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“未來已經(jīng)悄然降臨，只是它的足跡尚未遍布每一處角落。”科幻作家William Gibson這一名言為人們理解技術(shù)變革的發(fā)展軌跡提供了基本框架。而當(dāng)人們審視當(dāng)今美國電網(wǎng)的快速發(fā)展時，這一觀點(diǎn)顯得尤為貼切。

長期以來，電池儲能系統(tǒng)一直被視為維持電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)營的關(guān)鍵技術(shù)。在美國部分地區(qū)（尤其是加利福尼亞州和德克薩斯州）并網(wǎng)的電池儲能系統(tǒng)在幫助穩(wěn)定電網(wǎng)運(yùn)營方面發(fā)揮重要作用。



盡管電池儲能系統(tǒng)在美國的大部分地區(qū)還沒有發(fā)揮關(guān)鍵的負(fù)載轉(zhuǎn)移作用，但在加利福尼亞州和德克薩斯州的應(yīng)用無疑為美國其他電力市場以及其他國家指明了未來發(fā)展方向。隨著可再生能源發(fā)電份額在電力結(jié)構(gòu)中日益增長，電池儲能系統(tǒng)的價(jià)值日益上升。

加利福尼亞州是美國最重要的電池儲能市場。在為加州大部分地區(qū)提供電力服務(wù)的CAISO公司與電網(wǎng)連接的電池儲能系統(tǒng)，在5月16日晚7點(diǎn)40分左右創(chuàng)下了7.5GW供電歷史新高。這實(shí)際上高于CAISO公司運(yùn)營的風(fēng)力發(fā)電設(shè)施創(chuàng)紀(jì)錄的6.4GW發(fā)電量。

根據(jù)加州能源委員會最新發(fā)布的數(shù)據(jù)，近年來該州運(yùn)營的儲能系統(tǒng)裝機(jī)容量實(shí)現(xiàn)了驚人增長。從2018年的500MW激增至目前的10.3GW，在短短幾年間實(shí)現(xiàn)了近20倍的飛躍式增長。而加州計(jì)劃到2024年底再額外增加3.8GW。

值得一提的是，太陽能發(fā)電量在加州的中午和下午最充足，這導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)了一種被稱為“鴨子曲線”的供電現(xiàn)象，也就是凈負(fù)荷在此期間達(dá)到最低點(diǎn)，而在日落之后則迅速攀升至最高點(diǎn)。

在這種情況下，電池儲能系統(tǒng)在太陽能電力過剩的時候充電，而在晚上電力需求峰值期間放電是很有意義的。在電力供應(yīng)過剩的峰值期間，批發(fā)電價(jià)往往為負(fù)值。

電池儲能系統(tǒng)的商業(yè)模式通常是提供輔助服務(wù)（例如頻率調(diào)節(jié)）快速響應(yīng)波動條件以保持電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)營，而不是全天轉(zhuǎn)移負(fù)荷。而這種情況現(xiàn)在正在改變。

調(diào)研機(jī)構(gòu)Wood Mackenzie公司分析師Chris DaCosta表示：“CAISO公司電網(wǎng)連接的儲能系統(tǒng)顯然已經(jīng)從為電網(wǎng)提供電力服務(wù)轉(zhuǎn)向了能源套利。”

德克薩斯州也出現(xiàn)了類似的轉(zhuǎn)變。與加州一樣，ERCOT公司在德克薩斯州電網(wǎng)上運(yùn)營的電池儲能系統(tǒng)在5月提供的電力再創(chuàng)新高，在美國5月8日晚上8點(diǎn)左右放電約3.2GW。與加州一樣，德克薩斯州也在加速部署儲能系統(tǒng)。2022年，德克薩斯州部署了約1.17GW的電池儲能系統(tǒng)，而2023年的這一數(shù)字約為2.66GW，預(yù)計(jì)2024年將增長到3.56 GW。

在德克薩斯州的能源結(jié)構(gòu)中，儲能系統(tǒng)占據(jù)了舉足輕重的地位，其裝機(jī)容量僅次于太陽能發(fā)電設(shè)施。截至去年年底，儲能系統(tǒng)的裝機(jī)容量占該州新增能源設(shè)施裝機(jī)容量的占比達(dá)到了37%。相比之下，天然氣調(diào)峰發(fā)電廠的占比僅為1%，而聯(lián)合循環(huán)燃?xì)獍l(fā)電廠的占比也僅為3%。

Wood Mackenzie公司北美地區(qū)主管Robert Whaley去年在一份報(bào)告中寫道：“儲能系統(tǒng)具有獨(dú)特的特性，面對德克薩斯州系統(tǒng)不斷增長的鴨子曲線，天然氣發(fā)電廠的作用已經(jīng)無法與之相提并論。”

他表示，天然氣調(diào)峰發(fā)電廠不可能一直持續(xù)運(yùn)營，因此只是運(yùn)營一段時間，如果風(fēng)力發(fā)電量突然下降，已經(jīng)關(guān)閉的調(diào)峰發(fā)電廠可能無法迅速啟動以滿足電力需求。

在美國的許多其他地區(qū)，盡管目前對于支持負(fù)荷轉(zhuǎn)移的經(jīng)濟(jì)效益并不像加利福尼亞州和德克薩斯州那樣顯著，但隨著這些電網(wǎng)對太陽能和風(fēng)能等可再生能源電力的依賴程度不斷加深，預(yù)計(jì)這種情形將會發(fā)生轉(zhuǎn)變。

鋰離子電池成本的下降也將有助于支持電池儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)可行性。美國在去年部署的電池儲能系統(tǒng)的價(jià)格約為320美元/kWh。預(yù)計(jì)2028年這一數(shù)字約為265美元/kWh。

由于電池化學(xué)成分的變化，其成本還會進(jìn)一步下降。據(jù)報(bào)道，中國首個使用鈉離子電池構(gòu)建的大型電池儲能系統(tǒng)已于兩周前投入使用。而一旦鈉離子電池投入大規(guī)模生產(chǎn)，其成本可能會降低20%～30%。

Wood Mackenzie公司預(yù)計(jì)，未來10年，美國部署電池儲能系統(tǒng)的增長速度將超過風(fēng)力發(fā)電或太陽能發(fā)電設(shè)施。美國在去年部署的電池儲能系統(tǒng)裝機(jī)容量略低于9GW，到2030年可能超過20GW。

采用鋰離子電池和鈉離子電池構(gòu)建的電池儲能系統(tǒng)可能還不夠完美。它們通常只能放電幾個小時，對于需要長時供電的儲能應(yīng)用來說是不夠的。谷歌公司和微軟公司等大規(guī)模廠商并不能依靠風(fēng)力發(fā)電設(shè)施、太陽能發(fā)電設(shè)施和鋰離子電池儲能系統(tǒng)的組合來提供全天候的清潔能源，他們正在研究和開發(fā)其他的能源技術(shù)，包括增強(qiáng)型地?zé)岚l(fā)電設(shè)施、先進(jìn)的核電設(shè)施、低碳?xì)淠茉O(shè)施以及新型電池。

最終，像Form Energy公司開發(fā)的鐵空氣電池這樣的長時儲能技術(shù)很有可能成為儲能行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并為未來的儲能技術(shù)帶來變革。

盡管鋰離子電池并不是最佳的儲能技術(shù)，但它們?nèi)允钱?dāng)前的最佳儲能選擇之一。在電動汽車市場的強(qiáng)勁需求推動下，鋰離子電池行業(yè)正經(jīng)歷著飛速的增長，這不僅降低了生產(chǎn)成本，也使得鋰離子電池成為了電池儲能系統(tǒng)的可行且經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。這使得鋰離子電池在市場上占據(jù)了領(lǐng)先地位。

儲能系統(tǒng)的未來發(fā)展可能仍然難以預(yù)測。但在短期和中期，鋰離子電池將繼續(xù)占據(jù)主導(dǎo)地位，并且銷量不斷增長，這一趨勢顯得尤為明顯。

谷歌、meta、微軟以及Salesforce日前組建了一個聯(lián)盟，旨在推動碳減排技術(shù)的飛速發(fā)展。該聯(lián)盟已經(jīng)制定了宏偉的目標(biāo)，計(jì)劃在2030年前簽訂高達(dá)2000萬噸的碳排放額度合同。 

原標(biāo)題：研究認(rèn)為電池儲能系統(tǒng)在美國電網(wǎng)中開始發(fā)揮關(guān)鍵作用