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储能环境中需求侧响应的价值

2020年3月31日

现在人们普遍认为,世界电力系统脱碳的竞赛实际上是提供合适和充足的储能解决方案的竞赛。最终,产生足够的可再生电力将不是限制因素,限制因素将是当我们需要时,这种清洁能源的可用性(可调度性)。

储能可以弥补电网供需之间的差距。这些差距可以短至几秒,在深冬、干旱或热浪的情况下也可以长达数周。下图1是在持续时间的连续性上绘制的各种类型的能量存储。其中既包括目前商业上可行的技术,也包括正在开发中的最有希望的技术

Types of energy storage plotted on a continuum of duration, EnPot
图1
拥有安能加(EnPot)技术的电解铝厂提供的需求侧响应(DSR)对电网非常有价值,因为它可以帮助弥补供需之间的差距,从几分钟到超过3周。

短时间

从几秒到几分钟的短时存储有助于保持电网中的电量供求稳定,通过吸收过多的电量并在供电不足时提供电量返还。电解铝厂可以并且确实在许多市场提供电量供应响应服务,然而,具有无与伦比的交付速度的电网级电池目前是提供这些服务的理想选择。还有其他新兴技术,如超级电容器、超级导电磁体甚至飞轮,它们可能显示出比电池更高的往返供电,这也可能促进未来这些电网服务的提供(见图2)。.

最多四小时

当需求超过供应时,需要在几分钟到四小时的时间内储存能量,以帮助减少峰值净负荷。尽管越来越多的电网级电池被委托提供这一响应,但其容量与其资本成本相比是有限的,特别是与启用安能加(EnPot)的电解铝厂相比(参见低CO2峰值净负荷降低的成本比较)。

这里需要注意的是,虽然电解铝厂(未启用安能加(EnPot))可以在有限的时间内(1-2小时)进行调节,但这会导致工艺不稳定和“能量不足”的惩罚,必须在随后的“充电”期间进行补充。另一方面,配备安能加(EnPot)的电解铝厂不会受到此类影响(参见随时间变化的能量调制窗口),因此调制的时间范围可以延长到3周以上。

超过四小时

当涉及到储存超过四小时的大量电力时,显然缺乏商业上可行的选择。抽水蓄能是使用的主要方法和基准,然而,甲醇(电力转化为液体)、合成天然气和氢气的生产也正在被提议。这些系统的基础设施的资本成本,再加上充电时间和成本,以及往返的能量损失,大大增加了电力的总体成本(见图3)。

往返效率

储能通常会消耗电力并以其他形式储存,然后再发电,并在需要时将其反回给电网,从买卖价格之间的价格差距中获利(能源套利)。投入的能量MWh与从存储中回收的能量MW小时的比率是“往返效率”(也称为AC/AC效率),并以百分比表示。这些往返能源损失需要计入运营成本和能源套利的最终计算。

一些短时系统(如超级电容器)具有约95%的非常高的往返效率,并且大多数形式的四小时电池在75-85%的范围内。然而,在长期储能方面,只有抽水蓄能的往返效率超过50%。

另一方面,启用安能加(EnPot)的电解铝厂的DSR具有100%的相对往返效率,因为电解铝厂释放的所有电力仍在电力系统中可用。除了往返效率的成本优势之外,启用安能加(EnPot)的电解铝厂在恢复正常运行时不需要任何“充电”(参见随时间变化的能量调制窗口)。

所有其他形式的长期能量储存都需要大量的时间来充电,从而限制了重复循环之间的时间。

图2:
除了具有100%的相对往返效率外,启用安能加(EnPot)的电解铝厂在恢复正常运行时不需要任何“充电”。

为什么工业规模的DSR如此有价值

尽管可再生能源发电成本在过去十年中急剧下降,并将进一步下降,但相反,随着可再生能源发电渗透率的增加,平衡电网以保持可靠性的成本也会上升。

平衡成本占电力总成本的一部分。当将成本与渗透率(可再生能源份额)进行比较时,当电力系统接近100%可再生能源时,所得曲线急剧变陡。

例如,据估计,在澳大利亚,由于可再生能源比例较低,目前平衡国家电力市场(NEM)的成本较低,但一旦可再生能源比例超过75%,成本将急剧上升。

一些专家认为,随着电力系统接近100%可再生能源发电,且成本曲线呈指数级增长,“所需存储的MWh”与“发电容量MWh”的比率至少达到1:1,因此,供需之间的差距不再能够仅靠储能来弥补。

更简单地说,电网需要关闭非关键用户,或者通过DSR机制从用户手中“购买”电力。

DSR令人信服的特点是,它对电网的基础设施成本很低(或没有),但提供了最有价值的MWh

此外,其他形式的储能在不用于向电网输送电力时是无效的,而调制电解铝厂在提供DSR服务之前、期间和之后都具有经济效益。

了解更多关于安能加(EnPot)技术的信息