有机会。例如在纽约长岛和楠塔基特岛等地部署的锂离子电池储能系统的持续放电时间已经超过8小时。而在此次招标之前,锂离子电池储系统的持续放电时间已经超过其他储能技术。投标者应该可以确定他们提供的长时储能技术能否满足招标要求。

Form Energy公司的Jaramillo在今年早些时候的一封电子邮件中指出:“持续放电时间”是目前在行业中使用的一个非常不精确的术语,这个术语涵盖了从6小时到1000多小时的额定放电时间。现在不应该以持续放电时间作为衡量标准,而是开始根据其可以提供的功能来描述长时储能。

长时储能的应用

在加利福尼亚州,没有哪一个市场可以为现有发电资源支付采用长时储能系统的费用。长时储能系统需要满足实际的市场需求。

满足峰值电力需求是长时储能系统的一种具有发展前景的用途。目前,以天然气为燃料的峰值发电厂可以做到这一点。虽然4小时储能的电池储能系统在可再生能源发电设施发电不足时,可以满足峰值电力需求。但是当电力需求持续更长的时间时,就将成为一个难以解决的问题。

在提供长达数日的长时供电方面,电池储能系统现在还不能与天然气发电厂竞争。但是,具有成本效益的24小时持续放电时间储系能统可以满足时间更长峰值电力需求,而如果达到48小时,则可以完成更多工作。

纽约州已经开始陆续关闭污染严重的峰值发电厂,并提出了采用储能系统替代的计划。研究表明,电池储能系统只能替代峰值发电厂发电量的6%至11%。根据Form Energy公司对长时储能技术的应用进行的研究,发现其新型电池长时储能系统与锂离子电池储能系统结合使用,可以经济高效地替代该州峰值发电厂83%的发电量,同时提供同样的可靠性。

随着可再生能源发电量的增长,电网将面临更大的压力,需要削减或丢弃一些电力。风力发电和太阳能发电设施的所有者可能会面临资金压力,因此需要部署长时储能系统存储,并在峰值电需求期间出售而获利。从电力系统的角度来看,这是对现有发电设施的更有效的利用。此外,许多地区的可再生能源发电量会有明显的季节变化,因此需要长时储能系统存储电力。

Norman说,Hydrostor公司正在开发长时储能系统,并将作为智利和澳大利亚输电升级的大规模替代方案。

Highview公司的 Cavada表示,该公司的低温压缩空气储能技术可以存储廉价的可再生能源电力,甚至提供诸如电网惯性之类的电网稳定服务。他指出,Highview公司的低温压缩空气储能技术非常适用于加州发布的项目采购要求。

Highview Power公司可以使用的电力以及油气供应链的各种设备,通过增加更多的低温罐就可以延长压缩空气储能系统的储能时间。

选择哪些长时储能技术?

长时储能行业难以蓬勃发展的一个难题是,让采用化石能源发电设施的客户相信,与电网目前使用的储能技术完全不同的长时储能技术如何保证其安全运营。

对长时储能系统进行实验和测试可以降低风险,但是没有什么长时储能的实际应用更能证明其可用性。这就是Highview Power公司与Great River Energy签订协议部署项目具有重要意义的原因。而非常成熟的长时储能技术是抽水蓄能,已被大规模使用了数十年。但抽水蓄能项目要解决的是高昂的投资和环境保护问题。

也有人对长时储能技术进行质疑:“长时持续放电”是否只是一种慢速放电的电池储能系统的代名词?对于某些储能技术来说是这样。电池的物理特性限制其容量和持续放电时间的增长,而“长时储能”这一术语听起来更加让人印象深刻。

但是其他储能技术可以自定义储能系统的装机容量和储能容量的比值,这意味着它们可以在一定范围内提供所需的功率和持续放电所需的时间。例如,Highview Power公司根据部署的可再生能源发电设施装机容量来增加相应数量的低温储罐,以获取所需的储能容量。如果需要更长的持续放电时间,则可以增加更多的储罐。这种定制性使“长时间持续放电”问题得以解决。

最终,长时储能技术提供商需要找到一个更具意义的业务模式。更长的持续放电时间在解决现有电网技术无法解决的问题方面是有价值的。

电网是实时变化的,因此电力行业必须找出如何在问题出现之前预测和解决,并编制一份经过审查的问题清单。而加州社区选择聚合商希望其采购项目的长时储能系统可以在2026年完成部署,并能够解决遇到的各种问题。

关键字:长时储能技术

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