NREL分析表明，多種儲能技術(shù)組合可以實現(xiàn)高比例可再生能源運(yùn)行。
隨著美國各州向100%可再生能源運(yùn)行的方向發(fā)展，儲能將成為實現(xiàn)多樣化供電模式的關(guān)鍵。但是，沒有任何一種單一技術(shù)可以成為滿足我們所有儲能需求的終極武器。
相反，根據(jù)最近國家可再生能源實驗室(NREL)發(fā)表在《能源與環(huán)境科學(xué)》上的題為《用于高/超高無碳和可再生能源系統(tǒng)的最佳儲能技術(shù)組合》的論文分析稱，儲能技術(shù)組合的方案對未來的能源系統(tǒng)最具有經(jīng)濟(jì)意義。
“事實上，每個能源系統(tǒng)都是不同的，具有不同的需求、可再生能源的部署、天氣因素等，”NREL研究員、論文第一作者Omar J. Guerra說，“我們發(fā)現(xiàn)，在高比例可再生能源系統(tǒng)的不同時間尺度和經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，儲能可以實現(xiàn)最低的能源成本，這意味著我們正在為未來的電網(wǎng)尋找儲能技術(shù)的組合。”
儲能技術(shù)權(quán)衡
Guerra和研究人員Joshua Eichman和Paul Denholm使用定制的高分辨率優(yōu)化模型來比較美國各地的儲能技術(shù)組合。研究人員發(fā)現(xiàn)，地理差異是塑造儲能技術(shù)組合的最大影響因素。例如，加州獨立系統(tǒng)運(yùn)營商(CAISO)的電網(wǎng)是太陽能驅(qū)動的，季節(jié)性儲能的容量可覆蓋計算模型中冬季月份的50天左右的時間，而風(fēng)力驅(qū)動的中大陸?yīng)毩⑾到y(tǒng)運(yùn)營商(MISO)可以部署較短時長的季節(jié)性儲能（但仍比大多數(shù)當(dāng)前部署的儲能技術(shù)長得多），容量為5-14天。
CAISO和MISO中短期(SD)、長期（LD1和LD2）和季節(jié)性儲能(SS)的歸一化荷電狀態(tài)(SOC)。(a)CAISO具有100%可再生能源組合的設(shè)備的歸一化SOC。(b) MISO具有100%可再生能源組合的設(shè)備的歸一化SOC。SOC=1（深紅色）表示儲能設(shè)備已滿。SOC=0（淺紅色）表示儲能設(shè)備為空。
儲能技術(shù)在電力和能源組件的效率和投資成本方面面臨著根本的權(quán)衡，這也正是儲能技術(shù)組合具有優(yōu)勢的原因。像鋰離子電池這樣的短期（日內(nèi)）儲能技術(shù)具有更高的效率，但與能源相關(guān)的成本也更高，而像壓縮空氣或熱泵這樣的長期（每日）儲能技術(shù)具有較低的能源相關(guān)成本，但效率較低。
“對于超高比例或100%可再生能源系統(tǒng)，我們需要了解何種儲能技術(shù)組合最適合的位置或系統(tǒng)。成本，包括避免CO2排放的成本，會因儲能技術(shù)組合的選擇而有很大差異，”Guerra說。
100%可再生能源的儲能技術(shù)組合
研究人員發(fā)現(xiàn)超高比例可再生能源系統(tǒng)產(chǎn)生了一些令人驚訝的結(jié)果：隨著系統(tǒng)接近100%可再生能源運(yùn)行，其儲能技術(shù)組合中越來越多的部分將受益于多日到季節(jié)性儲能容量，這是因為剩余負(fù)荷和可再生資源供應(yīng)的季節(jié)性錯配加劇。然而，在像CAISO這樣的電網(wǎng)上，短時儲能在平衡太陽能的晝夜波動方面更有效。
由于在接近100%可再生能源運(yùn)行的系統(tǒng)中，季節(jié)性儲能擔(dān)任重要的角色，“儲能到儲能”式充電在經(jīng)濟(jì)上變得有利，使其成為另一個令人驚訝的策略。結(jié)果是，可再生能源限電開始下降，因為更多的可再生能源可以用于儲能。超高比例可再生系統(tǒng)的這些動力凸顯出了競爭因素可廣泛影響最佳儲能技術(shù)的組合。
隨著CAISO（上）和MISO（下）系統(tǒng)接近100%可再生能源運(yùn)行，可再生能源的限電開始減少，因為季節(jié)性儲能變得具有成本效益，并增加了系統(tǒng)的儲能容量。
對電力行業(yè)的影響
該研究的結(jié)果對系統(tǒng)運(yùn)營商、技術(shù)開發(fā)商、電力供應(yīng)商及廣泛的業(yè)界來說迫在眉睫。對這些機(jī)構(gòu)而言，最主要的信息是，理想的儲能技術(shù)組合可能會因地區(qū)而異，并且會因可再生能源的配額比例而異。隨著越來越多的城市和州制定清潔能源目標(biāo)，有著10年或20年的未來規(guī)劃的利益相關(guān)者應(yīng)該聚焦更為廣泛的儲能技術(shù)空間，以及它如何適應(yīng)他們的系統(tǒng)。
接下來是什么？
現(xiàn)在研究人員已經(jīng)確定了巨大的儲能部署成本差異，未來的工作將集中在對儲能價值更全面評估上。
“我們需要一種更全面的方法，”Guerra說。“儲能技術(shù)非常靈活，可用于各種電網(wǎng)服務(wù)。下一步，我們將全方位了解儲能的優(yōu)勢，為最佳儲能技術(shù)組合提供信息。”
