广泛的储能部署对电网运营的影响调查报告.docx

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1、广泛的储能部署对电网运营的影响调查报告目录-1Z-. 1Y刖百1摘要21 .导言32 .方法和数据51. 1.分析中的五个关键场景52. 2. PLEXOS 的构想73 .储能部署率高的未来场景的运营结果81. 1.储能系统在年度运营中的作用93. 2.储能系统在每小时和季节性运营中的作用124. 3.储能系统敏感性183. 3.1.储能系统增量的运营价值183. 3. 2.储能系统和化石燃料发电203. 3. 3.储能系统与输电系统224.结论26刖百美国国家可再生能源实验室(NREL)日前发布了储能未来研究(SFS)的一份名为“广泛的储能部署对电网运营的影响”报告。储能未来研究(SFS)是

2、该实验室一项历经多年的研究项目，旨在探索储能系统在美国电力行业发展和运营中的作用和影响。储能未来研究(SFS)旨在研究储能技术的进步对部署公用事业规模储能系统和分布式储能系统的潜在影响，以及对未来电力系统基础设施投资和运营的影响。这份报告使用美国国家可再生能源实验室(NREL)的区域能源部署系统(ReEDS)模型中的成本驱动场景作为起点，研究电网规模储能系统的运营影响以及与可再生能源发电之间的关系。为此使用商业生产成本建模软件PLEXOS,来评估到2050年美国累计部署210GW-930GW储能系统的五个场景的每小时运行情况。研究发现，从现在到2050年，储能系统将在电力系统中发挥着重要作用一

3、一通过存储最低边际成本的电力(通常是太阳能发电设施或风力发电设施的过量发电)，并在每天的最高净负荷期间发电。部署和运行储能系统有助于整合可变可再生能源，并通过提供重要资源来提供持续可靠的电力。储能未来研究(SFS)系列提供的数据和分析以支持美国能源部发起的“储能大挑战”，这是一项旨在加速下一代储能技术的开发、商业化和利用，并保持美国在储能领域的全球领导地位的综合计划。储能大挑战采用用例框架来确保储能技术能够经济高效地满足特定需求，它融合了多个类别的广泛技术：电化学、机电、热储能、发电、建筑和电力电子。储能未来研究(SFS)一系列报告由美国能源部(DOE)旗下的美国国家可再生能源实验室撰写。该研

4、究报告获得美国能源部能源效率和可再生能源办公室的赞助，并采用美国国家可再生能源实验室的计算资源进行。而文章中表达的观点不一定代表美国能源部的观点。摘要由于成本的快速下降和储能系统的巨大潜在价值，人们可以在未来看到电网上部署的装机容量高达数百吉瓦的储能系统。储能未来研究(SFS)报告旨在探索储能系统在美国不断发展的电力部门中的潜在作用和影响。该评估建立在之前发布的储能未来研究(SFS)报告的基础上，其中美国国家可再生能源实验室(NREL)在其公开可用的区域能源部署系统(ReEDS)模型中添加了新功能。研究表明，到2050年底，美国部署的储能系统的装机容量有可能超过125GW,即使按照最保守的估计

5、，这也将达到美国目前累计部署的储能系统装机容量的五倍多。这一分析通过详细的生产成本建模进入到区域能源部署系统(ReEDS)储能部署率较高的场景，以观察每小时、每日和每年的运营以及相关储能系统的价值。总体而言，这一场景的电力系统方案成功运行，表明到2050年底无需担心电网的负载平衡。成功的负载平衡表明在以前的工作中对区域能源部署系统(ReEDS)的各种改进在设想这些未来场景方面是有效的。研究表明，储能系统与太阳能发电设施的可用性高度一致，太阳能发电设施具有可预测的发电周期，这与储能系统的充电和放电的需求非常吻合。另一方面，风力发电的发电周期并不稳定，并且经常长时间的过度发电，可能持续数小时或数天

6、，这比在这里研究的储能系统的持续时间要长得多。尽管储能系统可以在利用太阳能发电设施和风力发电方面发挥关键作用，但与太阳能发电设施的协同作用更加一致。电网中的储能系统与可再生能源发电设施配套部署和运营，可以有效地提供能源时移和降低峰值负载服务。尽管储能系统的年容量系数较低，这在本质上受到其充电需求的限制，但具有非常高的利用率，这表明储能系统对电力系统资源充足性的巨大贡献。最后，报告还发现储能系统提高了多种电力资产的效率。例如，在研究的未来的电网场景中，储能系统通过利用风力发电和太阳能发电等可再生能源的过度发电来取代燃煤发电和天然气发电设施，从而减少电力系统的碳排放量。此外，储能系统可以减少化石燃

7、料发电设施的污染物的排放，这可能会对当地居民的健康带来不利影响，特别是那些生活在化石燃料发电设施附近的居民。储能系统也会改进和稳定电网的运行，提高了某些输电线路的利用率，同时减少了在电力线路的拥塞。储能系统如何通过增加或减少使用量来影响附近的输电取决于当地条件，研究还发现，储能系统通常会提高输电资产的利用率。这些发现表明，在同时部署和运营能源资产时，进一步分析应考虑储能系统和输电线路的独特交互。总的来说，储能未来研究的分析结果表明，长时储能系统在未来电力系统中发挥重要作用的机会越来越大。该分析表明，通过减少过度发电、减少化石燃料发电设施运营和排放，以及提高输电系统的利用率，部署更多的长时储能系

8、统可以提高运营效率。此外，储能系统在最高净负载时间提供容量方面发挥着重要作用。储能未来研究还研究长时储能系统的作用，特别是在高度脱碳的电网条件下，例如接近100%清洁能源的电网条件下。1 .导言在成本下降和完成可再生能源目标的推动下，太阳能发电和风力发电等可再生能源的部署在全球范围内不断增加。与此同时，电池成本的下降导致能源开发商对部署储能系统以提供电网服务的兴趣日益浓厚，其中包括能源转移和调峰服务。美国国家可再生能源实验室(NREL)的储能未来研究评估了到2050年的储能部署途径，发现储能系统将成为大容量电力系统的重要贡献者，到2050年美国累计部署的储能系统装机容量容量将达到132GWo这

9、种储能部署主要由能源价值（能源转移）和容量价值（在电力系统需要时提供电力）的组合驱动。当部署电力系统上时，储能系统可以提供许多好处，其中包括能量转移、减少化石燃料发电设施的运营、提供辅助服务、促进系统资源充足性，以及可能推迟输电线路或其他电力系统基础设施升级。在提供能源转移的过程中，作为净能源消费者的储能系统，能够以较低的价格存储可用的能源，以便在电力价格较高时释放。随着电力系统中的零边际成本可再生能源的份额持续增长，储能系统的一个主要用途是在可再生能源发电设施过度发电期间存储电力，另一个好处是使用存储的电力来避免或减少启动成本高昂的化石燃料发电设施。储能系统还可以提供辅助服务或作为备用电源，

10、为电力系统提供可靠的电力来源。此外，储能系统可以通过在电力系统需要时放电来满足峰值需求。最后，储能系统还可以提供其他一些难以量化的好处，例如避免或推迟输电系统或配电系统的升级，特别是在传统发电资源可能难以选址建设的地区。大多数电力系统模型只能同时代表这些潜在利益中的一小部分，因为这些利益在规模和时间上分布广泛。在考虑未来投资时，电力系统规划或容量扩展模型会尽可能地考虑这些不同的价值流以抵消前期成本。但是，规划模型通常无法考虑详细的运行参数或完全获得储能系统（或其他资产）可能提供的所有服务。运行分析通常需要使用具有不同目标函数和时间的多个模型。例如，生产成本建模就是这样一种工具，可以提供对电网运

11、行的详细洞察，包括可能看起来与当今电力系统大不相同的未来的电力系统。例如，在某些储能系统未来研究场景中，储能部署达到数百吉瓦，而截至2021年美国累计部署了 23GW的储能系统，但绝大多数来自抽水蓄能发电设施。那么储能密集型电力系统的运行会是什么样子，与现在有何不同？不同类型的储能系统将如何相互交互？这些操作如何随季节、场景和储能配置而变化？为了回答这些问题，这项工作评估了区域能源部署系统（ReEDS）模型确定的场景的详细操作，以使用商业生产成本模型软件PLEXOS以每小时为基础来明确实现储能部署率较高的场景的操作。该研究使用一系列场景来评估储能系统在每日、季节性和年度基础上可能扮演的角色，以

12、及该角色如何随着储能系统的配置和系统资源组合而变化。（注：PLEXOS是采用基于数学原理的优化技术进行预测的经济型优化软件。PLEXOS提供最新的可视化功能、数据处理和分布式计算方法，可以为电力、水和天然气提供强大的高性能仿真系统。)2 .方法和数据储能系统未来研究的主要目标是检查未来电力路径，这些路径可以看到美国大量而持续地部署储能系统。了解大规模输电和发电系统如何随着储能部署而发展是这项研究的核心。该建模的目的是识别和评估各种储能部署路径的成本和收益。考虑到电力系统的复杂性，这不能采用单一模型的大系统模型来实现。为此，研究采用了 “确定成本最低的投资路径”和“详细模拟预计未来系统的操作”两

13、个主要系统模型，并将它们结合起来。在分析的第一步中，使用区域能源部署系统(ReEDS)来确定在技术成本和性能的各种演变下输电和发电资产的最低成本投资集。区域能源部署系统(ReEDS)用于长期的电力系统规划工作，因为它综合了电力部门变革和投资的许多不同限制和驱动因素，其中包括技术和燃料价格、政策和法规、技术性能限制、燃料供应限制、以及负载形状和总需求的变化，以确定投资路径。第二步，是使用PLEXOS来模拟从目前到2050年(在给定场景下)预计储能系统的每小时的时间尺度来运行。PLEXOS的结果可用于评估未来预计储能系统的供需没有遇到任何重大挑战。2.1. 分析中的五个关键场景该分析基于美国国家可

14、再生能源实验室(NREL)的区域能源部署系统(ReEDS)容量扩展模型生成的场景，该模型代表美国电力系统在134个地区由聚合输电走廊连接，以对电力系统退役和发电、输电和发电投资进行成本最低的系统优化。该模型优化了电力系统的投资，包括电力系统在每个时间尺度中的运行。这一研究中的其他报告包含对区域能源部署系统(ReEDS)模型、其输入以及与这项工作相关的各种改进的完整讨论。研究报告的分析重点关注区域能源部署系统(ReEDS)中实施的以下五个关键场景： 参考场景(Ref)：该场景遵循到2050年的所有成本和技术演进作为参考假设。 低成本电池场景(Low-Cost Batt)：该场景设定电池的最低成本

15、。第5页共27页 低成本太阳能发电场景（Low-Cost PV）：该场景设定太阳能发电设施的最低成本。 高天然气成本/低成本电池场景：该场景设定的高成本的天然气发电和最低成本的电池。 零碳场景：该场景反映了未来研究中的零碳能源场景，该场景比上述四种场景实现了更多的储能部署（以MW为单位）。图1显示了 20202050年五种场景中按发电设施类型划分的装机容量和年发电量。所有场景都显示太阳能发电设施、风力发电设施和储能系统装机容量的增长，这在很大程度上是由于这三种资源的技术成本下降。这些能源取代了核电和煤电，在某些情况下还取代了天然气发电。天然气发电在高天然气成本/低成本电池场景中最为明显，该场景使用高天然气成本以及零碳场景，该场景要求到2050年将替代所有的燃煤发电设施和天然气发电设施。其他三种场景（参考场景、低成本电池和低成本太阳能发电）遵循天然气成本轨迹的中间情况，导致到2050年仍将采用大量的天然气发电。High NG CostLow Cost BattZero CarbonCapa