加州計劃在2045年之前消除化石燃料發(fā)電廠的碳排放，因此將會加快太陽能發(fā)電和儲能系統(tǒng)部署。這些趨勢表明，與目前安裝的鋰離子電池儲能系統(tǒng)相比，電網(wǎng)將受益于持續(xù)放電時間更長的長時儲能系統(tǒng)。

不過，究竟部署多少儲能系統(tǒng)是一個問題，因為近期沒有部署長時儲能系統(tǒng)跟蹤記錄，而且許多潛在的儲能技術(shù)在儲能領(lǐng)域的應(yīng)用案例數(shù)量比較有限。今年早些時候，加州監(jiān)管機(jī)構(gòu)提出了到2026年需要部署將近1GW長時儲能系統(tǒng)要求。

但加州儲能聯(lián)盟的一份最新分析報告表明，到2030年，加州還需要部署更多的儲能系統(tǒng)：到2030年實現(xiàn)部署裝機(jī)容量為11GW儲能系統(tǒng)目標(biāo)，到2045年實現(xiàn)部署裝機(jī)容量為45GW到55GW儲能系統(tǒng)。調(diào)研機(jī)構(gòu)Strategen公司通過更精細(xì)的時間粒度對加州電網(wǎng)的未來發(fā)展進(jìn)行建模，并且對聲稱能有效存儲5小時、10小時和100小時電力的新興儲能技術(shù)進(jìn)行了更詳細(xì)成本假設(shè)。

加州儲能聯(lián)盟政策經(jīng)理Jin Noh說：“長時儲能系統(tǒng)的部署需要比我們想象還要快，儲能資源需求如此之高，以至于我們現(xiàn)在必須開始穩(wěn)步采購，以實現(xiàn)2045年清潔能源目標(biāo)。”

不同的模式，不同的結(jié)果

監(jiān)管機(jī)構(gòu)加利福尼亞公共事業(yè)委員會使用Resolve模型進(jìn)行長期規(guī)劃，該模型專門用于高度可再生能源系統(tǒng)的投資規(guī)劃。但是，該模型使用37個獨立日的“智能采樣”來創(chuàng)建潛在風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、水力發(fā)電和負(fù)載狀況的匯總帳戶。

不過，該框架并沒有追蹤到可能會制約電網(wǎng)的那種極端條件，比如持續(xù)的熱浪天氣或太陽能發(fā)電量長期不足。

Noh說：“找到這些代表性的日子并進(jìn)行平均計算，可能就會錯過一些真正推動投資需求的異常事件。”

為了解決這個問題，該研究使用了GridPath模型，該模型允許對每年的每個小時進(jìn)行連續(xù)建模。研究報告的作者指出，這樣做可以捕獲較長時間的能量轉(zhuǎn)移動態(tài)。這種方法計算量更大，因此加州儲能聯(lián)盟只對2030年和2045年所需的增加量進(jìn)行了建模。該分析不包括輸電限制。

加州儲能聯(lián)盟的研究還深入研究了一系列長時儲能技術(shù)，分別為5小時、10小時和100小時的儲能系統(tǒng)建立了可概括成本假設(shè)。儲能系統(tǒng)成本假設(shè)是另一個經(jīng)常爭論的話題，選擇不切實際的假設(shè)，那么模型最大限度地減少儲能系統(tǒng)的作用。但就成本結(jié)構(gòu)而言，長時儲能技術(shù)幾乎沒有公開記錄。

借助全年的每小時的模型以及更詳細(xì)的技術(shù)資料，建模人員應(yīng)用了加利福尼亞州向無碳能源過渡的參數(shù)，以了解投資哪種儲能組合更有意義。

儲能時間更長

目前在美國，鋰離子電池儲能系統(tǒng)占據(jù)了儲能部署的絕大部分容量，具有成本效益的典型電池儲能系統(tǒng)的持續(xù)放電時間為4小時。Strategen公司究預(yù)計，隨著加利福尼亞州電網(wǎng)向其清潔能源目標(biāo)邁進(jìn)，長時儲能系統(tǒng)將最終挑戰(zhàn)這一主導(dǎo)市場地位。

Strategen公司的基本模型選擇了鋰離子電池儲能系統(tǒng)作為2020年到2030年的主要儲能資源，但長時儲能技術(shù)將主導(dǎo)2030年至2045年儲能部署。

這個基本方案要求到2045年部署的長時儲能系統(tǒng)的裝機(jī)容量將達(dá)到45GW，而其中包括部署裝機(jī)容量為10GW鋰離子電池儲能系統(tǒng)。在碳排放目標(biāo)更嚴(yán)格的情況下，需要部署裝機(jī)容量為55GW長時儲能系統(tǒng)。而通過對太陽發(fā)電量較低的時段進(jìn)行規(guī)劃，部署長時儲能系統(tǒng)的裝機(jī)容量為49GW。

這個基本案例設(shè)想在未來十年內(nèi)鋰離子儲能系統(tǒng)將保持領(lǐng)先地位，而隨著太陽能發(fā)電設(shè)施部署的加速，長時儲能技術(shù)將在2030年之后占據(jù)主導(dǎo)地位。通常選擇的長時儲能系統(tǒng)是指抽水蓄能設(shè)施，這是加利福尼亞公共事業(yè)委員假設(shè)包括的持續(xù)放電時間最長的儲能資源。

加州儲能聯(lián)盟在其發(fā)布的一份新聞稿中表示，55GW對于儲能部署來說是一個驚人數(shù)字，并指出這將是2010年以來加州累計部署儲能系統(tǒng)裝機(jī)容量的150倍。

研究報告的作者計算得出，實現(xiàn)基本案例的擴(kuò)展，到2045年每年將節(jié)省15億美元，這主要是因為降低容量成本。長時儲能系統(tǒng)將捕獲原本會被削減的太陽能發(fā)電量，并在需要時以比替代容量資源支付更少的費用。

有些政策必須改變

加州長時儲能開發(fā)商面臨的一個主要挑戰(zhàn)是，目前客戶沒有真正的理由開發(fā)長時儲能技術(shù)。該州致力于確保足夠容量的資源充足計劃。

研究報告指出，“根據(jù)這一規(guī)則，任何超過4小時的儲能系統(tǒng)不會因為增加調(diào)度能力而獲得額外的容量費用，并且任何長時儲能系統(tǒng)都將無法獲得其他收益履行其容量義務(wù)。”

迄今為止，長時儲能系統(tǒng)的開發(fā)和部署在尋找客戶方面一直停滯不前，例如Joshua Tree公園附近的一個抽水蓄能設(shè)施開發(fā)項目。而長時儲能開發(fā)商也許不得不等待客戶要求部署長時儲能技術(shù)。今年秋天，一些社區(qū)選擇聚合商招標(biāo)采購到2026年交付的持續(xù)放電時間為8小時或時間更長的長時儲能系統(tǒng)。

Noh指出，更改4小時持續(xù)放電時間的規(guī)則將是一個很好的開始。該研究報告還建議將加州的資源充足性規(guī)劃與其長期資源組合模型相結(jié)合。