一方面,風(fēng)光發(fā)電的高出力時(shí)刻并不對(duì)應(yīng)用電的高峰時(shí)段,需要延長(zhǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)放電時(shí)間;另一方面,高比例清潔能源并網(wǎng)帶來的凈負(fù)荷大幅波動(dòng),不僅損壞電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施,帶來經(jīng)濟(jì)損失,還將造成電網(wǎng)擁堵,使電網(wǎng)收到?jīng)_擊,造成更大的損失。
以光伏為例,光伏一天中大發(fā)平均時(shí)長(zhǎng)約為5小時(shí),如果用電需求全部以光伏電力滿足,至少需要配置釋能時(shí)長(zhǎng)19小時(shí)以上的儲(chǔ)能。尤其是在未來高比例新能源發(fā)電接入電網(wǎng)的情況下,對(duì)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能存在剛需。
何為長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能,從定義來看,長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能是指持續(xù)放電時(shí)間不低于4小時(shí)的儲(chǔ)能技術(shù);從技術(shù)路線來看,包括液流(全釩/鐵鉻/鋅溴等)、壓縮空氣、鐵鎳、鎳氫等。
市場(chǎng)方面,截止2023年9月,全球已投運(yùn)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能項(xiàng)目的裝機(jī)容量達(dá)1.4GW/8.2GWh,主要包括中國、美國、德國、阿聯(lián)酋等市場(chǎng),這些主要國家都占比超過10%以上。
值得一提的是,而美國市場(chǎng)是海外主要的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能市場(chǎng)。根據(jù)高工產(chǎn)業(yè)研究院(GGII)數(shù)據(jù),到2030年,美國需要部署6GW-10GW的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能項(xiàng)目(>10h)。
不僅如此,美國還通過激勵(lì)政策支持長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的發(fā)展,美國能源部(DOE) 將撥款 200 億美元用于資助長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能和綠色氫氣等技術(shù);IRA法案方面,對(duì)于高于5kWh的儲(chǔ)能系統(tǒng),到2026年給予最高30%的投資稅收減免。
美國長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能市場(chǎng)需求:季節(jié)性需求突出
過去十年,美國電網(wǎng)增加了約9GW的電池儲(chǔ)能系統(tǒng),在新增的儲(chǔ)能系統(tǒng)中,90%以上的儲(chǔ)能系統(tǒng)持續(xù)時(shí)間為4小時(shí)或更短,鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)約占99%。
而2022年美國平均配儲(chǔ)時(shí)長(zhǎng)約為3小時(shí),且美國各州的大儲(chǔ)容量差異巨大,主要以加州和德州兩大市場(chǎng)為主,占營運(yùn)中的全國儲(chǔ)能容量的72%,對(duì)儲(chǔ)能放電時(shí)長(zhǎng)要求更高。
以加州為例,預(yù)計(jì)到2045年,太陽能將成為加州最主要的可再生能源,占比達(dá)75%。為平衡太陽能發(fā)電,需要在白天存儲(chǔ)8到12個(gè)小時(shí)的電能,晚間需要最多時(shí)需連續(xù)放電12小時(shí)。
從季節(jié)來看,在全球極端天氣頻發(fā)的當(dāng)下,夏季異常高溫、冬季極寒等現(xiàn)象都將加大對(duì)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能需求。去年夏天,加州異常高溫導(dǎo)致了電力負(fù)荷不斷升高,甚至要求當(dāng)?shù)鼐用裨谙挛?點(diǎn)到夜間9點(diǎn)減少用電量,以節(jié)省電力減少大面積停電風(fēng)險(xiǎn)。
而目前,加州大部分部署的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)持續(xù)放電時(shí)間在4小時(shí)以上,未來隨著不可控天氣因素的不斷變化,對(duì)儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)要求更長(zhǎng)。
而在冬季的電力需求比夏季更為顯著。在美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室發(fā)布的《超越4小時(shí)鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng):長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)的挑戰(zhàn)與機(jī)遇》研究報(bào)告中,我們得知美國冬季電力需求峰值期間通常高于4小時(shí)。
不僅如此,冬季電力需求峰值往往出現(xiàn)在夜間,太陽能發(fā)電無法抵消的,疊加冬季供暖電氣化的用電需求,需要長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)提供更多的容量支撐。
美國長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)路線、產(chǎn)品比較:鋰電VS全鐵、鐵鎳
從技術(shù)路線及相關(guān)產(chǎn)品方面來看,美國長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能產(chǎn)品的選擇范圍較大,包括鋰電、鎳氫、全鐵液流等。
電池儲(chǔ)能系統(tǒng)集成商Fluence的美洲分公司總裁John Zahurancik曾表示:“我們已經(jīng)看到儲(chǔ)能市場(chǎng)向更長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間穩(wěn)步遷移。持續(xù)時(shí)間較短的用例往往更容易實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)營,而且通常是優(yōu)先考慮的因素。”
值得一提的是,F(xiàn)luence在10月13日發(fā)布了其最新一代Gridstack Pro儲(chǔ)能系統(tǒng),在電池選擇上提供了括LFP和NMC兩個(gè)版本,可用于2小時(shí)、4小時(shí)儲(chǔ)能。
對(duì)于長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)路線的不同選擇,全鐵液流公司ESS總裁Craig Evans和首席技術(shù)官Julia Song曾表示,雖然鋰離子電池將在交通電氣化中發(fā)揮關(guān)鍵作用,但更持久的電網(wǎng)儲(chǔ)能需要不同的電池。
目前,該公司已實(shí)現(xiàn)全鐵液流儲(chǔ)能系統(tǒng)的商業(yè)化,其產(chǎn)品主要用于公用事業(yè)規(guī)模的太陽能項(xiàng)目,使這些太陽能發(fā)電廠在夜間仍能提供數(shù)小時(shí)的電力,實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的功能。該公司產(chǎn)品可提供2萬次以上的循環(huán),使用時(shí)長(zhǎng)高達(dá)25年。
訂單方面,2021年,ESS與SDenergy簽署協(xié)議,承諾2026年前向其供應(yīng)2GWh電池系統(tǒng);2022年,ESS宣布與美國第六大社區(qū)所有的非營利電力服務(wù)供應(yīng)商SMUD達(dá)成合作,供應(yīng)200MW/2GWh長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能方案。
此外,美國初創(chuàng)公司Ener Venue近期宣布成功研發(fā)出能用30年的鎳氫電池技術(shù),并宣稱該技術(shù)已被NASA認(rèn)可,可投入近地軌道及同步地球軌道衛(wèi)星的電池電源使用。
值得一提的是,該公司在2021年曾獲得1.25億美元融資,目前已累積獲得7GWh的儲(chǔ)能訂單。
從宇宙回到地面,目前Ener Venue鎳氫電池主要投入在儲(chǔ)能應(yīng)用中,且可提供長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能服務(wù),循環(huán)壽命超3萬次,可用30年。值得一提的是,該公司鎳氫產(chǎn)品可承受超高、超低溫度,不需要空調(diào)或熱管理系統(tǒng),因此電池壽命更長(zhǎng)。
原標(biāo)題:2萬次以上循環(huán)超越鋰電,美國長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能多元技術(shù)路線“出鞘”