长时储能技术将使加州能够更充分利用可再生能源

加州做出了投资低成本可再生能源的“明智选择”，而关键是现在如何最好地利用这些资产。

铁空气电池储能初创厂商Form Energy公司的研究团队在一份调查报告中指出，加利福尼亚州正在寻求一些世界上最激进的可再生能源部署和脱碳途径。然而，这些巨大的进步也为储能系统带来了需要解决的一些关键挑战。

为了迅速实现电网脱碳，加州做出了明智的战略选择，致力部署电网规模的可再生能源，这样该州就可以摆脱成本更昂贵和污染更严重的化石燃料发电厂。

从2010年到2020年，加利福尼亚州的太阳能和风能发电的比例从3.4%增加到近22.7%。该州计划继续保持这一增长势头，并预计到2030年再部署16.9GW太阳能发电设施和8.2GW风电设施，以满足能源需求并避免在成本高昂的夏季采用化石燃料发电设施的电力。

但有时并不总是需要这么多电力容量，导致在电力需求较低的期间减少或丢弃多余电力。由于没有部署低成本的长时储能系统，加州客户的明智投资是继续部署更多的可再生能源以满足高峰值电力需求，并避免在昂贵的夏季月份燃烧化石燃料。

但是在某个时刻，在需求较低时期产生的过剩能源将成为该州利用储能系统的机会。为什么确信这一刻已经到来？首先，可再生能源削减量的增长速度比预期的要快且持续时间更长——有时会持续数天。其次，低成本、长时储能（在这里的定义为大于8小时）和多日储能（在这里的定义为大于24小时）技术正在进入市场。

这些长时储能技术有望为加利福尼亚州带来长期利益，包括电网的可靠性和弹性、在恶劣天气事件或季节都能使用的可再生能源、改善当地空气质量、创造就业机会，以及促进当地经济发展。

储存数小时至数天过剩可再生能源的机会

为了了解可再生能源削减的动态，Form Energy公司分析了加利福尼亚独立系统运营商(CAISO)的数据，详细说明了2014年5月1日至2022年5月31日期间加利福尼亚州削减的可再生能源数量。

研究结果表明，长时储能和多日储能的机会越来越多，以帮助整合该州的可再生能源。

图1绘制了2014年到2022年的可再生能源弃电的数据，并显示了每个事件期间的弃电量。每个气泡的大小代表削减事件的持续时间。

自从2014年以来，加州持续削减可再生能源的平均持续时间已从2.5小时增加到9.5小时。其中许多削减事件持续数天，最长的事件持续时间为71小时。

削减的可再生能源发电量快速增长。直到2022年，加州已经削减了1,860GWh风电和太阳能发电量，足以为20万多户家庭用户供电一年。具体而言，削减期间减少的发电量总计超过110GWh，自从2014年以来增加了37倍以上。

图1 2014年～2022年加州削减的清洁能源发电量

在最需要的时候储存多余的可再生能源

在这些可再生能源消减期间，部署在正确位置的储能系统能够以低成本存储这些多余的可再生能源，甚至在供过于求期间在电价变为负值时零成本存储电力。

然后，长时和多日储能系统可以使用这种低成本的过剩清洁能源来管理加州增长的电力需求，在净需求高峰期提供电力，并且在多日储能的情况下，在可再生能源的多日中断期间提供可靠电力。

这种过剩清洁能源的第一个用途是帮助解决加州备受争议的“鸭子曲线”——太阳能发电峰值期间净电力需求下降，随后净电力需求随着日落迅速增加。

如果长时储能系统的储能容量能够用图 1 中所示的削减的电力充电，并在需求峰值期释放这些电力源，那么自从 2014 年以来，加州可以节省1.29 亿美元以上，并减少约 110 万吨二氧化碳排放。

利用过剩清洁能源电力的第二个主要用例是在可再生能源间歇性发电时期发电量不足期间补充能源供应。

Form Energy公司对加州公用事业委员会综合资源规划过程中使用的35年太阳能发电和风力发电概况进行了分析，确定了138个多日可再生能源间歇期的实例（间歇期被定义为风力发电和太阳能发电量与平均值相比低25%以上的时期）。

这些持续多日的可再生间歇期对深度脱碳电网的可靠性构成最大威胁。如今的电池储能系统可以经济可行地存储大约8或12小时的电力，这意味着它们在可再生能源发电的间歇期耗尽电量，而在此期间每天都无法充电。

因此，能够在多日内提供能源的清洁能源技术对于确保低成本、清洁、可靠的电力至关重要。如果没有这些技术，电网规划者将需要建造比电网需要的更多的可再生能源来满足典型的能源需求，并且他们可能还需要继续运营化石燃料发电设施，这对客户来说成本很高。

对2045年加州零碳电网的建模表明，在这样的间歇期如何利用这些过剩的清洁能源来支持电网的可靠性。

图2 取自E3公司和Form Energy公司对长时储能有助于实现加州能源目标评估的初步结果，显示了在秋季多云期间太阳能发电量较低难以为锂离子电池储能系统充电，以至于无法在晚上提供足够的电力来满足需求。与其相反，多日储能技术填补了这一空白，在最需要的时候为加州负载提供清洁可靠的电力。

图2

随着加州削减可再生能源事件的频率、规模和持续时间的增加，新型长时储能和多日储能技术为加州客户创造价值的机会已经到来。

把握机遇

随着加利福尼亚州的脱碳目标变得更加严格，并且该州需要在可再生能源发电量低、极端高温等其他压力条件下采用零碳资源，长时储能和多日储能技术在电网中的价值只会随着时间的推移而增加。

该州最近遭遇的热浪导致居民和企业降低电力需求将近一周的时间，凸显了该州面临的多日高温天气挑战。

幸运的是，该州已经在将长时储能和多日储能技术推向市场方面取得了显著进展。加利福尼亚州在美国首次推出了 1.26 亿美元激励措施，以激励长时储能系统的部署和应用。

采用长时储能技术需要公用事业公司开始将它们纳入资源规划，这将面临必须解决的特定建模挑战。了解这些资源每小时的运营动态是了解其价值的关键，这在能源过剩和能源稀缺的多日期间最为明显。

当前的行业标准模型仅在每年几天或几周内捕获电网动态，因此低估了多日储能系统可以为电网提供的价值。

然而，新兴的建模工具和技术可以考虑所有可能的电网极端情况，并代表可以跨天和跨季节转移能源的资源经济。而将长时储能技术和更好的电网规划工具相结合，可以为加州建立一个更可靠、更清洁、更具成本效益的电网。