隨著可再生能源發(fā)電在電力系統(tǒng)中的比例不斷提高，電池儲能系統(tǒng)成為解決可再生能源發(fā)電間歇性的一種有效方法，但目前尚不清楚需要部署多少裝機容量才能真正提高電力可靠性。

當被問及在未來的電力組合中如何更好地規(guī)劃部署電池儲能系統(tǒng)時，公用事業(yè)公司、資源規(guī)劃顧問，以及研究人員的回答都是一樣的：這取決于具體情況。

其關鍵變量是電力系統(tǒng)當前和預計的可再生能源發(fā)電設施和電池儲能系統(tǒng)的普及率。但是，在以可再生能源為主導的的未來能源組合中，規(guī)劃部署適當裝機容量的電池儲能系統(tǒng)可以揭示儲能系統(tǒng)提供電力可靠性的關鍵見解。

美國國家可再生能源實驗室（NREL）資深研究員Daniel Steinberg在加利福尼亞能源協(xié)會（CESA）于5月22日舉辦的一次網絡研討會上表示，規(guī)劃者在獲取電池儲能系統(tǒng)的復雜性以提高可靠性方面取得了實質性進展。一些規(guī)劃正在積極改進短時儲能技術，而長時儲能技術也在開發(fā)和測試當中。

投資者擁有的公用事業(yè)廠商APS公司資源管理副總裁Brad Albert表示，該公司計劃部署太陽能+儲能項目以代替天然氣發(fā)電設施，并使用多個方案來規(guī)劃其儲能需求。他說，“如今并沒有什么完美的方案，就像我們無法預測2020年發(fā)生的新冠病毒疫情一樣。因此需要進行戰(zhàn)略規(guī)劃做出判斷?！?/p>

在某些情況下，部署更多的可再生能源可能比部署儲能系統(tǒng)更具成本效益。隨著成本的下降以及可再生能源和儲能系統(tǒng)越來越多地應用在電力系統(tǒng)，電池儲能系統(tǒng)的可靠性價值發(fā)生了顯著變化。一些利益相關者表示，像有效承載能力（ELCC）計算這樣的精確分析可以簡化規(guī)模決策。但是也有人認為，這種計算并不能夠代替專家的判斷。（注：有效承載能力（ELCC）是描述可再生能源發(fā)電設施的負荷承載能力的指標。）

從招標到規(guī)劃

盡管公共事業(yè)公司早就認識到抽水蓄能、壓縮空氣儲能，以及集中式太陽能蓄熱發(fā)電的價值，但這些儲能技術尚未證明具有成本效益和可擴展性。因此，美國的一些招標活動將規(guī)劃者的注意力轉向了電池儲能系統(tǒng)。

Xcel Energy公司在2016年進行的一次具有里程碑意義的能源招標活動使風力發(fā)電+儲能項目的競標價格低至21美元/MWh，太陽能+儲能項目的競標價格低至36美元/MWh。

美國儲能協(xié)會政策副總裁Jason Burwen表示，“當時由于認為電池儲能系統(tǒng)成本昂貴，規(guī)劃人員甚至沒有將它們包括在模型中。而現(xiàn)在約有80％的公用事業(yè)公司的資源計劃模型都著眼部署電池儲能系統(tǒng)，有些則純粹根據(jù)其成本競爭力進行選擇?！?/p>

Xcel Energy公司戰(zhàn)略資源和業(yè)務規(guī)劃副總裁Jonathan Adelman表示，該公司最近采用了Anchor Solutions公司的Include軟件，該軟件可以對各種應用場景中的電池儲能系統(tǒng)的“容量和能源套利價值”進行每小時建模。

Adelman指出，Xcel Energy公司通過采用這個新工具對電池儲能系統(tǒng)一年中每個小時進行的建模。該公司為此在明尼蘇達州的2019年長時儲能計劃首次涵蓋了4小時電池儲能系統(tǒng)，以幫助滿足容量需求。

APS公司的Albert表示，該公司在2013年開通運營了裝機容量為250MW的 Solana集中式太陽能熱儲能項目，該項目具有六個小時的熱儲能能力，為此看到可以滿足峰值電力需求儲能系統(tǒng)的價值。這是APS 公司2018年決定在招標中選擇太陽能+儲能項目而不是天然氣發(fā)電廠的主要原因。

Albert強調說，“儲能系統(tǒng)如今已經成為公用事業(yè)公司長期規(guī)劃的一部分，但是公用事業(yè)公司的資源規(guī)劃者不應該只關注一種情況。天然氣調峰發(fā)電廠和電池儲能系統(tǒng)都可以滿足峰值電力需求，但是通過存儲和轉移太陽能發(fā)電來滿足峰值電力需求，電池儲能系統(tǒng)可以為客戶節(jié)省更多的費用。電池儲能系統(tǒng)在批發(fā)市場帶來更多的價值，因此現(xiàn)在已經成為我們計劃的一部分?！?/p>

Brattle爾集團于5月13日在麻省理工學院的一次研討會上發(fā)表的一份演講報告指出，鋰離子電池儲能系統(tǒng)的成本下降得如此之快，以至于現(xiàn)在對于其他儲能技術來說無法在提供可靠性和電網服務方面與其展開競爭。Brattle的報告聲稱，電池儲能系統(tǒng)的價格從2010年的1400美元/kWh降至400美元/kWh以下，到2040年可能降到200美元/kWh或更低。

但是一些公用事業(yè)公司和規(guī)劃部門主管表示，價格并不是規(guī)劃部署電池儲能系統(tǒng)的唯一考慮因素，另一個重要因素是儲能系統(tǒng)提供的可靠性，但這很難確定。

北卡羅來納州清潔能源技術中心（NCCETC）政策研究高級經理Autumn Proudlove表示，幾乎沒有任何重要的州級政策計劃可以確定電池儲能系統(tǒng)在公用事業(yè)資源規(guī)劃中的價值。

她說：“一些州最近要求公用事業(yè)公司在規(guī)劃過程中考慮部署儲能系統(tǒng)。華盛頓州可能在每小時建模方面的研究更加深入，而這將分析儲能系統(tǒng)的價值所在?！?/p>

Proudlove補充說，北卡羅來納州清潔能源技術中心（NCCETC）尚未確定任何州政策計劃，其中包括其在規(guī)劃過程中可以提供的多種電網服務的儲能彈性價值或儲能系統(tǒng)的補償能力。

Brattle公司負責人Ryan Hledik表示，儲能系統(tǒng)的價值主張取決于它能否得到完全補償，而這在很大程度上取決于儲能系統(tǒng)的資源和凈負荷。公用事業(yè)公司開始意識到，他們的規(guī)劃模型并不能很好地回答儲能部署問題。

Hledik指出，這些公用事業(yè)公司的規(guī)劃模型將負荷分為幾個相似的負荷時間組，并根據(jù)這些組制定規(guī)劃決策。當公用事業(yè)公司主要運營化石燃料發(fā)電設施，而風力發(fā)電和太陽能發(fā)電設施配套部署具有成本效益的電池儲能系統(tǒng)時，這種方法才有意義。

Hledik說，Brattle公司的許多公用事業(yè)公司客戶正在轉向采用長期規(guī)劃工具，以更好地展現(xiàn)儲能系統(tǒng)和可再生能源發(fā)電設施在電力系統(tǒng)上的相互作用。

采用規(guī)劃工具

能源咨詢機構Strategen公司創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Janice Lin表示，公用事業(yè)公司制定未來的資源組合計劃是一個復雜的過程，其計劃用于預測發(fā)電、輸電和其他電力系統(tǒng)需求。

她補充說，由于電池儲能系統(tǒng)既是發(fā)電設施也是負載，并且可以提供多個價值流，因此其精確度要求對一年的每個小時運營都要進行精細建模。當前采用的建模軟件為其技術創(chuàng)新留下了很大的空間。

資源規(guī)劃權威人士在加利福尼亞能源協(xié)會（CESA）舉辦的這次網絡研討會上表示，建模工具的出現(xiàn)有助于系統(tǒng)規(guī)劃者考慮在確定未來資源組合中正確的儲能容量時應考慮的許多因素。

咨詢機構Energy and Environmental Economics（E3）高級顧問兼技術經理Roderick Go在網絡研討會上說：“規(guī)劃的一個基本問題是短時儲能和長時儲能需要多大容量來滿足負載需求?！?/p>

Go指出，公用事業(yè)公司的激勵措施、強制性要求以及成本下降正在推動用戶對電池儲能系統(tǒng)的需求。長期而言，法規(guī)的變化、技術的變化以及市場的發(fā)展將為電力系統(tǒng)帶來更多的儲能部署空間。創(chuàng)新的建模軟件是一個競爭非常激烈的領域，而可再生能源發(fā)電量的上升對有效承載能力（ELCC）等概念的興趣日益增加。

有效承載能力（ELCC）是資源可靠性的詳細計算?？烧{度的化石燃料發(fā)電廠很可能具有100％的有效承載能力（ELCC），因為從理論上來說，幾乎在電力系統(tǒng)可靠性受到威脅的任何時候都可以使用。

建模表明，電池儲能系統(tǒng)的價值隨著電力系統(tǒng)中可再生能源發(fā)電量的增加而增加，但其價值隨著高峰需求趨于平緩而下降。通常，將峰值負載降低至15％的儲能系統(tǒng)可使電池儲能系統(tǒng)獲得80％至100％的有效承載能力（ELCC），因為通?？梢栽诜逯敌枨笃陂g使用。

他補充說，隨著峰值負載降低15%到30%，電池儲能系統(tǒng)的有效承載能力（ELCC）也將迅速下降，因為它很可能已經被用來平緩峰值電力需求，不再能夠滿足電力可靠性需求。

咨詢機構Astrape公司顧問Chase Winkler在網絡研討會上表示，通過對西南電力聯(lián)營公司和加利福尼亞州電力系統(tǒng)的研究基本上證實了Roderick Go所描述的有效承載能力（ELCC）進行的量化。

洛杉磯水電局（LADWP）發(fā)言人Carol Tucker表示，美國國家可再生能源實驗室（NREL）和洛杉磯水電局（LADWP）正在開發(fā)其他利益相關者所說的“最佳實踐”，以幫助加州在2045年實現(xiàn)采用100％可再生能源電力的目標。

美國國家可再生能源實驗室（NREL）資深研究員Daniel Steinberg在這個網絡研討會上表示，NREL的可擴展集成基礎設施規(guī)劃正在開發(fā)一種最佳實踐工具套件，以解決儲能系統(tǒng)部署面臨的問題。

Steinberg說，NREL的迭代方法從容量擴展建模開始，以確定“構建什么、在哪里和何時構建”。下一步工作是進行每小時運營成本建模。通過每天、每小時一次的場景將通過容量擴展建模進行迭代，以達到最具成本效益和最可靠的資源組合。

資源充足計劃是該過程的下一步，可以滿足10年一遇的可靠性標準，如果有必要，NREL的過程將迭代所有三個步驟，以實現(xiàn)最具成本效益的資源充足性目標。最后，詳細的潮流模型確保電網設施得到保護。而如果有對電力可靠性的威脅將會重新開始這一過程。

網絡研討會的發(fā)言人指出，為了在這些規(guī)劃過程中準確地確定電池儲能系統(tǒng)容量的價值，許多人都在提倡使用有效承載能力（ELCC），但是有效承載能力（ELCC）在規(guī)劃中的作用是有爭議的。

關于有效承載能力（ELCC）的爭議

當公用事業(yè)公司和其他公司努力確定部署合適的儲能系統(tǒng)裝機容量時，有效承載能力（ELCC）應當確定用于資源規(guī)劃目標的儲能價值，但有些人認為它不是實現(xiàn)這一目標的最佳工具。

加州公共事業(yè)委員會（CPUC）能源部門總監(jiān)Edward Randolph表示，有效承載能力（ELCC）已經成為加州公共事業(yè)委員會（CPUC）綜合資源規(guī)劃（IRP）的一部分。他說，“最近的有效承載能力（ELCC）計算表明，所有資源的可靠性可能會增加儲能系統(tǒng)、太陽能+儲能、需求響應，以及其他能更好地滿足峰值需求能源的采購。”

Gridworks公司專家，前任加州公共事業(yè)委員會（CPUC）能源顧問Matthew Tisdale表示，其爭議在于有效承載能力（ELCC）是否支持采用成本最低、最可靠的資源來滿足該州的需求和目標，這個爭議目前正在評估加州公共事業(yè)委員會（CPUC的）綜合資源規(guī)劃（IRP）流程。

Tisdale認為，有效承載能力（ELCC）是一個復雜的計算過程，但是與成本相比，它可能會忽略某些資源的價值，其中包括儲能系統(tǒng)價值。

在紐約獨立系統(tǒng)運營商（NYISO）在2018年12月6日舉辦的一次研討會上，參會者對紐約獨立系統(tǒng)運營商（NYISO）提出的儲能容量價值方法表示擔憂，一些利益相關者為此提出了有效承載能力（ELCC）這一方法。

根據(jù)紐約獨立系統(tǒng)運營商（NYISO）在2019年5月的回應，利益相關者希望平衡和可靠性服務的定價和投資信號來自紐約批發(fā)能源市場。雖然可以使用有效承載能力（ELCC）衡量，但紐約獨立系統(tǒng)運營商（NYISO）發(fā)現(xiàn)它可能過于依賴行政命令，或者需要更復雜的計算，這使得公用事業(yè)公司的規(guī)劃過于模糊。

美國儲能協(xié)會的Burwen說，Astrape公司對美國電力西南聯(lián)營公司的有效承載能力（ELCC）提出了類似的觀點。美國聯(lián)邦能源管理委員會于2019年10月啟動了一項程序，以研究PJM互聯(lián)公司的有效承載能力（ELCC）。他說，“這個概念正在發(fā)展。即使是每小時建模的精細度也不能完全捕捉到現(xiàn)實世界中電池儲能系統(tǒng)靈活性的價值?！?/p>

美國國家可再生能源實驗室（NREL）在2019年6月發(fā)布的一份研究報告提出了有效承載能力（ELCC）的替代方案。研究報告聲稱，“有效承載能力（ELCC）模擬在考慮大量場景時可能需要進行大量計算。而更簡單但同樣準確的近似值可以針對減少‘凈峰值需求’所需的電池儲能系統(tǒng)的裝機容量進行分析?！?/p>

Gridworks公司的Tisdale說，“由于存在眾多競爭利益，并且對未來不確定性的基礎上進行了極其復雜的分析，業(yè)界人士對有效承載能力（ELCC）之類的計劃持不同意見也就不足為奇，因為建模并不能替代專家的判斷?！?/p>

Brattle公司的Hledik指出，復雜而詳細的建?？梢源_定更多儲能系統(tǒng)裝機容量所帶來的增量收益等于向電力系統(tǒng)中增加儲能系統(tǒng)的成本。這一點可能要求部署更多的儲能系統(tǒng)。

Hledik補充說，“技術、資源價格和其他電力系統(tǒng)驅動因素正在快速發(fā)展。為了了解未來的一些重大變化，資源規(guī)劃應該認真解決一些看似合理且經常更新的問題。電池儲能系統(tǒng)的裝機容量分析增加了這些挑戰(zhàn)，但它不再是一種假設，我們正在了解如何使用儲能系統(tǒng)方面取得重要進展?！?/p>